鐘光躍 陳輝志 于小軍 呂建群

（1貴州山至金生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司，遵義563000；2四川華豐種業(yè)有限責(zé)任公司，成都610100；3四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，成都610066）

種子是農(nóng)業(yè)最基本、最特殊、不可替代的生產(chǎn)資料。水稻（Oryza sativa）是典型的自花授粉作物，而雜交水稻的育成，打破了自花授粉作物沒有雜種優(yōu)勢(shì)的傳統(tǒng)看法，改變了水稻授粉方式，由典型的自花授粉變?yōu)橥耆惢ㄊ诜踇1]。雜交水稻種子的生產(chǎn)是一項(xiàng)特殊的生產(chǎn)，在40多年的研究和實(shí)踐中，我國(guó)科學(xué)家深度了解水稻親本的異交特性，創(chuàng)造和積累了極其豐富的制種理論與經(jīng)驗(yàn)，形成了一套較為完整的三系配套制種技術(shù)體系。然而隨著水稻育種資源的不斷更新、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些新型的水稻三系不育系層出不窮，而對(duì)三系不育系異交性能的研究也并未止步。農(nóng)業(yè)設(shè)施的完善、機(jī)械化程度的提高，不育系的繁殖和雜交稻的制種方法也在改變。本文旨在通過對(duì)不育系異交性能、繁殖研究方法及試驗(yàn)結(jié)果上的推陳出新，為農(nóng)業(yè)技術(shù)人員研究新品種制繁技術(shù)提供科學(xué)參考。

1 三系不育系異交性能研究進(jìn)展

1.1 不育系育性鑒定根據(jù)花粉敗育程度和敗育的時(shí)期可以將不育系分為典?。▎魏似跀∮?、圓敗（二核期敗育）、染?。ㄈ似跀∮?類。根據(jù)不育系恢保關(guān)系可將不育系分為野敗型（WA）、紅蓮型（HL）、包臺(tái)型（BT）、其他類型（如田野 28、D 型、岡型、矮敗型、滇型等）[2]。無論什么類型的不育系，雄性不育細(xì)胞質(zhì)對(duì)雜種一代單株產(chǎn)量和主要農(nóng)藝性狀多數(shù)表現(xiàn)負(fù)效應(yīng)[3]。育性的鑒定方法以種子結(jié)實(shí)率[4]或花粉可育率為主，也有以花藥顏色為主要指標(biāo)的。

1.2 親本抽穗動(dòng)態(tài)及開花習(xí)性研究水稻品種間抽穗期及抽穗日數(shù)差異很大，抽穗動(dòng)態(tài)均呈“S”型曲線，且抽穗動(dòng)態(tài)與土壤肥力狀況無關(guān)[4]。單穗花期無論大小，其逐日開花動(dòng)態(tài)基本相同，均呈明顯偏左的單峰曲線；其日開花動(dòng)態(tài)一般呈前高后低的雙峰型，少數(shù)呈前重后輕的單峰型[5]。單穴花期逐日開花動(dòng)態(tài)基本為偏態(tài)分布，從零星開穎至開穎高峰穎花的開放具有“突發(fā)”的特點(diǎn)，單穴進(jìn)入盛花期后尤為明顯。水稻品種不同，其花時(shí)各不相同。秈稻比粳稻花時(shí)早且開穎歷期長(zhǎng)，恢復(fù)系花時(shí)早而集中，開穎時(shí)間短；不育系開花遲且分散，開穎時(shí)間長(zhǎng)。水稻花時(shí)的差異中有46%~66%由相應(yīng)時(shí)期內(nèi)的氣象因子變異引起。溫度與濕度的互作對(duì)花時(shí)的影響大，溫度高、濕度大有利于開花和提早花時(shí)[6]。此外，日照風(fēng)速、微量元素和栽培措施對(duì)花時(shí)也有影響。三系不育系開花動(dòng)態(tài)呈單峰曲線，高峰期一般出現(xiàn)在 10：30-11：30[7]，也有出現(xiàn)在 10：00-12：00[8]和11：30-12：30[9]的?；謴?fù)系開花高峰期一般在10：00-12：00[10]，也有 11：30-12：30[11]的。

1.2.1 開穎角度和開閉穎時(shí)間水稻不育系的開穎角度都大于30°，但品種間差異顯著；不育系小花開閉穎時(shí)間均較長(zhǎng)，大約在2~5h，品種間差異較大，但差異不顯著[12]。

1.2.2 柱頭特性研究水稻柱頭是接受花粉的器官，柱頭外露率、柱頭長(zhǎng)和寬等性狀決定母本的授粉能力，直接影響水稻不育系繁殖及雜交稻制種產(chǎn)量。水稻品種柱頭長(zhǎng)度介于0.91~2.32mm之間，平均1.35mm，變異系數(shù)22.69%[13]；柱頭寬度則介于0.30~0.59mm之間，平均0.47mm，變異系數(shù)15.49%[14]。不育系的柱頭表面積越大越有利于接受外來花粉，但不是越大越好，柱頭越大水分越容易損耗，從而影響柱頭的存活時(shí)間。柱頭外露率越高，異交結(jié)實(shí)率越大。不育系開花第2天外露柱頭中仍有65%以上有受精能力[15]，所以依靠柱頭外露穎花第2天及以后接受花粉受精結(jié)實(shí)也是異交結(jié)實(shí)的重要途徑。異花授粉受雌雄花的大小、柱頭外露、穎殼張開的角度影響，柱頭外露率與柱頭長(zhǎng)、花藥長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)[16]。與柱頭外露率最密切相關(guān)的花器是柱頭長(zhǎng)、柱頭寬和穎花長(zhǎng)寬比，穎花長(zhǎng)和穎花寬主要通過影響穎花長(zhǎng)寬比來對(duì)柱頭外露率產(chǎn)生影響[17]。母本穎殼閉穎后外露柱頭仍然具有活力，可以接受花粉，正常結(jié)實(shí)。柱頭活力采用對(duì)柱頭外露穎花逐日充足授粉的結(jié)實(shí)率來反映[18]。柱頭活力的觀測(cè)方法分為延遲授粉法、逐日受精率估算法、柱頭顏色估算法3種，然而普遍采取的測(cè)量方法是在盛花期選取足夠數(shù)量的稻穗，留下當(dāng)天開花未授粉且柱頭外露的穎花套袋，從當(dāng)天起每天盛花時(shí)取同一父本品種的大量穗子人工充足授粉10穗，授粉后繼續(xù)套袋，15d后調(diào)查結(jié)實(shí)率。不育系柱頭活力以當(dāng)天最強(qiáng)，一般可結(jié)實(shí)44.2%~72.3%，以后逐漸減弱，開花后2~4d柱頭仍有相當(dāng)強(qiáng)的活力，6~7d柱頭活力完全喪失[19]。噴施赤霉素、廣增素、尿素和開花前后噴施清水都能明顯提高柱頭的存活率，其效果為赤霉素＞廣增素＞尿素＞清水，而且在開花當(dāng)天噴施效果最明顯[20]。

1.2.3 父本產(chǎn)粉量父本產(chǎn)粉量是決定雜交稻制種產(chǎn)量的重要因素。測(cè)定父本產(chǎn)粉量可以采用顯微鏡直接觀察，也可以通過電腦測(cè)量。秈稻品種產(chǎn)粉量在907~1950粒/藥[21]，花粉量與花粉長(zhǎng)、寬間的經(jīng)驗(yàn)公式為：y=3×105×（0.25D-0.051）2×L（r=0.999），式中 y為花粉產(chǎn)粉量，D為花藥寬度（mm），L為花藥長(zhǎng)度（mm）。低溫會(huì)使父本的花藥縮小，從而降低花粉量[22]。

2 三系制種技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 季節(jié)安排與基地選擇環(huán)境條件對(duì)母本的異交特性及父本的散粉特性有很大的影響，適宜的溫度、濕度、光照等生態(tài)條件是保證制種產(chǎn)量必不可少的因素。在基地選擇上應(yīng)考慮是否具有良好的稻作自然條件和人文條件：自然條件方面應(yīng)具備土質(zhì)肥沃，耕作性能好，排灌方便，旱澇保收，光照充足，春夏季一般無極端高低溫度出現(xiàn)，稻田較集中連片，無檢疫性病害；人文條件包括耕作制度、道路交通、經(jīng)濟(jì)狀況和群眾基礎(chǔ)等[23]。在四川建設(shè)水稻制種基地具有生產(chǎn)、質(zhì)量、外銷、出口4大優(yōu)勢(shì)。高產(chǎn)制種的理想揚(yáng)花條件是：日均溫度26~28℃，相對(duì)濕度85%左右，晝夜溫差8~10℃，且光照充足有微風(fēng)。故四川盆地只適宜進(jìn)行一年一季的夏制，抽穗揚(yáng)花期一般安排在7月中下旬至8月上中旬[24]。制種田東西向與南北風(fēng)成一定角度，有利于傳粉，比南北向的異交結(jié)實(shí)率高2.9%，制種產(chǎn)量高7.4%[25]。

2.2 確定播差期的方法在雜交水稻制種過程中，由于父母本生育期的差異，制種時(shí)父母本不能同時(shí)播種。確定組合播差期有4種方法，即生育期推算法、葉齡推算法、有效積溫推算法和回歸方程計(jì)算法[26]。生育期推算法簡(jiǎn)便易掌握，但誤差甚大；葉齡推算法可以避免早期溫度變化對(duì)父本造成的影響；有效積溫推算法更適合新組合、新基地或者更換季節(jié)制種；回歸方程計(jì)算法受栽培管理影響，有較大誤差。一般在確定播差期的時(shí)候，都是2種或以上的方法同時(shí)使用。葉齡法結(jié)合生育期推算法既簡(jiǎn)捷又經(jīng)濟(jì)，是各制種單位普遍采用的方法，即利用生育期推算法確定大致范圍，再用葉齡法具體化，使雙親播差期的確定更符合實(shí)際[27]。

2.3 花期預(yù)測(cè)與調(diào)節(jié)方法花期不遇的原因有新陳種子播始?xì)v期存在差異、育秧方式、秧苗素質(zhì)、缺素僵苗、插秧深度、施肥時(shí)期、播差期計(jì)算失誤等[28]?；ㄆ陬A(yù)測(cè)的步驟一般分為3步：一是檢查父母本各自生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期；二是比較兩者發(fā)育時(shí)期與始穗期的時(shí)間關(guān)系；三是確定是否采取花期調(diào)節(jié)措施[29]。預(yù)測(cè)方法總的說來分成3種，幼穗剝檢法、葉齡法和播始?xì)v期推算法[21]。幼穗剝檢法就是田間剝查幼穗發(fā)育進(jìn)程，根據(jù)幼穗發(fā)育的8個(gè)時(shí)期的外部形態(tài)來判斷父母本花期是否相遇的方法，各地普遍采用，效果較好。葉齡法又分為葉齡指數(shù)法、葉齡余數(shù)法、對(duì)應(yīng)葉齡法和出葉速度法，即多點(diǎn)觀察父母本葉齡，用前幾年數(shù)據(jù)作參考來確定花期是否相遇。播始?xì)v期推算法則是根據(jù)制種親本播始期的變化規(guī)律來推算父母本的始穗期。

花期調(diào)節(jié)方法可分為農(nóng)藝措施調(diào)節(jié)法、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)法、復(fù)合類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)法、拔苞拔穗法和抽穗始期調(diào)節(jié)法?；ㄆ谡{(diào)節(jié)的具體措施有：密度調(diào)節(jié)、秧齡調(diào)節(jié)、肥料調(diào)節(jié)、水分調(diào)節(jié)、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、復(fù)合型激素調(diào)節(jié)。秧齡調(diào)節(jié)法對(duì)秧苗素質(zhì)中等或較差的秧苗調(diào)節(jié)作用大，對(duì)秧苗素質(zhì)好的調(diào)節(jié)作用小。水分調(diào)節(jié)法可以調(diào)節(jié)花期3~5d，促比控效果好，但無論是促還是控其副作用都很大[30]。另外一些極端調(diào)節(jié)方法也在用于調(diào)節(jié)花期：在早親本的幼穗分化Ⅶ期和見穗期，采取拔苞拔穗的方法，促使早抽穗親本的遲分蘗成穗，從而推遲花期5~10d[31]。在幼穗分化Ⅳ期以前，重割葉可使花期推遲5d，如果結(jié)合施用氮肥，則可以推遲花期6~7d，但在幼穗分化后期，只能輕割葉，且效果不明顯。割葉法對(duì)父本作用比較明顯，對(duì)母本作用不大，因?yàn)楦副净ǚ蹆?nèi)容充實(shí)期需要大量的碳水化合物，對(duì)割葉反應(yīng)比較敏感[30]。

2.4 花時(shí)性狀研究及調(diào)節(jié)方法大田群體穎花從始花到終花持續(xù)時(shí)間為75~165min，從始花至盛花為30~120min[32]。造成花時(shí)差異的遺傳因素有花器特性、品種類型差異、谷粒的長(zhǎng)寬比，谷粒越圓，開花越遲，谷粒越細(xì)長(zhǎng)，開花越早[33]?；〞r(shí)差異不僅與遺傳因素有關(guān)，而且還受到環(huán)境因素的影響，溫度過高或過低都影響父母本花時(shí)相遇，高溫促使秈稻開花提早[34]。而對(duì)濕度影響花時(shí)的研究尚未得出一致結(jié)論，可能由于濕度對(duì)花時(shí)的影響不大，或因當(dāng)時(shí)其他氣候因子對(duì)其也有影響[35]。

常用的花時(shí)調(diào)查方法有點(diǎn)花法和目測(cè)法[36]。點(diǎn)花法是標(biāo)記單穗在一定時(shí)間間隔內(nèi)的開花數(shù)，其方法是全部剪除已開穎花，以方便統(tǒng)計(jì)下一時(shí)段的開花數(shù)。點(diǎn)花法的優(yōu)點(diǎn)是精度較高，能準(zhǔn)確記錄每個(gè)時(shí)段內(nèi)稻穗的開花情況，精確記載每個(gè)稻穗的始花時(shí)、盛花時(shí)和終花時(shí)，提供精確的水稻開花動(dòng)態(tài)信息，已被廣泛用于科學(xué)研究[37]；點(diǎn)花法的缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)費(fèi)工，在研究大群體時(shí)不適用，而且人工剪穗對(duì)開花有影響。目測(cè)法是以小區(qū)為單位，只觀察記錄水稻開花的高峰期，以單株目測(cè)法調(diào)查花時(shí)性狀，調(diào)查周期控制在30min內(nèi)，記載開花高峰，并按盛花時(shí)分級(jí)，9：00以前為1級(jí)，9：31-10：00為第2級(jí)，依次類推，將花時(shí)分為6級(jí)[38]。目測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)是能保持觀察群體的原貌，且能迅速發(fā)現(xiàn)開花高峰期的單株，較好地解決試驗(yàn)規(guī)模和精度的矛盾；其缺點(diǎn)是不能精確研究開花習(xí)性。

花時(shí)的調(diào)節(jié)方法有植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、微量元素和農(nóng)藝措施調(diào)節(jié)。三十烷醇對(duì)水稻不育系的開花高峰有提前作用[39]。MeJA對(duì)水稻不育系的開穎具有顯著的誘導(dǎo)效應(yīng)，在雜交水稻制種中花時(shí)調(diào)節(jié)具有普遍適用性[40]。赤霉素也是廣泛用于生產(chǎn)實(shí)踐的花時(shí)調(diào)節(jié)劑，其被證明可以提早母本花時(shí)0.5~1h，使花時(shí)相對(duì)集中7.3%~20.5%，從而增加當(dāng)天授粉比例[41]。另外其他植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑如調(diào)花寶等也有提早母本花時(shí)、集中開花量、促進(jìn)父母本花時(shí)相遇等作用，且效果顯著[42]。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑與微肥配合使用效果會(huì)更好。父本開花前噴施冷水，可以降低父本溫度，從而推遲開花，使花時(shí)和母本接近；母本趕露水可以提高小氣候溫度，從而使母本提早開花。合適的溫濕配比能促進(jìn)不育系開花提早，卻使恢復(fù)系花時(shí)推遲，從而使父母本花時(shí)相遇[43]，所以保證適量的水分供應(yīng)也是調(diào)節(jié)花時(shí)的措施。

2.5 水稻制種產(chǎn)量構(gòu)成因素分析及高產(chǎn)群體的構(gòu)建水稻制種產(chǎn)量構(gòu)成因素貢獻(xiàn)最大的是有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重[44]，由此可見，有效穗數(shù)是制約制種產(chǎn)量的最主要因素?，F(xiàn)行的栽培技術(shù)中，不育系密度都偏小。要確保繁殖制種穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，采用適當(dāng)行比，同時(shí)增加父母本基本苗數(shù)，才能達(dá)到制種高產(chǎn)的要求[45]。制種過程中要求父本穗層高于母本穗層，一般高出10~15cm即可。父本冠層葉片太長(zhǎng)給花粉飄散造成障礙，但過短（小于8cm）將影響父本花粉的發(fā)育和有效供給[46]。每hm2父本有效穗數(shù)135萬以上，總穎花量1.35億以上，每天開花散粉的穎花數(shù)必須達(dá)1950萬朵才能滿足母本的有效需求[47]。隨著機(jī)械化制種技術(shù)的發(fā)展，未來有待進(jìn)一步對(duì)父本群體機(jī)械化制種予以完善[48]。制種高產(chǎn)群體合理配置的理想模型為：每hm2父本有效穗數(shù)不少于135萬，1.35億朵以上穎花，母本不少于300萬穗，2.7億~3億朵穎花；成穗比為1∶2.5，穎花比為1∶2，栽植面積比為1∶3.8；父本大雙行栽培廂寬2~2.2m，單行栽培廂寬1~1.2m[46]。

2.6 赤霉素噴施技術(shù)赤霉素的噴施必須掌握適時(shí)、適量、適情。對(duì)第1次噴施的時(shí)間，學(xué)者們意見不統(tǒng)一，有認(rèn)為在抽穗5%~10%、15%[49]時(shí)噴施的，也有認(rèn)為在20%和30%[50]時(shí)噴施的，這與品種有關(guān)。噴施劑量原則上用好第1次、重噴第2次、酌情使用第3次，劑量依品種而定，但一般第1次施總量的10%，第2次施總量的60%，第3次施總量的30%[51]。噴施要求順風(fēng)避雨，如噴施2h內(nèi)下雨要重噴。

2.7 去雜保純技術(shù)不育系中的雜株一般包括保持系、半不育系、青稞、常規(guī)稻和其他異品種；恢復(fù)系中一般包含分離變異株和異品種。父本在分蘗期和始穗揚(yáng)花期去雜；母本則在始穗期、揚(yáng)花期和成熟期去雜。在制種大田去雜中，去雜保純措施須貫穿制種實(shí)施的全過程。去雜保純的方法及注意事項(xiàng)：一要及時(shí)，避免雜株串粉；二要徹底，發(fā)現(xiàn)父母本有雜株即要整株拔除；三要謹(jǐn)慎處理，雜株要帶出田外處理或倒栽頭踩入泥底，防止雜株再次成活。

3 討論

不育系代數(shù)越高，基因飄移、種性退化會(huì)越嚴(yán)重，親本繁殖可采取一年繁殖，妥善保管，多年使用，以延長(zhǎng)不育系的推廣壽命。繁殖高純度的親本是水稻制種最省力、最經(jīng)濟(jì)的途徑，雜交稻種子的純度很大程度取決于親本的純度。

落田谷是親本繁殖和制種的頑疾，苗期很難判斷，特別是秧田中的落田谷隨秧苗栽插進(jìn)大田，去雜工作量將非常巨大。播種前，秧田采用提前30d持續(xù)灌深水浸泡，以消除落田谷[52]。

在國(guó)家種植結(jié)構(gòu)調(diào)整下，推廣優(yōu)質(zhì)水稻品種的比例日益增大，但隨著品種米質(zhì)的改良，一些不良性狀也會(huì)連鎖遺傳下來，優(yōu)質(zhì)品種親本發(fā)芽率偏低，就是其中之一。種子開穎、休眠期過長(zhǎng)，種子斷裂是影響芽率的重要原因。易開穎的品種，容易攜帶細(xì)菌和病毒，催芽前需使用咪鮮胺等殺菌劑消毒；對(duì)休眠期過長(zhǎng)的品種，則可選擇強(qiáng)氯精處理；收獲時(shí)嚴(yán)禁在高溫下暴曬種子，以防種子斷裂和燙傷種胚[53]。

隨著農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)和勞動(dòng)力的外流，傳統(tǒng)的“公司+農(nóng)戶”制種模式因其零散耗時(shí)、耗工，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足種子生產(chǎn)的要求。種植大戶和農(nóng)村合作社逐漸參與到制種行業(yè)中，選育高異交結(jié)實(shí)率的不育系，已迫在眉睫。機(jī)械插秧[54]和無人機(jī)趕粉[55]已登上歷史舞臺(tái)，研制一套機(jī)械化制種技術(shù)，是今后水稻制種研究的重中之重。