三系杂交水稻

试论三系杂交水稻选育基本途径及其繁殖、制种的基本方法重庆市种子管理站 冉景海摘要： 生物界的杂种优势是一种普遍现象。植物杂种优势 的发现，为农作物杂种优势的被证实和利用提供了理论基础 和技术储备。杂交水稻的成功选育和生产上的成功应用，是 上世纪水稻生产上的重大突破，特别是三系杂交稻的选育和 应用促进了水稻生产飞跃式的发展和产量的历史性提高。水 稻生产在我国粮食生产中的面积、产量与地位是任何其他作 物都无法替代的。2003年，全国杂交水稻种植面积2.37亿 亩 （其中三系杂交稻2.14亿亩,两系杂交稻2300万亩）,产量 1. 04 亿吨。三系杂交稻在我国水稻生产和整个粮食中都有着极 其重要的地位和作用。加强三系杂交稻的选育、繁殖与制种 对水稻生产和整个粮食生产都有着重要的影响。本文对三系 杂交水稻选育的基本路径进行了一定的归纳和说明，对三系 法繁殖、制种的基本方法从生产实践的角度作了阐释。关键词：杂交水稻；不育系；保持系；恢复系；繁殖；制 种；三系法杂交水稻是雄性不育系（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, 雄性器官恢复发育正常，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系杂交仍繁殖不育系 种子，大部分用于制种田，而少部分用于繁种田；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；保持 系和恢复系的自交种子，分别提供繁种田和制种田作父本。1 我国三系杂交水稻育种研究概况我国三系杂交水稻的选育和生产应用，至今仍居国际领先 水平。早在 1964年，袁隆平从早籼稻中发现了雄性不育株， 率先揭开国内水稻杂种优势利用研究的序幕。1970年李必湖 从海南岛的普通野生稻中找到花粉败育型雄性不育株，通过 两年的测交和回交选择，至1972年冬，湖南、江西等省的育 种家分别转育成二九南一号A和珍汕97A等不育株。随后广 西、湖南等地的育种家利用上述两个不育系进行广泛测恢工 作，1973年从大量杂交组合中鉴定出IR24, IR661，泰引一 号，古154和IR26等国外中籼稻品种，与野败型籼不育系配 组具有较好的配合力和较强的杂种优势，从而实现了三系配 套。1976年首批强优势组合经大面积示范试种，一般均比常 规良种增产 20%以上,深得农民好评。粳型三系杂交稻的选育 研究,可追溯到1965年秋云南农业大学李铮友在粳稻台北8号 大田中找到一些不育株,用当地栽培粳稻品种红帽为父本与其 测交和回交,育成了红帽缨不育系,成为国内最早选育的滇一 型粳稻不育系,并从天然交后代的分离群体中获得了该型不育 系的恢复系,终于在 1973年实现了粳稻三系配套。与此同时,1 972年中国农业科学院从日本引入BT型三系材料，辽宁、江苏 和安徽等省农科院都利用该不育系为基础材料,进行大量测交 和转育，分别选育成黎明A,秋光A,当选晚A和六千辛A等 一批BT型不育系,并由辽宁省农业科学院水稻研究所采取“籼 粳架桥制恢”方法.从IR8/科情3号京引35复式杂交后代中选 育成的C57等粳稻恢复系，对BT型不育系具有较强的恢复性 和较好的配合力，从而1975年北方杂交粳稻的选育研究也实 现三系配套。2 三系杂交水稻的选育途径2.1 雄性不育系及其保持系的选育 水稻雄性不育系和保 持系是极为相似的姊妹系，一般不育系选育成功即可获得相应 的保持系。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。2.1.1 利用自然不育株选育不育系 我国生产上广泛应用 的野败型不育系，就是利用海南岛的普通野生稻中发生自然 杂交而分离出的雄性不育株为母本，与栽培稻杂交，选择其 后代的全不育系株进行连续回交，或再与栽培品种进行三交 和连续回交，如野败/6044/二九南 1号和野败/珍汕 97均通过 与原父本连续回交数代，分别育成二九南1号A和珍汕97A 两个早期籼稻不育系。后来又以这两个不育系为基础材料， 分别转育成V20A和V41A等野败型系列不育系。矮败协青早 不育系是利用江西省东芗矮秆野生稻中的自然不育株（简称矮 败）与栽培稻品种进行三交（矮败/竹军协珍1号）的B1F1（第一 次的回交第一代）,再与军协/温选青/秋塘早5号的选系（即协 青早）杂交和连续回交转育成的。野败和矮败不育系的不育性较稳定,很少受环境影响。长江 流域的早籼稻品种绝大部分对其具有较强的保持力,而粳稻品 种几乎都可作保持系。此外云南的粳稻不育系红帽缨A也是 利用自然雄性不育株选育成的。2.1.2 远缘杂交核置换选育不育系 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。若母本具有雄性不育细胞质基因,而父本具有相应 的雄性不育核基因,二者相互作用就能形成雄性不育。利用远缘杂交核置换法是选育核质互作型不育系的常用方法。2.1.3 野生稻与栽培稻杂交选育不育系 采用普通野生稻 与栽培稻杂交较易育成雄性不育系。武汉大学遗传研究室(19 77)育成的红莲型不育系莲塘早A,就是选用海南岛的红芒普 通野生稻为母本,与早籼稻莲塘早杂交和多次连续回交育成 的。2.1.4 籼稻和粳稻杂交选育不育系 利用粳籼杂交是选育水 稻雄性不育系的重要途径之一。目前生产上应用的粳稻不育 系绝大多数是通过籼粳杂交选育而成。云南农业大学的滇三 型不育系，是以高原籼稻峨山大白谷为母本,与低海拔粳稻科 情 3 号杂交后,再用红帽缨复交或数次回交选育而成的。日本 的 BT 型不育系也是用籼粳交育成的。此外,云南农业大学曾 用粳稻科情3号为母本,与海南岛早籼稻地方品种山兰杂交,从 其F2代中选得雄性不育株，再用台中1号连续回交，育成了 粳稻胞质的台中1 号不育系。2.1.5 地理远距离品种间杂交选育不育系 利用地理远距离 或不同生态类型品种的籼籼交或粳粳交选育雄性不育系也较 易成功。四川农业大学水稻研究所选育成的冈、D型不育系 就是用西非的两个籼稻品种冈比卡亚和迪斯锡D52/37为母 本,分别与早籼稻矮脚南特杂交而出现不育株，然后再与其他 籼稻品种测交和连续回交分别育成冈12朝阳1号A,冈12二九矮7号A和D汕A, D297A等冈、D型不育系。当获得自然不育株后,应选用一批优良常规稻品种,先进行 成对测交,然后选择能使保持全不育的父本进行回交,一般回 交 45 代后能达到农艺性状较一致的不育系。对通过有性杂 交获得的雄性不育株不育系若不符合生产要求,可采取测交和 连续回交的方法,将其转育成更理想的雄性不育系及其保持 系。2.2 恢复系的选育 目前生产上大面积应用的恢复系,一般 采用测交筛选和杂交选育及辐射诱变等方法育成。2.2.1 测交筛选恢复系 广泛测交筛选是最简便和收效最快 的选育恢复系的途径。我国生产上大面积应用的野败型和矮 败型等籼稻不育系的恢复系,大部分是通过广泛测交获得的。 如IR24, IR26。泰引一号古154, IR36, IR30和密阳46等。2.2.2 杂交选育恢复系 仅用测交筛选方法选育恢复系是难 以满足杂交水稻生产发展需要的,还必须采用杂交法,以创 造新的恢复系。在杂交选育新恢复系中,可采取一次杂交法 和复式杂交选育法。一次杂交法 是将两个恢复系品种杂交,使其各自的优良 性状在后代中得以互补和恢复基因累加,或将恢复系的恢复 基因转移到优良品种（系）中,培育成新的恢复系。我国生产上 应用最广的明恢63，是由福建省三明市农业科学研究所选用IR30与圭630通过一次杂交选育成的，成为推广面积最大的 强优恢复系。复式杂交法 是将3个以上亲本的优良性状、抗性以及恢 复基因综合一起，成为一个多抗、强优的恢复系。籼粳杂交 是当前选育强优恢复系的重要途径。根据选育目标和复交方 式的不同，可向偏粳或偏籼选择，以培育成粳型和籼型的新 恢复系。2.2.3 诱变选育恢复系 利用辐射诱变方法改良原有恢复系 中的个别重要性状是十分有效的。浙江省温州市农业科学研 究所曾用IR36的干种子，通过3万伦琴60c-r射线处理，诱 变出比原品种早熟10余天的变异株，育成IR36辐恢复系。 湖南省杂交水稻研究中心将二六窄早恢复系通过辐射处理， 从其后代中获得早熟突变株而育成了杂交早稻的华联2 号、5 号、8 号等早籼型恢复系。3 三系杂交水稻亲本的繁殖技术三系杂交稻亲本的繁殖，主要是指父本与母本的繁殖。而 父本的繁殖，因其不涉及水稻的异交栽培问题，与普通水稻 的栽培、管理技术基本一样，方法与措施也差不多，要强调 的是去杂保纯问题。我们通常所说的亲本繁殖，主要是指质核互作不育系母本 的繁殖，因其依赖于异交才能结实，不同于普通的水稻栽培 因而，需要采取的是异交栽培。由于进行亲本繁殖的父本一 般来说，生育期都比较短，长势弱且植株矮，花粉量少，花 期相对集中，是影响繁殖产量不高的一些内在因素。质核互作不育系母本的繁殖，是杂交水稻制种的基础，也 是杂交水稻生产的一个重要载体，重点应抓好以下几个方面3.1合理安排播期，选择良好的开花天气抽穗扬花期的天气条件，是影响异交结实率的重要因素， 是决定繁殖产量高低和成败的关键。一般来说，开花期的晴 天高适温有利于改善和提高父母本的异交性能，提高异交结 实率。目前生产上应用较多的三系杂交稻不育系均为感温性 的早、中籼稻类型，其授粉结实的最适宜温度是25-28C,但 考虑到相对高温对母本的柱头外露率与父本的开花散粉更有 利，日均温度在28-32C也适宜异交结实。因此，把开花期安 排在有利于母本的柱头外露和父本的开花散粉的天气是产量 高低的关键。3.2 培育多蘖健秧,插足本田基本苗（强化父母本的栽插）保持系的生育期一般较短,成熟期早,分蘖成穗的时间短,穗子小且少（如珍汕97B、G46B、金23B、D297B等）。因此, 强化对父本的培育，促进更多的分蘖成穗，延长父本的开花 期，是提高繁殖产量的基本前提。强化对父本的栽培，关键 就是要培育多蘖健秧，秧苗带蘖要比母本更多；同时要提早 栽插，要求比母本早栽35 天，利于提早返青，促进早生快 发。不育系繁殖田产量的高低主要受制于母本的穗数与父本的 花粉量的多少。因而，要注意父母本的合理搭配和适当密植 一般父母本的行比可采用2： 8或2： 10,开厢宽度在1.5m左 右，每亩插足父本54005500窝，每窝插 2株（单株带分蘖 4个以上）；母本每亩插足2800030000窝,每窝也栽2株, 单株带蘖平均在2.5个以上。充分保证每亩父本成穗在5万穗 以上,母本成穗在16万穗以上。3.3 加强田间管理,提高母本的异交结实率繁殖田的田间管理必须做到早管促早发。在水的管理方面 要做到浅水栽秧、足水返青、薄水分蘖、苗足晒田、复水孕 穗,后期间歇灌水,保持干干湿湿到成熟。肥的管理要求在 施足底肥的基础上,早施分蘖肥, N、P、K 必须配合,确保 栽秧后15天内进入分蘖盛期, 20天左右苗足开始晒田。由于保持系的生长势较弱,往往会出现父本生长落后于母 本的现象。因此,为了保证父母本的生长平衡,要特别加强 对父本的管理，采取对父本偏施一次肥料（最好进行肥球深 施），达到父母本的生长协调一致，确保抽穗扬花期有足够 的花粉量和延长花期，有利于提高母本的异交结实率，实现 高产。此外，不育系繁殖过程中，920 的喷施时间及剂量，病虫害 的防治，母本剑叶长度的控制，人工辅助授粉，繁殖田的去 杂去劣保纯等措施也非常重要，不能忽视。4 三系杂交水稻制种的关键技术杂交水稻就是利用杂交一代的杂种优势，提高单位面积的 产量，因而必须年年用雄性不育系与恢复系进行杂交制种， 为水稻生产上提供种源。所谓三系法制种，就是指目前生产 上所应用的雄性不育系作母本与恢复系作父本间进行杂交的 制种方法。三系法制种，是多种组合，因其不同的亲本（不 育系、恢复系不同）而又各有其特点的制种技术，很难归纳 为一种统一的、规范化的技术标准；但是，各组合间除了一 些具体的指标不同外，其基本的原理与方法是共通的。4.1 确定适宜的播差期，选择最佳抽穗扬花期确定播期首先要考虑的是父母本抽穗扬花期最佳气候条 件，其次是要考虑小苗栽插后又要避免受冻害，因此，播期 应掌握在常年日均气温稳定通过12C为适宜。播始期长的应 早播，播始期短的应迟播；父母本的播差期根据父母本的播 始历期来确定（通常所说的时差）；也可以根据父母本从播 种到始穗时的叶片数的差确定（通常所说的叶差）。在生产 上一般采取时差与叶差结合考虑比较适宜。而选择最佳抽穗 扬花期的原则：一是开花期要避开阴雨季节，天气要晴好； 二是开花期的日均气温在26-30C，最高不超过32C，最低 不低于23C；三是田间相对湿度在7580%。4.2 培育多蘖健秧，建立高产群体结构健秧是制种获得高产的基础，健秧移栽后，返青快，分蘖 早。父本健秧的标准：春制秧龄 4555 天，叶龄 9 叶左右， 单株带蘖8个以上，且叶片清秀无病虫。母本健秧的指标： 秧龄2123天，单株带蘖2个以上；秧龄2628天，单株 带蘖3 个上并有2片以上叶片。4.3 采用合理行比，保证栽插密度和质量合理行比，适当密植，协调父母本的颖花比，是提高制种 产量的重要技术措施。行比可采用大二行或单行。大二行行 比2： 1820比较适宜，33.3米开厢。父本行距35-40cm, 株距20-23 cm,亩插17502200窝。母本行距、株距都是1 3 cm,父母本间距20-23 cm。母本亩插3万窝左右。单行行比 1： 1315, 22.3米开厢,父母本的行、株距与父母本的间 距同大二行相类。无论是哪种行比，父本每窝插足1525 苗， 基本苗每亩达到 34 万；母本每窝插足 68 苗，每亩基本 苗 1824万。有两期父本的，每行1、2 期父本各两窝相间 栽插。为了保证全田充分授粉，父本要栽“围边父本”。父母本 移栽时要求带药、带肥、带泥移栽，拉绳定距，浅水浅插， 插稳插正，保证栽插质量。4.4 重视肥水管理, 及时预测调节花期制种田的父母本要达到生长平衡，关键在于肥料的施用上 制种田的肥料投入方面，一是要注意氮、磷、钾肥的配合使 用和配施比例，一般掌握在1：0.5：1左右较为合适；具体用 量应根据制种田的肥力状况和各亲本的需肥特性确定；父本 底肥可以考虑尿素58 公斤或碳酸氢氨1520公斤，过磷 酸钙 15 公斤左右，农家肥1000公斤左右，饼肥（油枯）20 公斤。父本栽后68 天，亩用尿素810公斤，油枯152 0 公斤， KCL3 4 公斤，混合后条施或作成肥球深施于父本 行间。母本基肥可以考虑用尿素1520 公斤或碳酸氢氨40 50公斤，过磷酸钙30-40公斤，KCL810公斤，油枯40 50公斤，平田时作耙面肥。母本一般不做追肥，如果要施 追肥应在栽秧后57天内下肥，用尿素35公斤。到了后 期应补施一定的花肥，时间掌握在剑叶抽出一半时，根据母 本的苗架情况，叶色翻黄的田块亩用尿素57 公斤，正常田 块用 34 公斤。抽穗前与抽穗中要喷施23 次磷酸二氢钾 加少许尿素作叶肥，并加入一定的硼砂。二是要增加有机肥 （农家肥）的施用，不论是父本还是母本，都要施够农家肥 有利于稳定花期、延长花时，提高异交结实。母本田要用15 00公斤左右的猪牛粪和充足的人畜粪水在栽秧前23天施入 田中并进行扒犁，使泥肥完全混合。总的来说，制种田的施 肥应掌握“重底轻追，前促、中控、后补”的原则。制种田水的管理掌握深水返青（5-6 cm）、薄水分蘖 （3- -4 cm）,有水孕穗（抽穗），干湿灌浆（结实）”的原则。有 水源保障的地方在栽秧后半个月左右开始晒田，控制无效分 蘖。花期预测与调节在制种中的作用非常重要。花期预测的目 的就是要尽早掌握父母本的始穗期,从而采取相应的调控措 施,确保父母本花期相遇。花期预测的方法主要有播始历期 推算法、积温预测法、叶片预测法、幼穗剥查法。前两种较 适合早中期,后两种较适合中后期。花期预测应根据父母本 各自的生育进程及各自的生长发育时期与始穗期的对应关 系,进而确定是否采取调节措施。通过预测如果发现父早母 迟,就采取父本偏施氮肥,亩用尿素5 公斤左右,同时对母 本采取撒草木灰,并用磷酸二氢钾150200克兑水喷施 23 次；如果是母早父迟,则母本每亩用尿素810 公斤,同时 灌深水，父本采取撒草木灰，并用磷酸二氢钾150克兑水喷 施 2 3 次。这些措施宜在幼穗分化 3 期以前采取较能收到好 的效果。4.5 适时喷施九二 0，提高母本异交结实九二 0能调节和控制植株体内的生理生化进程。其主要作 用机理是促进植株伸长和增强花器活力，改变父母本的植株 结构、穗层结构、穗粒结构、开花时间、柱头活力和张颖角 度，减轻不育系的包颈程度。根据田大成的研究，九二0使 用最佳时能使不育系结实率稳定在50%左右（指异交性能一 般的不育系，如珍汕97A、V20A等）。九二0的剂量每亩掌 握在 1218 克，一般在15 克左右，根据不同的亲本和花期 相遇情况具体把握。4.5.1 花期正常相遇 在母本破口期（见穗 5%左右），用 2 克九二 0同时喷父母本；母本抽穗在2030%进行割叶，并 大剂量喷施九二0，亩用10克左右分两次喷施（只喷母本）； 次日再用 2-3克同时喷父母本。4.5.2 花期不相遇920的使用 父本偏早的情况下，先处理 母本，亩用1克 920，掌握在母本的幼穗分化末期喷施；当母 本抽穗在10%左右时就进行割叶，并用8克左右920重喷； 第三次母本再用5克左右920；父本在割叶当天用4克 920喷一次。母本偏早的情况下，应当先处理父本，在父本的幼穗分化7、 8 期每次用 0.5 克 920 喷两次。割叶后按正常方法施用。而母 本则推迟使用 920，当母本抽穗在2030%时，集中使用 920， 亩用 1012克，分2次施用。次日再补施34克。不论是花期相遇还是不相遇，割叶的时间一般都应掌握在 母本抽穗 25%，父本抽穗 30%时进行，注意保留功能叶的一 定长度；衡量920的使用效果，一是父母本保持适度高度（父 本100-110 cm,母本85-95 cm）,父本比母本高10-15 cm较 宜；二是母本的包穗率在1 0%以下；三是不育系的包颈长在0 -1 m。值得注意的是,我们在使用920调节父母本的花期时,一 定要严格掌握时间和控制剂量。过早过迟施用,都难以达到 预期效果。过早使用植株高度无法控制；过迟施用,母本植 株老化,难以解除包颈,父本达不到相应的高度。在提早施 用 920的情况下,绝不能随意增加920的剂量。在整个制种的过程中,在父母本的任何生育时期,都要严 格去杂,确保种子质量；同时也要加强对病虫害的防治,减 轻或避免因此造成的损失；水稻制种上主要应抓好对“五虫三 病”的防治（稻负泥虫,稻象甲,稻螟虫,稻苞虫,火蜢；稻瘟病，稻纹枯病，稻粒黑粉病），根据苗情长势和病虫发生趋势，及时选择相应的药剂进行防病治虫。参考文献：1 袁隆平、陈洪新等 杂交水稻育种栽培学 湖南科学技术出版社 19882 刁操铨 主编 作物栽培学（南方本） 中国农业出版社19943 刘后利 主编 农作物品质育种 湖北科学技术出版社 20014 田大成 编著 水稻异交栽培学 四川科学技术出版社 19915 张 旭 、陈友订编著 水稻光温生态与品种选育利用 中国农业出版社 20006 陆作楣 我国杂交水稻制种的基本成就与当前的问题和建议 杂交水稻（增刊） 19897 费槐林 胡国文等 水稻高产高效栽培 金盾出版社 20008 乔遗湘 杂交水稻制种花期、花时与结实率的研究 杂交水稻 19899 刘文炳 杂交水稻制种技术 科学普及出版社 198610 尹中华 杂交水稻制种九二0 最佳喷施期的研究 湖南农业科学 199011 陈多璞 水稻籼型不育系和恢复系开花习性的观察研 究 安徽作物学杂志 199