曾 佳，劉 玲，譚炎寧，許 可，孫學(xué)武，歐陽(yáng)寧，袁貴龍，袁定陽(yáng)，段美娟

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，長(zhǎng)沙410128；2湖南大學(xué)研究生院隆平分院，長(zhǎng)沙 410125；3湖南雜交水稻研究中心 雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410125）

0 引言

2001—2017年，優(yōu)質(zhì)雜交稻組合數(shù)大幅增加，從2001年的19個(gè)組合、推廣面積123.2萬hm2，增加到2017年的214個(gè)組合、推廣面積706.2萬hm2[1]。雜交稻在中國(guó)水稻中扮演著不可缺少的角色。但雜交制種仍存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、操作繁瑣、成本高等問題導(dǎo)致只能在勞動(dòng)力密集的地區(qū)進(jìn)行，不利于雜交稻的推廣。加快制種過程中的機(jī)械化進(jìn)程成為必然的趨勢(shì)。隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)，水稻生產(chǎn)過程中的整地與收割的機(jī)械化程度已較高，機(jī)械化插秧（或直播）也正在有條件的地區(qū)大力推廣[2]。機(jī)械化插秧與播種能減少用種量，特別是對(duì)于種子價(jià)格昂貴的雜交水稻，減少水稻生產(chǎn)勞動(dòng)投入[3]，且機(jī)械對(duì)秧苗造成的損傷并不比人工大[4]。分植制種目前機(jī)械化程度主要應(yīng)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(shù)。播種，栽插均需父母本單獨(dú)作業(yè)[2]。水稻屬于自花授粉作物，其生殖器結(jié)構(gòu)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(yán)重缺陷[6]。因此進(jìn)入揚(yáng)花期后需采用人工（繩索竹竿或背負(fù)式噴氣機(jī)）或機(jī)械（無人機(jī)）趕粉[7]，父母本結(jié)實(shí)成熟后先收割父本再統(tǒng)一收割母本，分植制種一定程度上利用了機(jī)械化進(jìn)程，節(jié)約了成本，但程序及操作仍相對(duì)繁瑣。且目前在機(jī)械制種過程的栽植機(jī)具嚴(yán)重短缺[8]。父母本機(jī)械化混播制種是提高制種效率的一種有效途徑。目前針對(duì)雜交水稻混直播制種已有研究，如將抗除草劑Bar基因轉(zhuǎn)入兩系雜交稻的不育系、恢復(fù)系[9]，找到影響雌性生殖基因如花粉管阻斷基因構(gòu)建父系（雌性不育系恢復(fù)系）使父本不產(chǎn)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(zhuǎn)基因技術(shù)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(duì)機(jī)械化收割回來的雜交種子規(guī)格要求非常高，種子落粒性要好，種子粒形性狀要規(guī)整[13]。本課題組從自選恢復(fù)系XR0714中發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)育‘RG-1’獲得了綜合性狀較優(yōu)良、紅穎性狀典型的‘先恢XK01’恢復(fù)系新材料。另經(jīng)調(diào)試使該材料和黃色穎殼母本色選率到達(dá)100%[14]。利用該恢復(fù)系篩選得到生育期基本一致的母本，來選育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)適用于混播制種的新組合，并探究影響其產(chǎn)量的存在因素，為機(jī)械化混播制種育種選育新雜交高產(chǎn)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(yàn)設(shè)計(jì)

武岡市山嵐村基地水田試驗(yàn)區(qū)，混播制種方式（機(jī)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(qū)面積(10 m×18 m)；重復(fù)試驗(yàn)（3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組）；父本‘先恢XK01’在預(yù)試驗(yàn)中播始期比母本‘隆科638S’短7～9天，因此本次試驗(yàn)父本進(jìn)行了拋秧（晚9天）和干處理來干預(yù)父本始穗時(shí)間[15]，從而達(dá)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(jī)械撒播采用華南農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的水稻穴直播機(jī)，按行距20 cm，株距14 cm，每穴1～3粒谷的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行[16-17]。

1.3 制種產(chǎn)量分析

父母本生育期（始穗、齊穗），產(chǎn)量構(gòu)成要素（結(jié)實(shí)率、有效穗數(shù)、千粒重、小區(qū)實(shí)收產(chǎn)量）。

1.4 數(shù)據(jù)采集

始穗時(shí)間以抽穗數(shù)5%～10%為準(zhǔn)，齊穗時(shí)間以抽穗數(shù)80%為準(zhǔn)，在收獲時(shí)采用五點(diǎn)法收獲每個(gè)小區(qū)5株母本3次重復(fù)，并統(tǒng)計(jì)有效穗數(shù)，在實(shí)驗(yàn)室使用高通量數(shù)字化考種機(jī)統(tǒng)計(jì)每株總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

Excel 2016及IBM SPSS Statistics 25，進(jìn)行產(chǎn)量構(gòu)成因素及相關(guān)性顯著性分析。

1.6 正交設(shè)計(jì)

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

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果和分析

2.1 ‘隆科638S’和‘先恢XK01’生育期調(diào)查

抽穗授粉時(shí)期的選擇需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、父本期數(shù)以及間隔的時(shí)間等方面進(jìn)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(duì)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(yàn)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(yàn)區(qū)進(jìn)行播種，并于8月22號(hào)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(hào)收種。如表2，從整體上來看，機(jī)械播種始穗期均比人工播種晚2天。種子經(jīng)催芽后直播機(jī)播種會(huì)影響種子的通過性、種子損傷和出苗率，直播機(jī)干處理播種也有一定影響從而延長(zhǎng)生育期[20]。

2.2 產(chǎn)量性狀考察數(shù)據(jù)及產(chǎn)量分析

如表3，無論是機(jī)械還是人工播種，在父母本比例為6:1時(shí)，異交結(jié)實(shí)率最好，總體父本占比越小異交結(jié)實(shí)率越低。圖1表明機(jī)械播種在增加父本比例的情況下(6:1、9:1)比人工播種產(chǎn)量更高，人工播種在各父母本比例的情況下產(chǎn)量效果差異不大，但最高產(chǎn)量為機(jī)械播種。機(jī)械直播時(shí)，6:1小區(qū)產(chǎn)量高出平均值9.42%。人工撒播時(shí)，6:1小區(qū)產(chǎn)量高出平均值25.49%。表3中發(fā)現(xiàn)小比例(12:1、15:1)誤差均偏大，筆者分析可能是由于機(jī)械直播相對(duì)人工撒播播種更均勻，在父本量少的情況下機(jī)播產(chǎn)量不如人工撒播是因?yàn)樾”壤氯斯と霾ゲ糠謪^(qū)域父本集中，導(dǎo)致部分區(qū)域產(chǎn)量比機(jī)械直播產(chǎn)量更高，效果更好。機(jī)械播種在變更父母本比例時(shí)對(duì)產(chǎn)量影響更明顯。此外通過調(diào)查父母本實(shí)際比例（各小區(qū)隨機(jī)用5點(diǎn)法選取5個(gè)1 m×1 m的區(qū)域，調(diào)查實(shí)際父母本株數(shù)），發(fā)現(xiàn)父本拋秧存活率略低于干處理存活率（拋秧6:1實(shí)際比例為6.5:1，9:1實(shí)際比例為10:1；干處理12:1實(shí)際比例為12:1，15:1實(shí)際比例為15:1）。拋秧有較強(qiáng)的穗粒協(xié)調(diào)能力和高產(chǎn)能力[21]，但在母本多，父本進(jìn)行拋秧時(shí)，由于父本晚發(fā)芽，苗期較母本高度偏矮，導(dǎo)致吸收陽(yáng)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(chǎn)量性狀考察數(shù)據(jù)

圖1 各試驗(yàn)組產(chǎn)量比較

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

如表4，以產(chǎn)量為指標(biāo)，由于第三列試驗(yàn)結(jié)果之和比前面各列次數(shù)少一半，R隨之少一半，因此采用調(diào)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(chǎn)量最相關(guān)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(jī)械直播，父母本比例為6:1時(shí)產(chǎn)量最高。

2.5 產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量相關(guān)性分析

輸入數(shù)據(jù)后，依次點(diǎn)擊【分析】-【相關(guān)】-【雙變量】，將所有變量添加到右邊列表，在相關(guān)系數(shù)一欄里勾選Pearson，點(diǎn)擊確定，輸出結(jié)果[23]。表5結(jié)果表明，該試驗(yàn)組合中總粒數(shù)與產(chǎn)量中度負(fù)相關(guān)，結(jié)實(shí)率與產(chǎn)量高度正相關(guān)，千粒重與產(chǎn)量低度正相關(guān)，有效穗數(shù)與產(chǎn)量基本不相關(guān)。影響產(chǎn)量最主要因素為異交結(jié)實(shí)率。

表4 L8(2241)正交表結(jié)果分析

表5 產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

在種子生產(chǎn)上，為了節(jié)省成本和勞動(dòng)力，機(jī)械化制種取代傳統(tǒng)雜交制種的趨勢(shì)將在未來越發(fā)明顯，而目前機(jī)械化制種已有不少研究。在現(xiàn)有的幾種符合機(jī)械化制種的材料培育方法中，抗除草劑及轉(zhuǎn)基因技術(shù)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(duì)機(jī)械化收割回來的雜交種子規(guī)格要求非常高，種子落粒性要好，種子粒形性狀要規(guī)整[13]。機(jī)械化采粉貯粉和授粉技術(shù)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(jī)械化制種技術(shù)存在父本的繁種問題，目前只有混播混收得到一定應(yīng)用。在混播混收中，分選不育系的雜種與收割機(jī)收割的恢復(fù)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(yīng)用于生產(chǎn)，如何立斌等[25]采用的穎殼顏色差異色選率達(dá)99.0%～99.4%，許二波等[13]的大小粒組合分選率也能達(dá)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(zhuǎn)育而來）與‘XR0714’（普通顏色穎殼材料）混合后經(jīng)色選機(jī)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(dá)到了99.97%和100%[14]，符合實(shí)際生產(chǎn)的要求。在產(chǎn)量上，對(duì)比了幾個(gè)其他課題組發(fā)表的母本直播且父母本比例為6:1的研究的產(chǎn)量，陳建民等[26]的‘谷豐A/閩恢3301’組合最高產(chǎn)量為3619.2 kg/hm2，周桂香等[15]的新安S/YR106組合最高產(chǎn)量為2310 kg/hm2。張德文等[27]的‘混制1號(hào)’組合最高產(chǎn)量為3799.5 kg/hm2。本次研究6:1母本直播產(chǎn)量為4157.85 kg/hm2。在產(chǎn)量方面該材料組合也略有優(yōu)勢(shì)。在生育期方面，在去年初步探究發(fā)現(xiàn)父本‘先恢XK01’播始期比母本‘隆科638S’播始期少7～9天，筆者設(shè)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(dá)到同步，從結(jié)果來看，該措施達(dá)到了預(yù)期效果。綜合以上方面，該組合在機(jī)械化混播制種中具有良好的前景。

本次研究中拋秧產(chǎn)量相對(duì)于干處理提高了30%，筆者認(rèn)為拋秧保證每一定面積內(nèi)的父本成活株數(shù)，干處理可能會(huì)因?yàn)閴艤显驅(qū)е掠械牡胤饺菀壮擅缬械牡胤匠擅缏实投a(chǎn)生花粉分布不均勻的問題。但實(shí)際生產(chǎn)中，拋秧與減少人工成本及加快機(jī)械化進(jìn)程相違背，通過干處理來干預(yù)調(diào)節(jié)父本花期是混直播機(jī)械化制種的最簡(jiǎn)單且成本最低的途徑之一，且調(diào)查拋秧和干處理的父母本實(shí)際比例發(fā)現(xiàn)干處理父本存活率略高于拋秧。因此，在實(shí)際制種生產(chǎn)上需綜合考慮種子價(jià)值與成本之間的關(guān)系。而針對(duì)人工播種在小比例下(12:1、15:1)產(chǎn)量效果更好這一現(xiàn)象，機(jī)械直播比人工撒播種子分布更均勻，產(chǎn)量構(gòu)成因素分析表明影響產(chǎn)量最主要因素為異交結(jié)實(shí)率，而在制種父母本花期花時(shí)相遇的條件下，父本花粉量與母本結(jié)實(shí)率呈極顯著正相關(guān)(r=0.7932**)[28]。機(jī)械直播在小比例下由于父本分布均勻，但父本量過少，小區(qū)整體結(jié)實(shí)率偏低。而人工撒播在小比例下會(huì)產(chǎn)生某區(qū)域父本集中某區(qū)域父本稀少的情況，父本集中的區(qū)域花粉量充足，產(chǎn)量相對(duì)較高。另外在此次研究中發(fā)現(xiàn)機(jī)械播種該材料組合整體生育期會(huì)延遲2天，在今后的生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)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(shí)際生產(chǎn)中，還有幾點(diǎn)問題期望后續(xù)研究?jī)?yōu)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(diǎn)。如前面所談，拋秧雖效果良好，但浪費(fèi)了勞力不能達(dá)到節(jié)省成本的最初目的，拋秧機(jī)又不能適用于母本已經(jīng)直播的制種田，因此在實(shí)際生產(chǎn)中需綜合成本與產(chǎn)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(nèi)沒有異常高溫或連續(xù)雨水天氣，讓父本能夠正常推遲萌發(fā)從而達(dá)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(gè)方面原因，機(jī)械混雜、生物學(xué)混雜和性狀變異等，其中機(jī)械混雜大約占了絕大部分，在本研究中的不育系材料較穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)育性改變的情況，因此主要關(guān)注點(diǎn)還是在防治機(jī)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(yán)格把關(guān)[29]。但在目前生產(chǎn)中，雖然各關(guān)嚴(yán)格把關(guān)，但還是存在一定雜率，導(dǎo)致制種成本上又添了除雜一項(xiàng)，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(fā)展中，能出現(xiàn)相應(yīng)的除雜機(jī)或識(shí)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(jī)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(jù)父母本生育期對(duì)父本‘先恢XK01’進(jìn)行了拋秧和干處理。研究結(jié)果表明，最適合該組合的父母本比例為6:1，在該比例下，機(jī)械直播比人工撒播產(chǎn)量更高，產(chǎn)量可達(dá)4157.85 kg/hm2。已有研究也表明機(jī)械精量穴直播能顯著提高單位面積有效穗數(shù)和單位面積穎花數(shù)，具有較高的產(chǎn)量潛力[30]，通過正交結(jié)果分析以及SPSS相關(guān)性分析表明影響產(chǎn)量最主要的因素為父母本比例，最主要的直接原因?yàn)楫惤唤Y(jié)實(shí)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(chǎn)量的關(guān)系可通過拋秧或干處理方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。綜合來看，該組合可用于機(jī)械制種，為混直播機(jī)械制種提供新品種，減少制種程序和成本。