CN101317546A - 利用组合亲本的杂交作物机械化制种技术 - Google Patents

Abstract

本发明属于作物的杂交育种，公开了一种利用组合亲本的杂交作物机械化制种技术，它是在利用杂交作物现有亲本或选育差期同型系进行搭配获得组合亲本的基础上，采取父母本按适当的行比进行机械化播种或栽插的方式，成熟后实行分机收割父母本、同步交替作业完成收获过程，或者用单台收割机同时分别收割父母本并确保杂交种子与父本种子隔离不混杂。采用本发明的杂交作物制种技术，既能满足父母本花期相遇的要求，又能实现生产过程的机械化作业，减轻劳动强度，显著降低制种成本，加速杂交作物特别是杂交粮食作物在世界各国尤其是发达国家的推广应用进程，促进全球经济发展。

Description

利用组合亲本的杂交作物机械化制种技术

技术领域

本发明属于农业杂交育种技术领域，具体涉及到利用组合亲本的杂交作物机械化制种技术。

背景技术

在国家863计划支持下，我国杂种优势利用技术和高效制种技术取得重大突破。杂交水稻是我国具有自主知识产权的重大科研成果，但相对落后的制繁种技术已成为制约我国杂交水稻进一步发展的瓶颈。通过培育谷壳褐色的不育系中7A以及色差分选技术，发展了一套适宜机械化制种的技术体系；开发出新型化学杀雄技术，并通过CHA途径，实现了大面积小麦杂交制种，每亩可收获杂交种364.35公斤；利用“油菜细胞核+细胞质雄性不育三系选育方法”选育出了油菜新型不育系8086A，与恢复系7-5配组后选育出的双低甘蓝型油菜杂交品种华杂6号，在湖北、湖南和全国区试中产量均位居第一，比对照增产15％以上；在大豆杂种优势利用方面，发现了天然异交率高的新型细胞质雄性不育系和光敏核不育系，建立了大豆昆虫传粉技术体系，杂交种制种田不育系的结荚率达到60％，在国际上育成了第一个大豆杂交种“杂交豆1号”；在国际上首先发现甘蓝显性雄性不育纯合株，利用甘蓝显性雄性不育系制种技术可显著提高杂交种子纯度，已育成了3个优良的甘蓝显性不育系。

上述多种农作物的杂种优势利用技术和高效制种技术虽已取得了重大突破，但劳动密集型的制繁种技术却依然制约着我国乃至全球杂交作物进一步推广应用的进程。以目前我国在杂交水稻制种技术领域的最高成就为例，分述各种制繁种技术及其特点如下：

一、杂交水稻“混播制种”技术

所谓“混播制种”是指进行杂交水稻种子生产时，在播种之前将组合的父母本种子按一定的比例均匀混合后，按常规水稻的育秧方法进行育秧和栽培管理，齐穗期喷施苯达松除草剂，使携带有水稻苯达松敏感基因的父本死亡，而未携带该基因的母本则能正常生长，达到既可混播混栽制种，又可机械收割的目的。这种方法也可以用于直播稻制种、抛秧制种，既大大简化制种程序，降低制种成本，又可保证种子生产面积和质量。但该技术的不足之处在于：

1、采用有性杂交的方法将苯达松敏感基因导入恢复系，运用系谱法选育含除草剂苯达松敏感基因的水稻恢复系——详见专利号为00106671.4的中国专利说明书，周期长达5年以上，这还不包括早期恢复系的选育过程，育种效率低。

2、作为混播制种母本的三系或两系不育系，其播种至始穗历期必须与父本恢复系相近，以确保父母本花期相遇。但实际情况是，大多数强优势杂交组合父母本的播始历期不一致甚至差期很大，这在很大程度上限制了综合表现突出的强优势杂交组合的亲本利用。可见，筛选适合混播制种的强优势杂交组合具有很大的局限性，这也是该制种技术没有在生产上大面积推广应用的主因。

二、一种杂交水稻机械化制种技术——详见专利号为02113869.9的中国专利说明书

该制种技术包括父本和母本的混播育苗、混栽授粉、混收和用色选机分选，其主要特征在于：

1)父本和母本一方为黑色颖壳另一方为黄色颖壳，而且生育期相近；

2)父本或母本的培育方法是，先用茉莉占与桂99杂交，在其后代F3系圃中获得一变异株，选育出一种由隐性单基因控制的黑色颖壳育种中间材料-黑颖1号；再将黑颖1号的黑颖性状用常规人工杂交的系统选育法和花药离体培养早代稳定法转入母本或父本中，培育出父母本生育期相近、亲本一方为黑色颖壳另一方为黄色颖壳的杂交水稻品种。

3)将这种颖壳色泽各异的杂交组合的父本和母本按1∶5-8的比例混匀后进行播撒育苗。用插秧机、抛秧或人工栽插方式混栽，使父母本秧苗在田间能随机均匀分布。谷粒成熟后用收割机将父本和杂交种混收，最后用色选机对粒色各异的混收种子进行分选，如果母本标记为黑色颖壳，则分选出的黑色杂交种用于生产，黄色父本作商品稻谷；如果父本标记为黑色颖壳，则分选出的黄色杂交种用于生产，黑色父本作商品稻谷。

采用本发明的杂交水稻制种技术，既能确保种子质量，又能显著降低制种成本，减轻劳动强度，实现杂交水稻制种的规模化和集约化，促进杂交水稻向发达国家推广应用。但该项技术具有以下局限性：

1、父本和母本生育期相近是确保花期相遇的前提，因而是制种成功的必备条件，这与目前生产实践中大多数强优势杂交组合的父母本生育期不一致相违背，因而在很大程度上限制了综合表现突出的强优势杂交组合的亲本选配利用。

2、为了使制种父本或母本具有黑颖性状，必须采用常规人工杂交的系统选育法和花药离体培养早代稳定法将黑颖1号的黑颖性状转入母本或父本中，一方面周期较长，往往需要几年时间，延缓了育种进程，另一方面导致与黑颖性状控制基因相连锁的不利基因转入制种亲本，从而削弱杂交组合的优势表现。此外，为了选育适合本专利制种技术的杂交水稻新组合，选育具有黑颖性状的父本或母本成了必不可少的环节，这不利于拓展育种空间和丰富遗传背景。

三、抗除草剂基因导入培矮64S实现杂交水稻制种机械化的初步研究

本研究利用农杆菌介导的高效遗传转化技术，成功地将抗除草剂基因导入杂交水稻的两系不育系培矮64S，并以普通恢复系作父本进行模拟制种。在扬花10天后喷洒除草剂，转Bar基因的不育系对除草剂表现抗性而正常生长，并向子房提供足够的营养使之发育成饱满的杂交稻种子。恢复系植株虽能自花传粉、受精、灌浆，但终因植株被除草剂杀死而不能正常结实。即使恢复系基部长出个别新的分蘖并抽穗开花，但发育进程毕竟推迟了10余天，收割时还没有正常结实，很容易被扬弃，从而较好地解决了杂交稻制种田收获的机械化问题。

为了解决杂交稻制种田在防止机械混杂前提下的机械化收获问题，本研究开展了有益的探索，并成功进行了模拟制种试验，为实现杂交水稻制种全程机械化较好地解决了一个方面的问题。当然，本研究运用了转基因技术，对于环境与人畜的安全性问题有待验证。由于制种田所用的恢复系在扬花10天后被除草剂杀死，客观上造成了制种田可得利益的损失。此外，本研究并未涉及如何解决机械化播种、栽插等问题。

四、带褐色颖壳的不育系中7A的选育及杂交水稻机械化制种的技术体系研究

通过对褐色稻壳的遗传研究表明，颖壳褐色受一对隐性基因控制，采用带褐色颖壳标记的籼型广亲和品种Dular与协青早杂交，以系谱法选择并利用协青早A测定不育性的保持性，从中选育1个带褐色颖壳的保持系，并进而转育成相应的带褐色颖壳的不育系中7A，所配组合优势明显。在杂交水稻三系法种子生产的全程中：

1、用中7A与带正常颜色颖壳的恢复系制种后，通过机械混收杂种种子和恢复系种子，然后通过色选机利用色差分选杂种种子与恢复系种子；

2、在保持系中采用转基因技术导入单隐性农达致死基因，在繁殖不育系时保持系授粉后，喷农达以杀死保持系，然后用机械收割不育系；

3、保持系、恢复系的繁殖，采用机械播种、收割。

由于杂交水稻种子的生产，不育系、保持系、恢复系的繁殖均可采用机械化，从而达到了杂交水稻三系法种子生产的全程机械化。我国的水稻育种专家们认为，上述研究成果将改进杂交水稻种子生产技术体系，为杂交水稻大面积机械化制种提供了一种新的途径，研究居国际领先水平。

但对于上述技术成果，我们应当正视其存在的不足之处：

(1)带褐色颖壳的不育系中7A与带正常颜色颖壳的恢复系制种时，在父母本播种至始穗的历期差异较大的情况下，为确保父母本花期相遇，只能采取传统的父母本人工分期播种、分期栽插方式，无法实现机械化播种或栽插作业。

(2)在繁殖不育系时保持系授粉后，喷农达以杀死保持系，造成了不育系繁殖田可得利益的损失。

(3)选育带褐色颖壳的保持系与不育系成了必不可少的环节，选育周期长，育种进程缓慢，难以满足水稻生产对杂交组合更新的需求，且不利于优良性状快速聚合与拓展遗传背景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：将提供一种能确保父母本花期相遇、并且适宜机械化制种的利用组合亲本的杂交作物机械化制种技术，以加速杂交作物特别是杂交粮食作物在世界各国尤其是发达国家的推广应用进程，为消除世界粮食危机、促进全球经济发展、维护世界和平作出应有的贡献。

在实践中，我们将除了播种至始穗或开花的历期相差2～15天左右外、其它特征特性相近似且稳定遗传的亲本选系称为差期同型系。

本发明采用的具体技术方案是：所述的利用组合亲本的杂交作物机械化制种技术，其特点是：(1)杂交作物制种田实行父母本按与其相适应的行比进行机械化播种或栽插，其中亲本一方为单一亲本，另一方为组合亲本，组合亲本由2～3个从播种至始穗或开花的历期相差2～15天左右的成员亲本或差期同型系组成，并且确保组合亲本与单一亲本实现花期相遇。(2)杂交作物制种田成熟后采用机械化分别收获杂交种子与父本种子，并确保两类种子隔离不混杂；收获的杂交种子单独摊晒或由烘干机烘干后统一精选加工、包装与储存，然后用于生产；父本种子因不能留种而作为商品粮。

一般情况下，杂交制种方案设定母本为单一亲本，父本为组合亲本，以利于最大限度地发挥杂交制种的产量潜力。组合亲本的组配除了注重各成员亲本(或差期同型系)的播种至始穗或开花的历期差异外，应尽量选用株高、株型等形态特征相近的成员亲本或差期同型系，以利于杂交制种田各项生产管理措施的统一落实、父母本理想异交态势的建立和控制杂交后代F1群体的不平衡程度。组合亲本的特征及其获得途径如下：

上面所述的组合亲本的一种选育方法为：在掌握拟推广某种杂交作物的地区气候、地理和生态环境的前提下，从现已推广的强优势杂交组合的亲本中筛选出2～3个成员亲本——同为父本或同为母本，各成员亲本从播种至始穗或开花的历期相差2～15天左右，然后将各成员亲本的种子混合成为组合亲本。这样可使现有亲本的潜在价值得到再利用再发挥，这是一条投入少见效快的理想捷径。

上面所述的组合亲本的第二种选育方法为：在杂交作物强优势组合的亲本选配过程中，有意识地选育除了播种至始穗或开花的历期相差2～15天左右外、其它特征特性相近似且稳定遗传的2～3个亲本选系——即：差期同型系，再将各个差期同型系的种子混合成为组合亲本。

上面所述的组合亲本的第三种选育方法为：对现已推广的杂交作物强优势组合的亲本进行改造利用，以期获得相应亲本的差期同型系，然后将2～3个差期同型系的种子混合取得组合亲本。对现有亲本的改造利用可采用自然变异、化学或物理诱变、航天育种、分子标记辅助育种、基因工程等手段。

杂交作物制种田父母本生长发育各阶段的生产技术与栽培管理措施的落实，其机械化程度取决于当地的地理生态环境和社会经济发展水平。当父母本进入适宜收获的阶段，采用父母本分机收割、同步交替作业的方式，或采用先进的收割机械，可单机同时分别收割父母本并确保杂交种子与父本种子隔离不混杂。收获的杂交种子单独摊晒或由烘干机烘干后统一精选加工、包装与储存，然后用于生产，父本种子因不能留种而作为粮油或饲料等进入消费领域。

用于杂交制种的各个成员亲本或差期同型系通过隔离繁殖获得种源，其生产过程采用机械化播种、栽插、收割等作业方式。

本发明的有益效果是：

1、从根本上解决了目前主要杂交作物大规模制种生产中为了确保父母本花期相遇、实行亲本人工分期播种或移栽而无法利用现有农业机械设备进行播栽作业的难题。

2、可广泛地筛选利用多种杂交作物现有丰富的亲本资源，在合理搭配、优化组合的基础上创造组合亲本，通过大规模制种生产，最大限度地发挥现有亲本资源的综合利用价值。

3、开辟了作物杂种优势利用的新途径，投入少见效快，极大地改变相对落后的制种技术体系，提高社会劳动生产力。

4、杂种F1包含2～3个杂交组合，由于生育期等某些性状存在差异，使群体结构得到优化组合，优势互补，可充分发挥其综合优势和最大的产量潜力。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

两优培粳(培矮64S/94205)和信杂粳1号(培矮64S/豫粳3号)是河南省信阳市农科所选育的两系籼粳亚种间杂交组合。正常年份母本培矮64S在信阳地区播种至始穗的历期为85～87天。立秋后信阳常阴雨连绵，把花期安排在7月25日至8月6日，不仅能提供培矮64S开花授粉期晴朗天气，利于授粉灌浆，而且能保证培矮64S育性转换敏感期不会出现连续3天平均气温低于23.3℃的天气，确保制种安全。

为了在确保花期相遇的前提下实施以培矮64S为母本、94205与豫粳3号为组合父本的杂交制种机械化作业，可安排父母本播种、插秧及收割方式如下：

1、父母本分期播种，同期用插秧机插秧。母本培矮64S于4月30日播种在育秧盘上，父本94205与豫粳3号按3∶2的种子量比例混合成为组合父本于5月3日播种在育秧盘上；5月22日左右父母本按2∶(10～12)的行比同期机插，实行父母本分机插秧、同步交替作业，或者采用单机同时栽插父母本秧苗并确保两类秧苗隔离不混栽；父母本成熟后实行分机收割、同步交替作业，或用单台收割机同时收割父母本并确保杂交种子与父本稻谷隔离不混杂。收获的杂交种子单独摊晒或由烘干机烘干后统一精选加工、包装与储存，然后用于生产，父本稻谷因不能留种而作为粮食直接进入消费市场。

2、父母本同期用播种机直播或同期播种同期用插秧机插秧。父本94205与豫粳3号按2∶3的种子量比例混合作为组合父本，与母本培矮64S于5月1日在制种田用播种机按2∶(10～12)的行比直播，实行父母本分机播种、同步交替作业，或者用单台播种机同时播种父母本种子并确保两类种子隔离不混播。另一种方式是，将母本与组合父本于5月1日分别播种在育秧盘上，5月22日左右按2∶(10～12)的行比同期机插父母本秧苗，实行父母本分机插秧、同步交替作业，或者采用单机同时栽插父母本秧苗并确保两类秧苗隔离不混栽。父母本成熟后的收割、摊晒、加工等作业按上述方式进行。

实施例二

杂交粳稻常优1号和常优3号是江苏省常熟市农科所选育的杂交晚粳组合，前者用晚粳不育系武运粳七号A与恢复系R254配组育成，后者用武运粳七号A与恢复系R192配组育成。正常年份母本武运粳七号A在苏州地区播种至始穗的历期为100～105天，父本R254的历期为105～108天，父本R192的历期为110～120天。根据上述亲本的生育特性，为满足大面积杂交制种的机械化作业要求，制定制种技术方案如下：

1、父母本分期播种，分期或同期用插秧机插秧。父本恢复系R254与R192按1∶1的种子量比例混合成为组合父本，于5月14日播种在育秧盘上，母本不育系武运粳七号A于5月22日播种在育秧盘上；6月4～5日按2∶8的行比用插秧机先栽插父本，6月11～12日在父本行间用插秧机插母本。另一种方式是，于6月8～9日将父母本秧苗按2∶8的行比同期机插，实行父母本分机插秧、同步交替作业，或者采用单机同时栽插父母本秧苗并确保两类秧苗隔离不混栽。

2、母本不育系武运粳七号A的繁殖实行不育系与父本保持系(武运粳七号B)同期分别播种于育秧盘上，当秧苗达到机插标准后将父母本按2∶8的行比同期机插，实行父母本分机插秧、同步交替作业，或者采用单机同时栽插父母本秧苗并确保两类秧苗隔离不混栽。另一种方式是，用播种机将保持系与不育系种子按2∶8的行比同期直播于繁殖田，实行父母本分机播种、同步交替作业，或者用单台播种机同时播种父母本种子并确保两类种子隔离不混播。

3、不论杂交制种田还是不育系繁殖田，父母本成熟后实行分机收割、同步交替作业，或者用单台收割机同时收割父母本并确保杂交种子(或不育系种子)与父本稻谷隔离不混杂。收获的杂交种子或不育系种子单独摊晒或由烘干机烘干后统一精选加工、包装与储存，然后用于生产，父本恢复系或保持系稻谷因不能留种而作为粮食直接进入消费市场。

4、保持系与恢复系种子的隔离繁殖均可采用机械化播种(或插秧)、收割。

Claims (4)

1、利用组合亲本的杂交作物机械化制种技术，其特征在于：

(1)杂交作物制种田实行父母本按与其相适应的行比进行机械化播种或栽插，其中亲本一方为单一亲本，另一方为组合亲本，组合亲本由2～3个从播种至始穗或开花的历期相差2～15天左右的成员亲本或差期同型系组成，并且确保组合亲本与单一亲本实现花期相遇。

(2)杂交作物制种田成熟后采用机械化分别收获杂交种子与父本种子，并确保两类种子隔离不混杂；收获的杂交种子单独摊晒或由烘干机烘干后统一精选加工、包装与储存，然后用于生产；父本种子因不能留种而作为商品粮。

2、根据权利要求1所述的杂交作物机械化制种技术，其特征在于：所述的组合亲本的一种选育方法为：在掌握拟推广某种杂交作物的地区气候、地理和生态环境的前提下，从现已推广的强优势杂交组合的亲本中筛选出2～3个成员亲本，各成员亲本从播种至始穗或开花的历期相差2～15天左右，然后将各成员亲本的种子混合成为组合亲本。

3、根据权利要求1所述的杂交作物机械化制种技术，其特征在于：所述的组合亲本的第二种选育方法为：在杂交作物强优势组合的亲本选配过程中，有意识地选育除了播种至始穗或开花的历期相差2～15天左右外、其它特征特性相近似且稳定遗传的2～3个亲本选系——即：差期同型系，再将各个差期同型系的种子混合成为组合亲本。

4、根据权利要求1所述的杂交作物机械化制种技术，其特征在于：所述的组合亲本的第三种选育方法为：对现已推广的杂交作物强优势组合的亲本进行改造利用，以期获得相应亲本的差期同型系，然后将2～3个差期同型系的种子混合取得组合亲本。