许作鹏，张宏根，汤述翥
（扬州大学农学院植物遗传育种与应用生物技术系，江苏 扬州 225009）
《种子生产学》是研究农作物种子繁育理论和繁种技术的一门应用科学，是种子科学与工程专业的核心课程，也是其他植物生产类专业重要的选修课程[1-2]。该课程更多的是“方法论”，更强调实践性。
由于自花授粉作物、异花授粉作物、常异花授粉作物开花授粉方式不同，自交系品种、杂交种品种、无性系品种种子繁殖方式不同，不同作物、不同品种类型的种子生产方法也不相同。
水稻是我国重要的粮食作物，播种面积和总产量均居粮食作物首位。我国也是杂交水稻生产利用的首创国。据全国农技中心和国家统计局公布的数据显示，2021 年我国水稻播种面积约2 987 万hm2，其中杂交水稻播种面积约1 333 万hm2，我国杂交水稻每年制种面积210.5 万hm2以上，产种约2.7 亿kg[3]。因此，研究和传授杂交稻种子生产技术对稳定和促进我国的粮食生产具有重要意义。
水稻是典型的自花授粉作物，雌雄同花，花器较小，1 朵颖花只结1 粒种子，不可能像玉米（雌雄异花）、棉花（花器较大）、番茄和辣椒（1 花多籽）等通过人工去雄配制杂交种。而采用化学杀雄配制杂交种，又存在施药技术要求高、杀雄效果不稳定的问题，影响杂交种的纯度，使推广应用受到限制。水稻的杂种优势利用主要是利用雄性不育系与恢复系杂交来实现。
水稻是自花授粉作物，但雄性不育系自交不结实，必须授以父本的正常花粉才能受精结实，自交习性与强迫异交形成一对矛盾，可以把水稻不育系视为自花授粉作物的异花授粉品种。杂交制种是个异交过程，抽穗扬花期天气的好坏对制种产量影响极大。不育系花粉败育，开花习性差，花时迟、开花不集中，更成为影响异交结实的重要因素。因此，杂交水稻种子生产的技术性较强。
水稻杂种优势利用的途径主要有两条，即利用核质互作雄性不育系配制杂交稻的三系法和利用光/温敏核不育系配制杂交稻的两系法。两类不育系的遗传特点不同，不育系繁殖和杂交制种的方式也有所差异。
核质互作雄性不育受细胞核和细胞质不育基因共同控制，必须三系配套才可以应用。不育系授以保持系花粉，所收杂交子代仍旧保持雄性不育，这就是不育系繁殖；
不育系授以恢复系花粉，所收杂交子代恢复正常结实可直接用于大田生产，这个过程称为制种，这就是“三系法”。核雄性不育系受细胞核隐性不育基因控制，找不到保持系，无法稳定和延续雄性不育特性，因此利用受到限制。但是，光温敏核不育系在长日、高温条件下抽穗表现不育，可与恢复系杂交制种；
在短日、低温条件下抽穗表现可育，可用于自我繁殖，这就是“两系法”。育性转换受控于日长的不育系称为光敏不育系。由于年际间日照长度是恒定的，光敏不育系的应用比较安全。育性转换受控于温度的不育系称为温敏不育系。温度在年际间常有波动，因此温敏不育系的繁殖或制种相对较难掌控。育性转换受日长和温度共同作用的不育系称为光温互作型不育系。
核质互作雄性不育系的不育性相对稳定，在气候条件适合水稻正常生长的任何地区或季节均可进行繁殖或制种。但也有一些不育系遇温度异常发生自交结实现象，从而影响杂交制种的纯度。比如，野败型籼稻不育系天丰A 和龙特甫A、BT 型粳稻不育系六千辛A等遇高温常发生自交结实；
野败型龙特甫A 遇低温也会有少量自交结实[4-6]。自交结实属于品种的种性问题，需要在制种时加以注意。存在的另一个问题是，BT 型和红莲型不育系可恢复性好、恢复谱广、隔离不严，群体中容易迁入恢复基因，经多次传粉回交形成与不育系表型相近的同质恢复系，从而导致不育系混杂退化[7-8]。因此，繁殖核质互作不育系时，隔离需十分严格。
光/温敏核不育系受光温条件限制，繁殖、制种对地区或季节的选择没有那么自由。光/温敏核不育系的好处是可以一系两用，从而简化繁殖、制种程序[9]。目前生产上应用的籼稻核不育系多为高温不育型，繁殖中存在不育起点温度遗传漂移现象[10]，即不育系群体中个体的不育起点温度存有差异，其中高不育起点温度的植株一般结实率偏高，其数量在繁殖过程中逐代增多，导致不育系群体的平均不育起点温度呈逐代升高的趋势，经多代繁殖后，不育系丧失使用价值。例如，培矮64S 在1981 年不育起点温度为23.3 ℃，1993 年上升至24.5 ℃，有的株系高达25.5 ℃以上，甚至个别单株高达28 ℃。因此，高温不育型不育系的原种生产至关重要。
水稻光/温敏核不育系通过自交繁殖，可参照常规水稻品种采用的“改良混合选择法”或“株系循环法”进行原种生产，基本步骤仍是单株选择、分系鉴定、混系繁殖。由于高温不育型核不育系存在不育起点温度遗传漂移现象，选择的单株必须在育性敏感期进行低温处理（较不育起点温度低0.5 ℃），抽穗后经镜检花粉达到败育标准的单株割茬再生，在低温、短日条件下收获结实种子，留作株行圃继续鉴定。温敏核不育系可采用秋繁、华南春繁、高海拔繁殖和冷灌繁殖。光敏核不育系的繁殖可采用秋繁和海南冬繁。
水稻三系原种生产方法的名称繁多，操作思路大同小异，大致归为两类。一是选株后经成对回交、测交鉴定建系的方法，如“成对回交测交法”；
二是不经回交、测交直接选株建系的方法，如“三系七圃法”。
国家标准《籼型杂交水稻三系原种生产技术操作规程》基本是参照“成对回交测交法”制定。该法包括单株选择、成对授粉，株行鉴定、测交制种，株系比较、测交鉴定，混系繁殖4 个步骤。其中，回交的目的是通过鉴定回交后代的不育性是否稳定来鉴定所选保持系单株的保持性能；
测交的目的是通过鉴定测交后代的表现来鉴定所选恢复系单株的恢复性能及其配合力。此方法相对烦琐，但不育系纯度更有保障。
陆作楣（1983）[11]提出的“三系七圃法”是三系各成体系分别建立株行圃和株系圃，不育系增设原种圃，合计七圃。该法的优点是简便易行，缺点是不育系株行、株系间不隔离，难免有串粉发生。准确地讲，“三系七圃法”中的不育系不能称之为株行和株系。尽管最初选择的是不育系单株，但单株上收到的种子实际是由不同单株的保持系混合授粉得到，因此后代不宜称为株行；
而不育系株行圃是由1 个保持系株行授粉，后代也不宜称为株系。
洪德林（1993）[12]提出了“控制授粉株系循环法”。该方法“控制授粉”的目的是排除串粉的可能，使不育系单株选择的成功率更高。“株系循环”则替代了“三圃制”，使程序更加简便。使用该法时，不建议用1 个保持系优良株行作父本授粉繁殖不育系，采用单系留种可能会增加遗传漂变的风险，宜采用一批保持系典型株行混合作父本。另外不育系株系圃若不是A、B 成对隔离繁殖，也失去了株系循环的意义，因为混合授粉不能形成株系，不如直接称其为原种圃。
具体采用哪种方法需根据三系亲本当时的纯度状况而定。三系亲本纯度均较好的情况下，可采用“三系七圃法”；
如不育系保持系纯度较差，则可采用“控制授粉株系循环法”；
若恢复系的纯度也存在问题，则可采用成对回交测交法。
当建立了保持系、恢复系株系圃以后，保持系、恢复系均可通过株系循环来保持其种性和纯度，不育系则应通过严格隔离繁殖杜绝生物学混杂。
杂交稻不同组合的不同亲本具有不同的形态特征和生理特性，诸如株型、株高、穗伸出度、开颖角度以及感光性、感温性、开花习性、对激素的敏感性等。同时，栽培水平和气候条件也会影响制种技术措施的实施效果。因此，杂交稻制种技术不是一成不变的，需要因种、因地、因时制宜，灵活掌握。杂交水稻制种应重点围绕确保种子纯度、父母本花期相遇和提高异交结实率3 个方面讲清其共性技术。
制种纯度是杂交稻种子得以生产应用的基础。制种是一个异交过程，异交较自交更易发生生物学混杂，同时父、母本同种一块田，也增加了机械混杂的概率。确保制种纯度要强调几个技术点。
一是严格空间隔离或时间隔离，适当结合屏障隔离作为补充；
二是选用纯度合格的亲本种子；
三是全生育期严格去杂，抽穗扬花期是去杂的关键时期，收获前确保田间纯度达标；
四是杜绝机械混杂；
五是杂交种必须通过纯度鉴定方可生产应用。
父母本花期相遇是杂交制种成功的保证。杂交稻制种涉及2 个亲本，往往2 个亲本生育期不一致，对光照和温度的反应也不同，需根据经验数据，采用“时差法”“叶差法”或“温差法”合理安排父、母本的播种差期[13]。亲本感光性较强的组合可采用“时差法”，亲本感温性较强的组合可采用“温差法”，并辅之以“叶差法”作为参考。由于父、母本对温度的敏感性不同以及年际间气温存在差异，常造成父、母本偏离预期的抽穗日期，导致花期不遇，因此预测和调节父、母本花期就显得非常重要。一般在预计抽穗期的前30 d 开始定期剥查父、母本幼穗，根据幼穗发育进程，结合叶龄余数判断父、母本花期相遇情况。如发现父、母本花期不遇，应及早采取调节措施，比如根据氮肥可有效促进营养生长磷钾肥可促进生殖生长的原理通过肥料调节；
根据亲本对水分反应的差异进行水浆调节；
适时适量喷施“九二〇”（赤霉素）、调花灵、多效唑等利用激素调节；
以及采取重割叶、断根、赶露水等措施人工调节，以促使父、母本花期相遇。
提高不育系的异交结实率，是获得制种高产的关键。不同组合亲本的分蘖性、颖花量、花粉量（指父本）、开花习性不同，栽插前需要确定一个适合的行比。不育系见穗至始穗期割叶，可以减少授粉障碍。抽穗始期喷施“九二〇”是杂交稻制种的关键技术，“九二〇”喷施不育系后可消除包颈，增加柱头外露率；
喷施恢复系可提高父本穗层高度，便于传粉。“九二〇”的喷施剂量、喷施时期及喷施次数因不同组合而异，也应根据亲本的抽穗状况和花遇情况灵活掌握。不育系花时较恢复系迟，清晨赶露水有利于升温降湿，促使不育系提早开花，提高父、母本的花时相遇率。人工辅助授粉可以人为地改变父本花粉的排放速度、飞散方向和传播距离，特别是在无风和微风的天气，能促使更多的花粉均匀下落在母本穗层，是杂交水稻制种不可缺少的技术环节之一，对提高制种产量起重要作用[14-15]。
两系杂交稻制种和三系杂交稻制种的基本原理相同。所不同的是，核质互作不育系只要气候条件适合水稻的正常生长就可以制种，而光/温敏核不育系的育性表达受光、温条件的限制，制种地区和季节的安排没有那么自由。两系杂交稻制种需要关注以下几点。
一是所选用的光/温敏核不育系在制种地区必须有30 d 以上的不育期；
二是制种期内需加强对光/温敏核不育系育性的监控，如遇特殊低温、育性可能出现问题，需采取灌深水保温、化学杀雄等作为补救措施；
三是在栽培上不育系需适当密植，培育发育整齐的群体，减少不同蘖位幼穗的发育差异，使抽穗更加集中；
四是适时收割，以避免后期不育系地上节长出的分蘖穗灌浆结实，减少自身混杂机会。
杂交籼稻制种和杂交粳稻制种也有所不同。从光温反应来看，籼稻偏感温，在长江流域以南地区（除高海拔地区外）均可制种；
而粳稻偏感光，受到不同纬度日照长度的限制，同一组合制种区域有限。从利用的细胞质源来看，我国推广的三系杂交稻以籼稻为主，其中野败型（包括冈型、印野型、D 型、矮败型等）不育系以其不育性稳定而得以在生产利用中占主导地位，红莲型不育系少有应用；
杂交粳稻主要利用BT 型（包括滇I 型）不育系。
野败型不育系花粉败育较早，包颈严重，而BT 型不育系花粉败育较迟，包颈轻微甚至不包颈。因此，籼稻制种时的“九二〇”用量一般高于粳稻制种。从开花习性来看，籼稻日开花较早，不育系柱头外露率较高，而粳稻日开花较迟，不育系柱头外露率低甚至不外露；
粳稻恢复系多为籼粳杂交育成，恢复系与不育系的花时差异较大，因此杂交粳稻制种一般不如杂交籼稻制种产量高。