杂交水稻的应用和种子生产

杂交水稻的应用和种子生产水稻是我国最重要的粮食作物，总面积、总产量和单位面积产量均居全国粮食作物的首位。同时，我国又是世界上年产稻谷最多的国家，栽培面积居世界第二位。我国在水稻品种选育进行了两次重大变革：第一次发生在20世纪50年代后期，即矮秆稻种的兴起，使水稻的单位面积产量取得了突破。第二次变革是从20世纪70年代中期，水稻杂种优势在世界上首次应用到生产上。我国人多地少，粮食问题始终是我国人民生活改善、社会安定的影响因素，杂交水稻由于其根系发达，吸收力强；光能利用率高；分蘖力强，穗大粒多；适应性广等优势，在农业生产上的推广和应用，彻底改变了我国的粮食形势，为我国的粮食生产安全作出了巨大贡献。第一章概况一、杂交水稻的诞生1926年，美国的Jones首先提出水稻存在杂种优势，并受到各国育种家的重视。其后印度、马来西亚、巴基斯坦、日本等都报道了水稻杂种优势研究成果。进入20世纪50～60年代，由于玉米、高梁杂种优势在生产上的广泛应用，水稻杂种优势的研究工作也相继活动起来。1968年，日本的新城长友等实现了粳稻三系配套，但未能在生产上应用；美国、印度、前苏联、菲律宾等国家也相继开展了这项研究，但都未能完成三系配套。与国外相比，我国杂交水稻研究工作起步较晚。1964年袁隆平从洞庭早籼稻中找出雄性不育株，并开始杂交水稻的研究。1970年10月李必湖和冯克珊等在海南崖县的普通野生稻中找到花粉败育雄性不育株。经过湖南、江西等省的育种家2年的努力，1972年冬育成二九南1号A和珍汕97A等不育系，1973年广西、湖南等地的育种家筛选出泰引1号、IR24、IR661和古154等恢复系，从而实现了三系配套。二、杂交水稻在我国的应用从1976年在大面积推广杂交水稻以来，至1998年已有21个省、直辖市、自治区种植杂交水稻，全国累计种植面积为270亿多公倾，产稻谷3亿多吨。全国杂交水稻种植面积占水稻播种面积的50%以上，个别省份（如江西、四川等省）90%以上为杂交稻。根据自然条件、组合要求、栽培制度等特点，可将我国的杂交水稻划分为以下4个区域：1、一季杂交粳稻区。要分布在黄河以北，包括北京、天津、河北、宁夏、陕西、新疆、吉林、辽宁等8个省、直辖市、自治区。江苏、上海、湖北、浙江也有少量的粳稻栽培。2、一季杂交籼稻区。主要分布在江苏、四川、云南、贵州、湖北、安徽等省。3、双季杂交籼稻区。主要分布在江西、湖南、广东、浙江、福建、广西等省（自治区）。这些地区分早晚稻两季，早稻以常规水稻品种为主，晚稻以杂交籼稻为主，杂交晚稻面积占90%以上。近几年来，该地区又在大力推广杂交早稻，实行早晚双季杂交稻。4、籼粳杂交水稻混栽区。这些地区，既适宜种植粳型杂交稻，同时也种植籼型杂交稻。主要分布在云南、浙江、江苏的部分地区。中国有60%以上的人口以稻米为主食，同时又面临着耕地面积逐年减少，人口持续增长等问题。联合国粮农组织将中国从1978—1988年10年间水稻种植面积减少而产量却大幅度提高主要归功于杂交水稻的推广应用。杂交水稻的单位面积产量、总产量及种植面积都已经超过了水稻常规品种。因此，随着杂交水稻在中国的水稻生产中主导地位的确立，我国的粮食生产必将持续稳定地增长。三、杂交水稻在我县的应用和发展为提高作物产量，改善农民的生活水平，摆脱我县贫粮局面，我县种子工作人员积极引起、示范推广优良品种。经过几十年的努力，品种的几次更新换代，作物产量迅速提高。杂交水稻1976年在我县示范成功，使我县粮食生产的抗灾害能力明显增强，产量稳步攀升。由于杂交水稻的强大优势，我县的种子部门看清了未来水稻的发展方向，充分利我县的气候、环境条件，积极推广杂交水稻种植和发展杂交水稻种子生产。1976-1980年的11年中，采取“公司制种和农户自制自用”两条腿走路的办法来加速我县杂交水稻应用推广。随着形势的发展，千家万户制种质量差、效益低下，难以适应农业生产的进一步发展，为此，1987年县府确定杂交稻种子由县种子公司独家生产、经营。由于科技的投入和创新，1987—1990年四年平均每年制种1677.7亩，平均亩产118公斤，质量达国家一、二级标准，使我县杂交种子生产基地建设迈开了新步伐。1992年种子管理站成立，推行村级辅导员负责制，建立培养了一支精干的辅导员队伍；完善管理制度，实行基地全面管理等措施，促进了我县种子事业的发展。1996年实施省种子工程建设项目以来，我县进一步加大种子基地规范完善，管理制度建立健全，质量监控体系建设，加工精选设施投入，市场进一步开拓，假劣种子查处等方面工作力度，使我县杂交种子生产基地进一步稳固，种子质量进一步提高，市场得到了全面发展。我县杂交水稻制种整个发展过程可分五个阶段：1976—1983年为摸索提高阶段。该阶段产量低，质量差，平均亩生产杂交种子仅47.6公斤，质量为部颁二、三级种子，还有等外级种子；1984—1990年为打基础，上等级阶段。平均亩产122.8公斤，质量达一、二级标准；1991—1997年为讲信誉，求发展阶段。平均亩产达187.8公斤，质量达部颁一、二级种子标准，在本省已有良好信誉；1988—2002年为扩规模上档次阶段。年制种面积首次突破3000亩大关，组合达200多个，质量达部颁一级种子标准；2003—2007年为强品种，拓市场阶段。种子法的实施，打破了区域限制，面对挑战和机遇，我们积极和科研部门合作，强化自有知识产权品种的种子生产，生产面积已达6000多亩。为了进一步扩大我县生产的种子市场占有率，在营销上把触角伸向省外，目前，已在江西、湖南、湖北、安徽、广西等省建立了销售网络，使我县生产的种子遍及南方稻区。第二章杂交水稻的选育第一节杂交水稻的选育概况一、三系杂交水稻的选育概况1964年，袁隆平从洞庭早籼稻中找出雄性不育株，提出了实现水稻杂种优势利用的设想。1970年10月湖南黔阳农业学校李必湖和海南南红农场冯克珊等在海南崖县的普通野生稻中找到花粉败育雄性不育株，经过2年的努力，到1972年冬，湖南、江西等省的育种家利用该不育株为基础材料，分别转育成二九南1号A和珍汕97A等不育系。接着广西、湖南等地的育种家于1973年从大量测恢组合中筛选出泰引1号、IR24、IR661和古154等恢复系，对野败型不育系具有较强的恢复力和明显的杂种优势，从而实现了三系配套。1975年，在广西、江西、湖南、广东等10多个省（自治区）种植杂交水稻37000多公倾，表现出强大的生产潜力和一般品种所没有的优良特性。1975年10月，中国农业科学院和湖南省农业科学院在长沙共同主持召开了第四次全国杂交水稻科研协作会，参观了湖南、江西大面积双季杂交晚稻的生产示范现场，总结了几年来的科学研究成果。1976年1月，农业部在广州召开了南方13省参加的籼型杂交水稻推广会议，决定在中国南方大面积推广杂交水稻。从此，杂交水稻在中国大面积投入生产。为了进一步扩大水稻杂种优势的利用，1981年后，各地围绕着多抗、强优势和不同熟期的要求进行新恢复系选育。尤其是早熟杂交水稻组合的育成，推动了长江流域双季早稻的杂种优势利用。二、两系杂交水稻选育概况最早提出杂交水稻“两系”法概念的是安徽省芜湖地区农业科学研究所的科技人员，由于不育系的不育性受环境变化（主要是温度）影响较大，年度间杂种与自交种子比率不稳定，在生产上难以直接利用。1978年，福建省崇安县综合农场用自己培育的两系法不育系“珍龙选”，配制成功了显著增产的两系杂交稻紫优1号，这标志着两系法的选育成功，但珍龙选是温敏不育系，不育性对气温要求太高，平均温度达28度不育率才达95-100%，所以在生产上没有实际应用意义。1973年石明松发现了农垦58SA，其雄性不育性主要是受光周期调控，即在夏季长日高温下不育，而在秋季短日低温下转为可育。由于光敏的雄性不育性易于控制，具有较大的应用潜力。到1998年为止，全国各地育成光、温敏不育系达到60多个。但对于一个优良的两用核不育系来说，除要求有稳定的育性外，还必须具有农艺性状优良、配合力强、异交结实率高、抗性好、米质优良等特点。因此，60多个通过鉴定的两用核不育系经过多年的考验、筛选，只有8个所配的组合通过省级审定，并在生产应用。三、还有杂交水稻化学杀雄和亚种间杂交水稻研究。第二节三系杂交水稻的选育和组配三系法杂交水稻是由雄性不育系（简称A）、保持系（简称B）和恢复系（简称R）三者组成。雄性不育系的雄性器官（花粉）发育不全，无授精能力，自交不结实，但其雌性器官发育正常，授予外来花粉，能结实。保持系的植株，外部形态与不育系极为相似，其雌雄性器官均正常，自交能结实，但将其花粉授予不育系所产生的后代，仍为雄性不育系。恢复系一般为生产上的优良品种，将其花粉授予不育系所产生的后代，育性恢复正常，自交能结实。三系杂交水稻的各系间关系甚为密切，雄性不育系与其保持杂交仍繁殖不育系种子，用于制种；不育系和恢复系杂交，生产出杂交水稻种子，提供大田种植用。一、不育系及其保持系的选育1、不育系（A）必需具备三个主要条件：①雄性不育性稳定，不因环境影响而自交结实，要求不育株率99.5%以上，以保证制成的杂种一代纯度高；②容易和较多的良好恢复系配组；③具有良好的花器和开花习性，开花正常，花时一般与恢复系相同，柱头发达，外露率高，以利于接受外来花粉，提高异交率。2、保持系（B）是不育系的同核异质体，保持系与不育系是十分相似的，只是雄性可育。保持系应具有：①一定的丰产性和良好的杂交配合力；②花药发达花粉量大，以利提高不育系的结实率；③具有一定的产量、抗性和稻米品质。3、不育系的选育方法。选育不育系有自然不育株的改造利用和远缘杂交核置换法两种重要途径。①利用自然不育株选育不育系。我国应用的野败不育系，就是海南野生稻中杂交分离出来的，野败不育系均属孢子体不育类型，不育性稳定，很少受环境影响。②远缘杂交核置换法选育不育系。远缘杂交核置换法是将两个遗传距离较大的亲本，通过杂交和连续回交，使父本的核基因逐步取代母本细胞质中的核基因成为一个质核不同源的质核杂种。可以通过野生稻与栽培稻杂交、籼稻与粳稻杂交、远距离品种间杂交等方法取得。二、恢复系的选育恢复系必需具备以下条件：①恢复性强而稳定，与不育系配制的F1结实率不低于75%～80%；②配合力高，不但超亲而且超过对照品种；③具有较好的农艺性状；④植株略高于不育系，花药发达花粉量多；⑤与不育系的遗传差异大。另外，还应考虑恢复系的抗性、米质等特性。目前生产上大面积应用的恢复系，一般采用测交筛选、杂交选育和辐身诱变等方法育成。三、三系杂交组合的选配1、双亲要有较大的遗传差异。双亲间遗传差异是产生杂种优势的重要基础。在适当范围内，双亲的遗传背景差别越大，杂种优势越明显。籼粳亚种间杂交，因双亲血缘较远，遗传基础差异大，能产生强大的杂种优势。2、双亲性状明显互补。杂交水稻的重要特点之一，是能将双亲的优良性状综合在一起，达到优缺点互补的目的。如生育期长短、分蘖多少、穗型大小、千粒重高低、稻米品质优劣等都可以起调和或互补的作用。3、双亲有较好的配合力。亲本的一般配合力对其子一代的产量影响颇大，因而在强优组合选配中，不仅要注意其亲本的遗传差异及其优良性状的互补作用，而且更要注意它们的配合力。4、双亲要有较好的丰产性、抗性和稻米品质。一般认为以优良不育系和优良恢复性杂交，才能出现优良的杂交种。潘熙淦等（1979）的研究认为，杂交稻的有效穗、每穗粒数、结实率、千粒重等重要经济性状与其双亲平均值的相关系数均达到极显著水平。四、三系杂交水稻组合的命名1975年第四次全国杂交水稻科研协作会通过了杂交水稻的命名方法，由不育系和恢复系的名称共同构成，并在中间加上“优”字。第三节两系杂交水稻的选育和组配两系法杂交水稻是由光、温敏核不育系（简称S）和恢复系（父本）组成。核不育系一般在长日照、较高温度下，表现为雄性不育，与恢复系杂交后，生产杂交种子；而在短日、较低温度下，育性恢复正常，自交结实，可供下一年繁制种田使用。一、不育系的选育当前生产上应用较多的为光温互作不育型和高温不育型（温敏型）两种。根据我国气候的特点和