‘隆科638S’與紅穎恢復系‘先恢XK01’的混播制種效果初探

曾 佳，劉 玲，譚炎寧，許 可，孫學武，歐陽寧，袁貴龍，袁定陽，段美娟

（1湖南農業大學，長沙410128；2湖南大學研究生院隆平分院，長沙 410125；3湖南雜交水稻研究中心 雜交水稻國家重點實驗室，長沙 410125）

0 引言

2001—2017年，優質雜交稻組合數大幅增加，從2001年的19個組合、推廣面積123.2萬hm2，增加到2017年的214個組合、推廣面積706.2萬hm2[1]。雜交稻在中國水稻中扮演著不可缺少的角色。但雜交制種仍存在勞動強度大、操作繁瑣、成本高等問題導致只能在勞動力密集的地區進行，不利于雜交稻的推廣。加快制種過程中的機械化進程成為必然的趨勢。隨著中國農業現代化的不斷推進，水稻生產過程中的整地與收割的機械化程度已較高，機械化插秧（或直播）也正在有條件的地區大力推廣[2]。機械化插秧與播種能減少用種量，特別是對于種子價格昂貴的雜交水稻，減少水稻生產勞動投入[3]，且機械對秧苗造成的損傷并不比人工大[4]。分植制種目前機械化程度主要應用于插秧、噴灑赤霉素、趕粉、收割[5]，一般按照父母本行比2:(8～16（)依制種組合不同而異）安排母本栽插的行數。播種，栽插均需父母本單獨作業[2]。水稻屬于自花授粉作物，其生殖器結構利于自交而不利于異交。與異交授粉作物相比，在異交性能方面存在父本花粉壽命短、傳播效果低，母本柱頭面積小、外露少、活力低等許多嚴重缺陷[6]。因此進入揚花期后需采用人工（繩索竹竿或背負式噴氣機）或機械（無人機）趕粉[7]，父母本結實成熟后先收割父本再統一收割母本，分植制種一定程度上利用了機械化進程，節約了成本，但程序及操作仍相對繁瑣。且目前在機械制種過程的栽植機具嚴重短缺[8]。父母本機械化混播制種是提高制種效率的一種有效途徑。目前針對雜交水稻混直播制種已有研究，如將抗除草劑Bar基因轉入兩系雜交稻的不育系、恢復系[9]，找到影響雌性生殖基因如花粉管阻斷基因構建父系（雌性不育系恢復系）使父本不產生種子[10]，選育親本粒型大小或色澤差異的品種[11]。但目前所研究的混播制種有一定局限性，抗除草劑及轉基因技術存在安全隱患，粒型色澤篩選分離效果較差[12],需要配套成熟的篩選體系，且粒型篩選對機械化收割回來的雜交種子規格要求非常高，種子落粒性要好，種子粒形性狀要規整[13]。本課題組從自選恢復系XR0714中發現了1份天然攜帶紅褐色穎殼性狀的新資源‘RG-1’，并通過雜交轉育‘RG-1’獲得了綜合性狀較優良、紅穎性狀典型的‘先恢XK01’恢復系新材料。另經調試使該材料和黃色穎殼母本色選率到達100%[14]。利用該恢復系篩選得到生育期基本一致的母本，來選育優質高產適用于混播制種的新組合，并探究影響其產量的存在因素，為機械化混播制種育種選育新雜交高產組合。

1 材料與方法

1.1 供試品種

母本‘638S’為隆平高科有限公司提供，父本‘先恢XK01’為本課題組所有。

1.2 試驗設計

武岡市山嵐村基地水田試驗區，混播制種方式（機械混直播、人工混撒播）；不同父母本比例（母本‘638S’:父本‘XK01’）（6:1、9:1、12:1、15:1）；父本處理方式（拋秧、干處理）；小區面積(10 m×18 m)；重復試驗（3次重復，隨機區組）；父本‘先恢XK01’在預試驗中播始期比母本‘隆科638S’短7～9天，因此本次試驗父本進行了拋秧（晚9天）和干處理來干預父本始穗時間[15]，從而達到父母本花期理想相遇的情況。人工撒播按每公頃26.25 kg用種量，機械撒播采用華南農業大學設計的水稻穴直播機，按行距20 cm，株距14 cm，每穴1～3粒谷的標準運行[16-17]。

1.3 制種產量分析

父母本生育期（始穗、齊穗），產量構成要素（結實率、有效穗數、千粒重、小區實收產量）。

1.4 數據采集

始穗時間以抽穗數5%～10%為準，齊穗時間以抽穗數80%為準，在收獲時采用五點法收獲每個小區5株母本3次重復，并統計有效穗數，在實驗室使用高通量數字化考種機統計每株總粒數、結實率、千粒重。

1.5 數據統計分析

Excel 2016及IBM SPSS Statistics 25，進行產量構成因素及相關性顯著性分析。

1.6 正交設計

本次研究采用L8(2241)正交設計，考察父本處理方式(A)、播種方式(B)、父母本比例(C)3個因素，兩因素兩水平一因素四水平，以產量為考察指標，因素水平見表1，由SPSS設計得到8個組合。

表1 正交試驗因素水平表

2 結果和分析

2.1 ‘隆科638S’和‘先恢XK01’生育期調查

抽穗授粉時期的選擇需要結合當地的氣候條件、父本期數以及間隔的時間等方面進行綜合的考慮。水稻的制種培育在緯度較低的地方，多選擇在地域較為開闊、晝夜溫差相對恒定、光照充足、海拔大約400 m左右的地方[18]。抽穗期日溫度在25℃～30℃最佳[19]，因此本次試驗選擇在2019年6月2日（父本拋秧在6月11日）于湖南省武岡市山嵐村基地水田試驗區進行播種，并于8月22號噴灑920（每公頃450 g，分2次噴灑，第1次180 g，第2次270 g），9月26號收種。如表2，從整體上來看，機械播種始穗期均比人工播種晚2天。種子經催芽后直播機播種會影響種子的通過性、種子損傷和出苗率，直播機干處理播種也有一定影響從而延長生育期[20]。

2.2 產量性狀考察數據及產量分析

如表3，無論是機械還是人工播種，在父母本比例為6:1時，異交結實率最好，總體父本占比越小異交結實率越低。圖1表明機械播種在增加父本比例的情況下(6:1、9:1)比人工播種產量更高，人工播種在各父母本比例的情況下產量效果差異不大，但最高產量為機械播種。機械直播時，6:1小區產量高出平均值9.42%。人工撒播時，6:1小區產量高出平均值25.49%。表3中發現小比例(12:1、15:1)誤差均偏大，筆者分析可能是由于機械直播相對人工撒播播種更均勻，在父本量少的情況下機播產量不如人工撒播是因為小比例下人工撒播部分區域父本集中，導致部分區域產量比機械直播產量更高，效果更好。機械播種在變更父母本比例時對產量影響更明顯。此外通過調查父母本實際比例（各小區隨機用5點法選取5個1 m×1 m的區域，調查實際父母本株數），發現父本拋秧存活率略低于干處理存活率（拋秧6:1實際比例為6.5:1，9:1實際比例為10:1；干處理12:1實際比例為12:1，15:1實際比例為15:1）。拋秧有較強的穗粒協調能力和高產能力[21]，但在母本多，父本進行拋秧時，由于父本晚發芽，苗期較母本高度偏矮，導致吸收陽光不充足等問題使存活率降低。

表2 各比例親本生育期概況

表3 產量性狀考察數據

圖1 各試驗組產量比較

2.3 正交試驗結果

如表4，以產量為指標，由于第三列試驗結果之和比前面各列次數少一半，R隨之少一半，因此采用調整差法將第三列R放大一倍[22]，由極值R’得知，各因素影響作用為C＞A＞B，即父母本比例為產量最相關的因素。直觀分析本研究中各因素最佳水平為A1B2C1，即父本拋秧處理，母本機械直播，父母本比例為6:1時產量最高。

2.5 產量構成因素與產量相關性分析

輸入數據后，依次點擊【分析】-【相關】-【雙變量】，將所有變量添加到右邊列表，在相關系數一欄里勾選Pearson，點擊確定，輸出結果[23]。表5結果表明，該試驗組合中總粒數與產量中度負相關，結實率與產量高度正相關，千粒重與產量低度正相關，有效穗數與產量基本不相關。影響產量最主要因素為異交結實率。

表4 L8(2241)正交表結果分析

表5 產量構成因素與產量相關性

3 結論與討論

在種子生產上，為了節省成本和勞動力，機械化制種取代傳統雜交制種的趨勢將在未來越發明顯，而目前機械化制種已有不少研究。在現有的幾種符合機械化制種的材料培育方法中，抗除草劑及轉基因技術存在安全隱患，粒型色澤篩選分離效果較差[12],需要配套成熟的篩選體系，且粒型篩選對機械化收割回來的雜交種子規格要求非常高，種子落粒性要好，種子粒形性狀要規整[13]。機械化采粉貯粉和授粉技術需要考慮到花粉的采集保存和貯藏問題[24]。父本雌性不育機械化制種技術存在父本的繁種問題，目前只有混播混收得到一定應用。在混播混收中，分選不育系的雜種與收割機收割的恢復系種子是一大難題。但已有研究不少品種組合均有高分選率，能應用于生產，如何立斌等[25]采用的穎殼顏色差異色選率達99.0%～99.4%，許二波等[13]的大小粒組合分選率也能達到99%以上‘，RG-1’（本次研究使用的父本材料‘先恢XK01’由‘RG-1’雜交轉育而來）與‘XR0714’（普通顏色穎殼材料）混合后經色選機分離篩選到的正常色澤種子的1次色選率和2次色選率則分別達到了99.97%和100%[14]，符合實際生產的要求。在產量上，對比了幾個其他課題組發表的母本直播且父母本比例為6:1的研究的產量，陳建民等[26]的‘谷豐A/閩恢3301’組合最高產量為3619.2 kg/hm2，周桂香等[15]的新安S/YR106組合最高產量為2310 kg/hm2。張德文等[27]的‘混制1號’組合最高產量為3799.5 kg/hm2。本次研究6:1母本直播產量為4157.85 kg/hm2。在產量方面該材料組合也略有優勢。在生育期方面，在去年初步探究發現父本‘先恢XK01’播始期比母本‘隆科638S’播始期少7～9天，筆者設想通過父本干處理或父本遲7～9天播種于育秧盤隨后拋秧使父母本花期達到同步，從結果來看，該措施達到了預期效果。綜合以上方面，該組合在機械化混播制種中具有良好的前景。

本次研究中拋秧產量相對于干處理提高了30%，筆者認為拋秧保證每一定面積內的父本成活株數，干處理可能會因為壟溝原因導致有的地方容易成苗有的地方成苗率低而產生花粉分布不均勻的問題。但實際生產中，拋秧與減少人工成本及加快機械化進程相違背，通過干處理來干預調節父本花期是混直播機械化制種的最簡單且成本最低的途徑之一，且調查拋秧和干處理的父母本實際比例發現干處理父本存活率略高于拋秧。因此，在實際制種生產上需綜合考慮種子價值與成本之間的關系。而針對人工播種在小比例下(12:1、15:1)產量效果更好這一現象，機械直播比人工撒播種子分布更均勻，產量構成因素分析表明影響產量最主要因素為異交結實率，而在制種父母本花期花時相遇的條件下，父本花粉量與母本結實率呈極顯著正相關(r=0.7932**)[28]。機械直播在小比例下由于父本分布均勻，但父本量過少，小區整體結實率偏低。而人工撒播在小比例下會產生某區域父本集中某區域父本稀少的情況，父本集中的區域花粉量充足，產量相對較高。另外在此次研究中發現機械播種該材料組合整體生育期會延遲2天，在今后的生產應用中應注意。

‘隆科638S’與‘先恢XK01’的混播制種目前取得了一定的成果，但為了能投入到實際生產中，還有幾點問題期望后續研究優化并解決。一是花期，雖然本次研究通過父本干處理和拋秧充分解決了父本花期早于母本7～9天的情況，但兩種處理方式均有各自缺點。如前面所談，拋秧雖效果良好，但浪費了勞力不能達到節省成本的最初目的，拋秧機又不能適用于母本已經直播的制種田，因此在實際生產中需綜合成本與產量來決定是否采取拋秧。父本干處理則需要注意父本播種后幾天內沒有異常高溫或連續雨水天氣，讓父本能夠正常推遲萌發從而達到父母本花期一致的情況。二是選雜，這幾乎是所有雜交稻制種的一大問題，混雜有多個方面原因，機械混雜、生物學混雜和性狀變異等，其中機械混雜大約占了絕大部分，在本研究中的不育系材料較穩定，不容易出現育性改變的情況，因此主要關注點還是在防治機械混雜上，如合理輪作，在制種繁殖田不可重茬連作，以防上季殘留的種子在下季出苗，造成混雜，以及播種前的選種、浸種、拌種以及收獲脫粒的全過程都需嚴格把關[29]。但在目前生產中，雖然各關嚴格把關，但還是存在一定雜率，導致制種成本上又添了除雜一項，且人工除雜存在除不干凈，工作量大的情況。期待在今后的發展中，能出現相應的除雜機或識別軟件來減少這方面的成本投入。

本次研究從父母本比例，機械和人工播種來試圖找到影響雜交組合‘隆科638S/先恢XK01’的混播制種效果因素，并根據父母本生育期對父本‘先恢XK01’進行了拋秧和干處理。研究結果表明，最適合該組合的父母本比例為6:1，在該比例下，機械直播比人工撒播產量更高，產量可達4157.85 kg/hm2。已有研究也表明機械精量穴直播能顯著提高單位面積有效穗數和單位面積穎花數，具有較高的產量潛力[30]，通過正交結果分析以及SPSS相關性分析表明影響產量最主要的因素為父母本比例，最主要的直接原因為異交結實率。在父本花期比母本早幾天的情況下考慮到成本與種子產量的關系可通過拋秧或干處理方式進行調節。綜合來看，該組合可用于機械制種，為混直播機械制種提供新品種，減少制種程序和成本。