淺議雜交水稻制種技術的創新與發展

李黎紅 呂陽 董國軍 倪建平

摘? ?要：雜交水稻種子需要年年制種生產，以確保子一代的雜種優勢。當前，我國已建立了成熟的種子生產技術體系，但是基于勞力密集型的種子生產技術操作程序繁雜、勞動強度大，滯后于現代農業，迫切需要創新制種技術。應發展新型輕簡的全程機械化制種技術，以及父母本混播混種和雜種優勢固定（第三代雜交水稻和一系法雜交稻）的種子生產技術，以助推雜交水稻種業的發展。

關鍵詞：雜交水稻;新型制種技術;創新;發展

文章編號： 1005-2690（2019）03-0012-02? ? ? ?中圖分類號： S511? ? ? ?文獻標志碼： A

雜交水稻是我國發明的原創性糧食增產技術，自20世紀70年代野敗不育株的發現和利用，雜交水稻技術開始大面積應用于生產。近幾年，我國雜交稻年種植面積保持在約1 600萬hm2，占水稻種植總面積的53%左右，每年需商品雜交稻種子約2.7億kg，種子生產面積達15萬hm2左右。除中國外，其他國家雜交水稻種植面積每年約有636萬hm2，每年需商品雜交稻種子約1.1億kg，國外市值15億美元以上，為保障全球糧食安全和農業可持續發展發揮了巨大的作用[1]。我國一直引領全球雜交水稻發展，這與雜交水稻制種技術體系的形成和發展密不可分。通過40多年的研究與實踐，我國已建立起系統配套的種子生產技術體系，但是這些技術是建立在我國勞力密集型農業生產基礎上的。隨著我國社會經濟的快速發展和勞動力短缺，雜交水稻育種和種子生產技術需要不斷地創新提高[2]。美國于1999年開始利用全程機械化制種技術，此后才開始大面積推廣雜交水稻。今后，我國必須從勞力密集型種子生產技術轉型，向高效全程機械化制種技術發展，以更好地促進雜交水稻種業發展，提升國際市場競爭力，形成大型種業集團，擴大“一帶一路”國家的種植面積[3～5]。

1? ?在勞力密集型基礎上，建立了成熟的雜交水稻種子生產技術體系

雜交水稻制種是根據父母本抽穗遲早進行異步栽培，達到同步抽穗開花，實現異交結實生產雜交種子的過程。同一塊稻田里，需要通過父母本分期播種、分廂插秧、母本割葉、父本趕花粉，以及分期收割、施肥和噴農藥等一系列的種子生產環節，需要比常規稻生產增加更多的人工和成本。雖然雜交水稻繁殖、制種技術研究的歷史很短，僅有45年的時間，但是基于勞力密集型基礎上的制繁種技術體系已非常完善。

水稻是自花授粉作物，通過異交生產雜交種子，即制種技術很難。然而，廣大農業科技工作者克服了重重困難，取得了一系列突破性進展，已形成一套完整的人工化種子生產技術體系。該體系的形成大體經歷了3個階段：一是摸索階段（1973—1980年），制種產量450 kg/hm2以內;二是完善階段（1981—1985年），產量達到了750～1 500 kg/hm2;三是高產階段（1986年至今），產量則為2 250～3 000 kg/hm2。

在三系法高產制種技術研究穩步發展的同時，隨著光敏感核不育水稻的發現及利用，兩系法制種技術研究也日新月異，并有后來居上趨勢。從三系到二系，只是減少了不育系繁種技術一道工序，但雜交種子生產的制種技術還是與三系生產工序一樣，制種工序仍然復雜，需人工多和成本高，同樣需要制種技術創新。

2? ?農業現代化需要創新高效全程機械化制種技術

中國現行的勞力密集型雜交水稻制種技術工序繁雜，靠人工操作，用工多，勞動強度大，管理精細，追求優質高產，但是機械化程度很低，與當前經濟快速發展、農業勞動力日益緊缺的現代農業不相適應。

美國是最早開始采用全程機械化“廂式”制種的，但過于粗放，往往制種產量較低。該項技術也不適合中國國情，難以直接應用。隨著中國農業現代化和機械化的不斷推進，我國也因地制宜地發展了一些機械化制種的方法、途徑和技術，在種子生產過程中的部分工序應用機械作業[6]。自2012年以來，在湖南成功推廣了基于農用無人機輔助授粉的雜交水稻全程機械化制種技術，采用父母本大行比相間種植、機械插秧、機械分收、農用無人機航空植保施藥與輔助授粉等配套技術，制種產量達到了3 000 kg/hm2以上的高產水平，比傳統制種方法節省用工50%以上，可節省成本5 550元/hm2，已進行大面積推廣應用。大面積機械化生產獲得了良好的經濟效益與社會效益，為穩定制種基地、壯大產業發展起到了積極的助推作用。

現行的制種技術雖然取得了成功，但還需要父母本分期機械插秧、機械分收，與常規種子生產相比仍然比較復雜，所以農業專家在不斷探索更高效的方法。最近，我國又在育種和制種技術上取得了新的突破性的進展。

2.1? ?第三代雜交水稻育種技術和混播混收的機械化制種技術

我國現有雜交稻主要使用“廂式”制種技術，無法實現混播混收，導致對人工的嚴重依賴，也阻礙了種業的快速發展。近來，湖南雜交水稻研究中心等單位將第三代雜交水稻育種技術與雌性不育恢復系制種模式相結合，找到機械化制種的新技術路徑。將水稻雌性可育基因、花粉失活基因、熒光篩選標記基因等3類基因表達盒導入雌性不育水稻，雜合轉基因水稻進行自交結實。自交結實完成后，通過光電分選，可獲得純合雌性不育水稻，以其為恢復系，用于雜交稻機械化制種。而“選落”的、攜帶轉基因的雜合種子，可繼續用于雌性不育水稻繁殖，有效解決了雌性不育水稻繁殖技術難題，并可實現雜交稻種子生產混播混收。這意味著，未來我國有望進入雜交水稻大規模機械化“混播混收”制種新時代。

2.2? ?優化組培技術，建立一系法雜交種

理想的制種技術就是固定雜種優勢技術，實現從“三系” “二系”到“一系”法雜交水稻的選育目標。這樣，“一系”雜交水稻既保持了基因型的雜合性，又保持了其雜種優勢。而一系雜交種子生產就與常規稻一樣，不需要年年制種。早期科學家們一直用無融合生殖方法在探索優勢固定科學問題，進展甚微。最近，中國水稻研究所科學家根據植物干細胞能定向誘導成克隆植株的原理，已經從水稻植株胚、根、幼穗組織的體細胞誘導出愈傷組織，在實驗室獲得愈傷分化的克隆水稻植株，即優勢固定的F1植株。另外，還誘導了玉米單倍體基因Martrilineal的水稻直系同源基因，利用基因編輯方法選育了雜種優勢固定的子一代植株[7]。這將有望突破性地解決雜交水稻的優勢固定和制種勞力密集的兩大難題，實現雜交水稻種子的常規化生產。

3? ?新型制種技術提高了制種效益，促進了種業發展

目前，我國雜交水稻面積呈現緩慢減少趨勢，常規稻面積有所增加，這與農業勞動力短缺、雜交種子制種成本過高有關。所以，新型、輕簡、高效的全程機械化制種技術是未來發展的必然趨勢[8]。

全程機械化制種可降低種植成本和勞動強度，增加種業公司的經濟效益;同時，種業公司也可以適當降低種子價格，讓農民感到實惠，樂于用雜交種子直播種植。據隆平高科機械化制種效益分析：100 hm2規模制種可減少長期用工45 個以上、臨時性用工4.5萬個工日，用工降低的費用與機械化作業增加的成本可基本持平。該制種過程可實現標準化、精準化和規?；鳂I，能穩定制種產量，提高種子質量，并且可減少農藥、化肥等的使用量和包裝成本，每公頃節支750 元左右，可增收父本稻谷3 000 多元。又如，湖南綏寧縣推廣大規模機械化制種，示范方1 000 余hm2，產量達到4 032 kg/ hm2，比人工傳統方法增產645 kg/ hm2，增收節支1.29萬元，取得了良好的示范效果。我國雜交種子生產面積按每年15萬hm2推算，能節支增收5.6億～19億元;如在全球推廣，則經濟效益更可觀。如果實現一系法雜交水稻的常規化種子生產，則節支增效更顯著，更有利于農民種植直播第三代雜交水稻和一系雜交稻，向輕簡化農業生產發展。當然，經濟效益是按制種規模100 hm2推算的，規模大小影響機械化制種效益，而我國的大部分制種基地，田塊高低不一致，不適宜大型機械化制種推廣，影響整體經濟效益，仍需要增加集約化和信息化的生產規模。

雜交種子是100%的市場化或商品化率，因而極大地推動了雜交水稻種業的發展。實施雜交水稻制種全程機械化技術，除了節支增收直接增加經濟效益以外，還有利于穩定雜交水稻制種面積，保證種子安全有效供給，保障國家糧食安全。當前，我國雜交水稻年制種面積15萬hm2左右，產種約2.7億kg。雜交種子市值已從2001年15億元發展到2017年的150億元，增幅迅速。相關的種業公司達到了3 000多家（注冊資金500萬元以上）。同時，全球的雜交水稻因為極高的商品率，雜交水稻種業也成為國際種業巨頭與中國種業合作的主要領域之一。由于國際上雜交水稻種子來源不穩定和種子質量難以保證，更需要推廣新型、輕簡、高效的全程機械化制種技術，提升中國種子企業的核心競爭力，提高種子質量，促進種子產業技術全面升級，引領種業向國外拓展，讓國內好品種和技術能在國外真正落地，推動全球現代種業和現代農業的發展，助推“一帶一路”沿線國家的農業發展。

參考文獻：

[ 1 ] 謝放鳴，彭少兵.雜交水稻在國外的發展歷程與展望[J].科學通報，2016，61（35）：3 858-3 868.

[ 2 ] Qian Qian.Smart super rice[J].Sci China Life Sci，2017，60（12）：1 460-1 462.

[ 3 ] 梅凱華.雜交水稻制種技術的發展與創新[J].湖北農業科學，2014，53（10）：2 250-2 253.

[ 4 ] 李黎紅.種業航母何時騰空而出[J].中國種業，2016（09）：1-3.

[ 5 ] 呂小明.借力“一帶一路” 推進我國雜交稻種業國際化發展[J].中國種業，2018（06）：1-3.

[ 6 ] 龍章騰，劉付仁.全程機械化是制種產業提質升級的必由之路[J].中國種業，2017（11）：38-39.

[ 7 ] 俞慧友.雜交水稻借力轉基因技術，有望實現機械化制種[N].科技日報，2018-04-24（001）.

[ 8 ] 李黎紅，倪建平，陳乾，等.中國雜交水稻種業的發展和展望[J].種子，2013，32（02）：56-60.

（收稿日期：2018-11-23）