湯國(guó)華，謝紅軍，余應(yīng)弘

（1.湖南省水稻研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.國(guó)家水稻改良中心長(zhǎng)沙分中心，湖南 長(zhǎng)沙 410125；3.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

雜交水稻是一項(xiàng)先進(jìn)的糧食增產(chǎn)技術(shù)，雜交水稻機(jī)械化制種是制約雜交水稻全球發(fā)展的一個(gè)重要因素。早在1980年美國(guó)圓環(huán)種子公司（Rice Tec前身）就開(kāi)始對(duì)南優(yōu)2號(hào)進(jìn)行機(jī)械化試制。之后，日本、德國(guó)等紛紛開(kāi)展雜交稻機(jī)械化制種研究[1]。美國(guó)水稻技術(shù)公司、德國(guó)拜耳公司在巴西、阿根廷等南美國(guó)家采用父、母本機(jī)械旱條播[2-6]，機(jī)械或農(nóng)用飛機(jī)施肥、噴施“九二0”，直升機(jī)趕粉，父、母本機(jī)械分批收割等制種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大面積機(jī)械化制種。

我國(guó)雜交水稻機(jī)械化制種起步相對(duì)較晚，隨著雜交水稻種子生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的行政區(qū)域和地方保護(hù)被打破，雜交水稻種子生產(chǎn)逐步向優(yōu)勢(shì)生態(tài)區(qū)集中，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)政策的逐步實(shí)施，農(nóng)村人口將進(jìn)一步減少，現(xiàn)行勞動(dòng)密集型、精耕細(xì)作型的制種技術(shù)已阻礙了雜交水稻種子生產(chǎn)的發(fā)展，國(guó)外機(jī)械化制種的模式不一定適合中國(guó)，因此尋找適合我國(guó)自身發(fā)展的機(jī)械化制種技術(shù)就顯得尤為重要。

1 雜交水稻機(jī)械化制種研究的現(xiàn)狀

雜交水稻機(jī)械化制種可分為兩種模式：一是分植法，二是混植法[7-8]。分植法是指把父、母本分開(kāi)種植的一種機(jī)械化制種模式。分植法最主要的形式是父、母本按行比或廂寬相間種植；另一種形式是父母本分開(kāi)集中種植，父本開(kāi)花時(shí)收集花粉、儲(chǔ)藏并保持花粉活力，母本開(kāi)花后機(jī)械授粉?；熘品ㄊ侵赴迅?、母本按一定比例混合種植的另一種機(jī)械化制種模式?；熘卜ㄓ袡C(jī)械混直播、人工或機(jī)械混撒播或父、母本混播機(jī)插等方法。

1.1 分植法機(jī)械化制種研究

分植法制種是我國(guó)雜交水稻制種的傳統(tǒng)模式，也是國(guó)外機(jī)械化制種的主要模式，分植法機(jī)械化制種主要有以下4種形式。

1.1.1 按播差期母本直播、父本育苗移栽制種 按播差期和行比，采用人工育苗移栽，是我國(guó)傳統(tǒng)的雜交水稻制種形式。為解決制種基地勞動(dòng)力不足的問(wèn)題，利用人工撒播、機(jī)械水直播、軟盤(pán)拋秧等方式定植母本。

1.1.2 按父、母本播差期機(jī)械旱直播或育苗機(jī)插制種 父、母本按播差期機(jī)械旱直播是目前美國(guó)、巴西等國(guó)家大面積機(jī)械化制種的主要形式[2]。其技術(shù)要點(diǎn)是：先翻耕土地并用激光平整機(jī)平田壓實(shí)，播種前噴施除草劑殺死雜草和落谷苗，然后按播差期和行比播種父、母本。父、母本行比按收割機(jī)收割寬度確定，一般是 4～6行父本，20～40行母本（2～3收割機(jī)寬），父、母本間距60 cm左右。機(jī)械或農(nóng)用飛機(jī)施肥、噴施“九二0”，直升機(jī)趕粉，父、母本分批收割。這種模式父、母本播差期一般7～15 d。

1.1.3 父、母本同期旱直播或育苗機(jī)插，母本再生制種 把播差期相差25 d左右的父、母本同期按行比機(jī)械旱直播或育苗機(jī)插，父本幼穗分化2～3期時(shí)，母本幼穗分化處于6期左右，用輕型割蔸機(jī)對(duì)母本割蔸，使其再生與父本花期相遇。這種形式雖然較繁瑣，但花期相遇好，制種產(chǎn)量較高。

1.1.4 機(jī)械采粉授粉制種 父、母本分別集中種植，在父本盛花期機(jī)械采粉、冷凍儲(chǔ)藏，在母本盛花期機(jī)械授粉[9]。這種模式能克服雜交水稻制種時(shí)間和空間的障礙，簡(jiǎn)化制種程序。湖南師范大學(xué)生物系在20世紀(jì)80年代中期進(jìn)行了該項(xiàng)研究。但花粉在冷藏條件下，活力喪失快，花粉萌發(fā)率低，該制種方法難以應(yīng)用。

1.2 混植法機(jī)械化制種研究

混植法機(jī)械化制種是機(jī)械化制種的理想模式，這種模式要求父、母本同時(shí)播種，同期抽穗，主要有3種途徑。

1.2.1 生物學(xué)方法 利于雌性不育材料或自交不發(fā)芽材料作父本，兩類材料均能正常提供花粉，雌性不育材料自交不結(jié)實(shí)，自交不發(fā)芽材料雖結(jié)實(shí)但不具發(fā)芽能力，兩種材料在特殊條件下均能恢復(fù)育性和發(fā)芽力。這兩類父本材料均有育成報(bào)道，但沒(méi)有應(yīng)用例證。

1.2.2 化學(xué)方法 此種方法有兩種途徑。一種是將抗滅殺性除草劑的基因?qū)氩挥担鐚⒖共莞熟?、草丁膦等的基因?qū)氩挥?，在父本授粉結(jié)束后噴施農(nóng)大、Basta等除草劑殺死父本；另一種是將對(duì)水稻選擇性除草劑如苯達(dá)松敏感的基因?qū)敫副?，父本授粉后噴施苯達(dá)松殺死父本[10]。

1.2.3 物理方法 一種是色選法，色選法是利用父、母本自身潁殼顏色差異或父、母本之一能被某種化學(xué)物質(zhì)如酚類染色，利用光學(xué)方法將父、母本分離開(kāi)來(lái)的分選方法。利用父、母本自身顏色差異如褐色、綠色穎殼的不育系與正常顏色的父本制種，混植混收后色選分離，此方法因分離效率不理想等原因，未見(jiàn)投入應(yīng)用。一種是機(jī)械分選法，利用父、母本在粒形（長(zhǎng)、寬、厚）上的差異，父、母本混植混收后機(jī)械分選。日本在父、母本粒形差異上做過(guò)研究，當(dāng)父、母本粒寬差異大于0.7 mm時(shí)，可利用圓孔篩分離[11]。

2 雜交水稻機(jī)械化制種中存在的問(wèn)題

雜交水稻機(jī)械化制種技術(shù)除了水稻生產(chǎn)機(jī)械化外，還包括機(jī)械輔助授粉技術(shù)，父、母本機(jī)械收獲、分離技術(shù)，“九二0”機(jī)械噴施技術(shù)等。上述的每個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)都決定雜交水稻機(jī)械化制種的成敗。因此，只有了解雜交水稻機(jī)械化制種各環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，才能更好地尋找到解決方法[12]。

2.1 父母本花期不遇，導(dǎo)致制種產(chǎn)量低

花期相遇是雜交水稻機(jī)械化制種高產(chǎn)的基礎(chǔ)。目前，大面積機(jī)械化制種的主要模式是父、母本按播差期和行比分別實(shí)行機(jī)械旱直播，父、母本播差期一般為7～15 d。母本不能按期播種或出苗是導(dǎo)致花期不遇的主要原因。

2.1.1 母本不能按期播種，導(dǎo)致花期不遇 這種機(jī)械化制種模式父、母本必須分批播種，問(wèn)題也因此而來(lái)。該播種母本時(shí)，由于下雨或土壤含水量高，播種機(jī)不能播種，母本播種只能提前或推后，從而導(dǎo)致花期不遇。

2.1.2 母本不能按期出苗，導(dǎo)致花期不遇 即使母本能按期播種，但由于土壤含水量的差異，其出苗期有時(shí)相差7 d。巴西在機(jī)械旱直播制種實(shí)踐中，母本在土壤含水量較高（或播種后3 d內(nèi)下雨）時(shí)播種，5～7 d出苗；在土壤含水量低（或播種后出苗前不下雨）時(shí)播種，13～14 d出苗。

2.2 雜交稻種子純度得不到保障

2.2.1 選擇性除草劑不能完全殺死父本 混植法機(jī)械化制種，利用對(duì)水稻選擇性除草劑苯達(dá)松、米唑酮類等敏感的材料作父本，授粉結(jié)束后噴施苯達(dá)松等，不能完全殺死父本，種植雜交稻時(shí)須在苗期再施除草劑一次才能完全殺死父本秧苗。拜耳在巴西采用這種模式制種[13]，雜種純度一般在80%左右，種子銷售時(shí)折價(jià)，并配送除草劑在苗期殺死父本秧苗。水稻生產(chǎn)發(fā)達(dá)國(guó)家均為規(guī)模化種植，技術(shù)措施容易落實(shí)到位，而我國(guó)水稻生產(chǎn)農(nóng)戶大多小規(guī)模經(jīng)營(yíng)，技術(shù)入戶難度大，同時(shí)，種子質(zhì)量達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)禁止銷售。

2.2.2 制種田自生苗不易控制 上季或上一年制種田中的落粒谷量很大，且具有發(fā)芽力時(shí)，將嚴(yán)重影響直播制種種子純度。

2.3 缺少適應(yīng)機(jī)械化制種的組合和基地

分植法和混植法機(jī)械化制種，對(duì)制種組合的共同要求是父、母本能同期播種且花期相遇。此外，分植法機(jī)械化制種重點(diǎn)應(yīng)解決基地問(wèn)題，混植法機(jī)械化制種重點(diǎn)應(yīng)解決父、母本的分離問(wèn)題。選育混植法機(jī)械化制種組合的難度遠(yuǎn)大于選育分植法機(jī)械化制種組合，但選育混植法機(jī)械化制種組合是我國(guó)實(shí)現(xiàn)大面積全程機(jī)械化制種的根本出路。

2.3.1 水稻生產(chǎn)機(jī)械化程度高的國(guó)家缺少適應(yīng)機(jī)械化制種的組合 在水稻生產(chǎn)機(jī)械化程度高的國(guó)家，很多農(nóng)場(chǎng)主擁有數(shù)百公頃集中連片、田面平整的水田，一臺(tái)播種機(jī)一天能播種50～80 hm2。這些國(guó)家只需選育父、母本同期播種、花期相遇好的組合，就能實(shí)現(xiàn)大面積機(jī)械化制種高產(chǎn)的目標(biāo)。

2.3.2 我國(guó)既缺少分植法機(jī)械化制種的基地又缺少混植法機(jī)械化制種的組合 我國(guó)耕地資源短缺，農(nóng)戶人均水田面積少，且多為千家萬(wàn)戶小規(guī)模經(jīng)營(yíng)。我國(guó)雜交水稻制種雖然經(jīng)過(guò)多年探索形成了7個(gè)生態(tài)區(qū)，但除江蘇鹽城外，人均水田少且田塊不周正，不利于機(jī)械操作，很難整合成適應(yīng)大面積機(jī)械化制種的基地。我國(guó)育種家很少把適應(yīng)機(jī)械化制種作為組合選育的首要目標(biāo)，父、母本能同期播種花期相遇的組合少，更沒(méi)有混植法機(jī)械化制種組合大面積應(yīng)用于生產(chǎn)。

3 實(shí)現(xiàn)雜交水稻機(jī)械化制種的對(duì)策

3.1 選育適合機(jī)械化制種的組合

3.1.1 選育父、母本能同期播種的組合 無(wú)論分植法還是混植法機(jī)械化制種，其基本前提都是選育父、母本能同期播種且花期相遇好的組合。

機(jī)械化制種要求育種家選育適合機(jī)械化制種的組合。過(guò)去，育種家對(duì)父、母本的播差期未引起重視，只強(qiáng)調(diào)組合優(yōu)勢(shì)，父、母本播差期再大，組合還是當(dāng)選，這無(wú)形中增加了機(jī)械化制種的難度和花期不遇的風(fēng)險(xiǎn)。選育父、母本生育期相同或相近的組合，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械化制種和花期相遇的基礎(chǔ)。

雜交水稻制種父、母本的播差期是相對(duì)的，由于父、母本對(duì)光溫反應(yīng)的差異，在某一生態(tài)區(qū)父、母本不能同期播種制種的組合，而在另一生態(tài)區(qū)則可能實(shí)現(xiàn)父、母本同期播種花期相遇。目前，科研人員已經(jīng)選育出父、母本能同期播種制種的苗頭高產(chǎn)組合。實(shí)踐也證明，“兩系法”是選育適應(yīng)機(jī)械化制種組合最有效的途徑。

3.1.2 選育父、母本粒型差異大的組合 我國(guó)稻種資源豐富，大面積種植的水稻品種粒形多樣，千粒重、粒長(zhǎng)差異大，利用父、母本粒形差異，選育適合混植法機(jī)械化制種組合，是實(shí)現(xiàn)雜交水稻機(jī)械化混植制種的理想模式。余應(yīng)弘等[14]利用矮稈、隱性小粒材料瀟湘矮轉(zhuǎn)育成的水稻光溫敏小粒不育系，千粒重11 g左右、株高60 cm，利用自主設(shè)計(jì)的圓筒窩眼型孔篩可將該小粒材料與正?；謴?fù)系完全分離。

3.2 改旋耕為鏵式犁翻耕，控制落谷苗

旋耕難把田間落谷翻入底層，制種時(shí)容易出現(xiàn)落谷苗，影響雜種純度。用鏵式犁把表層落谷翻入底層，可防止落谷苗發(fā)生，保證種子純度。

3.3 加強(qiáng)制種機(jī)械設(shè)備的研制

3.3.1 趕粉機(jī)械研制 授粉一直是雜交水稻制種勞動(dòng)強(qiáng)度大、時(shí)間長(zhǎng)、用工緊張的環(huán)節(jié)，授粉質(zhì)量直接關(guān)系到制種產(chǎn)量高低。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家一般采用小型直升機(jī)趕粉，而我國(guó)雜交水稻制種基地住房多、樹(shù)木多、電線多，很難利用直升機(jī)授粉。研制小型飛行趕粉器，飛行高度2～10 m，穗層風(fēng)力5級(jí)，飛行速度20 km/h，授粉寬度10 m，每臺(tái)趕粉器可授粉20 hm2，每天授粉2次。

3.3.2 分離機(jī)械研制 湖南省水稻研究所與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)對(duì)不同粒型父、母本進(jìn)行分離研究，聯(lián)合研制出滾筒式水稻種子分選機(jī)模型，并申請(qǐng)了專利。該項(xiàng)專利適用于分離粒型差異較大的父、母本，實(shí)現(xiàn)父、母本機(jī)械混播、混收，機(jī)械分離全程機(jī)械化制種[15]。

3.3.3 水田直播機(jī)械研制 山丘區(qū)大多不宜使用大型機(jī)械，因此，針對(duì)山丘區(qū)研制小型人力直播機(jī)，機(jī)重20 kg左右，1人操作，每次播種4～6行，播種、覆泥一次完成。

3.4 建立適合機(jī)械化制種的基地

雜交水稻制種機(jī)械化是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，研究探索有中國(guó)特色的雜交水稻機(jī)械化制種技術(shù)體系尤為必要。制種基地的規(guī)?；请s交水稻機(jī)械化制種的前提[16]，建設(shè)規(guī)?；品N基地要考慮土地租金、生態(tài)條件、人文條件、交通便宜等因素，建立適合機(jī)械化制種的基地。

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