有性杂交育种技术

有性杂交育种技术是各种作物育种新技术的基础，即使是转基因育种技术，也离不开有性杂交育种技术中后代优良稳定品系选育的程序和经验。因此，有性杂交育种技术是目前杂交水稻育种工作中使用频率最高的技术方法。

1.育种目标的确定与落实

农作物育种首先需要确定育种目标，而育种目标的确定必须符合我国未来农业生产发展的需要，至少要满足未来10年发展的需要，同时必须解决当前生产上遇到的主要问题。弱感光及感光型杂交水稻的育种目标一方面需要符合国家及地方水稻生产的需要，满足国家及地方的科技管理部门、农业管理部门发展规划的要求；另一方面要符合项目申请指南的要求，这样才能申请到项目的立项资助。因此，育种目标的确定是水稻育种乃至农作物育种中至关重要的技术步骤。感光型杂交水稻育种目标的确定有特殊性，今后其育种的主要目标是高产（超高产）、优质、抗逆性（耐旱、耐寒、耐热、耐污染）强、抗病虫性强、适应性广。此外，随着人民生活水平的不断提高，生活用品及食品的高档化、优质化、保健化等多样化需求越来越迫切，水稻保健育种将被提上日程。但是现阶段水稻育种的首要目标还是高产与优质。目前，我国超级稻育种已经进入了第四期，育种的产量目标已经超过亩产1 000 kg。感光型杂交水稻育种目标应紧跟超级稻，把国家的水稻育种目标作为感光型杂交水稻的育种目标才是根本出路。

（1）确定育种目标的原则

①育种目标来自生产需要

与其他作物一样，弱感光及感光型杂交水稻的育种目标的确定必须根据生产发展的需要，即要符合未来5~10年水稻生产发展的需要。我国可以分为6个稻作带，即西南高原湿润单季稻作带，西北干燥单季稻作带，东北湿润早熟单季稻作带，华北半湿润单季稻作带，华中湿润单、双季稻作带，华南湿热双季稻作带。制定育种目标一定要根据各稻作带的水稻生产需要情况进行。华南湿热双季稻作带的早稻生育期一般为110~130天，品种感温性强，晚稻生育期为130~150天，品种感光性强。杂交水稻组合常常出现早晚稻兼用的组合，需要选择对光照不敏感的类型。早稻要求具有苗期和孕穗期耐低温，晚稻要求抽穗期耐低温，即能够抵御寒露风、霜降风，又能抗倒伏、抗主要病虫害等优良的农艺性状。了解掌握这些基本情况对于制定育种目标很重要。

此外，要深入了解水稻生产发展的历史和现状，并很好地预测将来生产发展的需要。因此，在确定育种目标前应对生产发展情况进行了解。就目前的情况来看，国家超级稻育种已经出现亩产1 200 kg的新组合，但是在抗主要病虫害方面还有所欠缺，在米质改良上还有较大改良空间，就感光型杂交水稻育种而言，因其属于晚造种植的组合，在双季稻区域的单季亩产量处于700 kg的水平。在制定项目育种目标时，一定要根据目前的生产产量水平把未来10年生产产量将达到的水平作为育种产量目标，同时结合抗病虫性、抗逆性的需要进行育种目标的确定。

②育种材料决定育种方向的原则

在了解水稻晚造生产状态后，要依据已拥有或短期内能够获得的育种亲本材料、中间材料来确定具体项目的育种目标。若没有育种骨干品种（中间材料），想要在较短的时间内培育出超过当家品种的新组合是极其困难的，可谓“巧妇难为无米之炊”。因此，育种者必须与种质资源学科研究者紧密合作，从国家、地方种质库、种质圃中获取新的优异种质资源作为育种的新基因来源，确保项目育种目标的实现。在没有亲本种质或供受体的情况下，只能根据现有育种亲本材料决定短期的育种目标。育种者是育种材料的决定者，可以通过育种实践，不断积累核心骨干亲本或供受体。有些品种自身总体性状表现不一定很优秀，但是利用其做亲本或供受体总能出现表现很好的杂种后代，从而培育出优良的新品种或新组合，这类亲本品种就是核心骨干亲本，是非常值得重视与充分利用的新基因源。因此，育种目标应依据育种材料来决定，也可依据育种目标来选择切实可行的亲本。

③育种单位工作基础决定目标的原则

对于立项研究的育种项目中的育种目标，育种单位、课题组的工作基础是决定目标的重要依据甚至是唯一的依据。近10年来，国家或地方的育种项目一般安排4~5年为一个项目的研究周期。因此，在确定项目育种目标时应充分考虑原有的育种工作基础，利用在4~5年内能够拿出新品种的材料。没有原有育种工作基础的育种目标在4~5年内是很难通过有性杂交育种技术来实现的。

④提高育种效率的原则

水稻育种是一项长时间的工作，采用有性杂交技术途径进行水稻育种一般需要5~8代才能获得稳定的恢复系，进而配组成新品种（组合），实现育种目标。在这个过程中，育种效率取决于育种者的田间选育工作能力。因此，育种目标一定要根据育种者的能力来制定。例如，不熟悉生产需要的转基因育种技术的育种者若仅考虑单一基因表达性状的育种目标，就很难育出满足生产需要的具有综合性状突破的优良新品种（组合），实现突破性育种目标。

（2）育种目标落实的关键

制定好目标后，应进一步落实具体措施，尽早实施。

①长期、短期育种目标有机结合

在育种工作的具体安排上，一定要把育种目标细化，用哪个亲本与哪个亲本配组达到哪项育种目标，一定要做到心中有数。育种目标需要分几步来实现也要有很好的计划安排。应把育种目标分成短期目标、中期目标及远期目标，在每一造育种计划中都有明确的实施工作安排。项目主持人必须让课题组每个成员都明白育种目标的要求、具体的工作安排、技术应用的关键等，并在工作过程中加强检查督促，保证工作按时完成。既要把长期育种目标融入短期、中期目标的工作中，又要不断有创新突破的新成果。只有做到长期与短期目标的有机结合，充分发挥课题组成员的积极性，才能实现育种目标。

②选择适当的育种技术

育种目标是一个理想的目的地，达到这一目的地需要许多基础条件。采用适当的育种技术手段是实现育种目标最有效的方法。目前，水稻育种技术，无论是传统的常规育种技术还是生物工程技术、转基因技术都比较成熟。但是对于具体的主持人及课题组来说，主持人可以根据自身及课题组成员的技术特长合理安排人力，同时选择适合课题组技术力量和工作条件的育种技术，并在育种实践中不断创造更好的工作条件，提高课题组研究人员的技术水平，创新育种技术，增强效果。

③有效的亲本选择

对于感光型杂交水稻育种，没有好的亲本（供受体），就不可能培育出优良的新组合。因此，育种者应千方百计地收集具有优良特性的品种作为育种的亲本（供受体），特别应该注重收集杂交后代容易得到优良株系的优异品种。转基因育种的受体选择，也要选用容易获得组培苗的优良性状充分的品种，因为转基因育种转导进入受体的是单一性状的基因，改良的目的很明确。转导抗稻瘟病基因的后代就只能提高稻瘟病的抗性，不可能提高其受体的产量，或者其他病害的抗性。因此选择特征特性综合表现好的受体品种对于今后的育种至关重要。选择好亲本就有了育种目标实现的基础，或者说育种目标已经实现了一半。

2.建立杂交育种圃

确定育种目标后，应当建立杂交育种圃，做好亲本的选择，安排好花期相遇的父母本播插（抛）期、种植规格、田间管理，按时做好有性杂交工作。

（1）亲本的选择

根据育种目标做好育种计划，选择杂交父母本。例如培育高产抗稻瘟病的恢复系，就要在高产的恢复系中选出1~2个作亲本（母本或父本），并在普通野生稻或栽培稻高抗稻瘟病的品种（种质）中，选出具有一定优良性状的品种（种质）做亲本（父本或母本）进行杂交。如果培育高产优质的恢复系，可以选择优质的普通野生稻或优质的栽培稻品种，配合当家品种中高产但需要改良品质的恢复系做亲本进行杂交，考虑到复交等工作可以多选几个优良亲本。

亲本选择的原则主要有以下几点：一是在现有高产、优质、高抗、适应性广的当家品种、组合中选择杂交亲本。二是利用多基因遗传的基因互补、叠加等遗传理论，选择性状优良、特性具有互补性的品种或种质做亲本。例如某一亲本已经具有高产特性但是抗稻瘟病差，选择另一亲本时就应找高抗稻瘟病的栽培稻品种或普通野生稻来配组杂交，以期在杂种后代中能够获得高产高抗稻瘟病的新品种。三是根据育种目标长短选择亲本。在一定的工作量内选择亲缘关系远的品种（种质）作亲本，扩大育种遗传多样性基础，从亲本选择时开始考虑育种的大突破，做较长期的育种打算，树立长远的育种目标。例如适当采用野生稻优异种质做亲本，不仅可以利用普通野生稻等AA染色体组的野生稻，也可以适当利用一些非AA染色体组的野生稻作亲本，还可以利用热带、温带的籼粳稻品种作亲本，扩大水稻亚种间的遗传多样性。此外，也可以利用水陆稻、粘糯稻等不同类型的品种作亲本。四是重视选择骨干亲本。有些品种自身性状生产性能表现很好，但是作为亲本后，其杂交后代很难出现优良的单株和品种，这类品种不能作为育种者的核心骨干亲本，应当选择杂交后代容易获得优良品系的品种做核心骨干品种。此外，杂交水稻育种应该更注重选择具有强优配组能力的品种作为骨干品种，这样才能使杂交后代容易出现优良单株，同时这些优良单株配组的杂交稻具有极强的产量、抗性等优势。

针对感光型杂交水稻新组合的亲本选择，应从以下几方面进行。

①选择超级稻育种材料作亲本。中国超级稻育种处在世界领先水平，2014年秋季验收的百亩连片示范田实收平均亩产超过1 092 kg。至2014年底，国家审定的超级稻品种超过100个，推广种植面积不断扩大。因此，想要推进感光型杂交水稻的育种进程，提高育种水平，在亲本选择方面，一定要十分重视超级稻作为骨干亲本的使用。只有充分利用超级稻的育种材料，才能在短期内把感光型杂交水稻新组合的产量提升到超级稻的产量水平。最理想的状态是使用超级稻第四期的育种材料，能够较快地提升感光型杂交水稻育种产量，使其达到或接近超级稻的水平。

②采用现有感光型当家组合的不育系、保持系、恢复系作育种亲本。选择现有感光型杂交水稻当家组合的不育系、保持系、恢复系材料作育种的新亲本，也是一种明智的选择，能够在原有工作基础上稳步推进感光型杂交水稻育种进程。虽然比使用第四期超级稻育种材料稍微逊色，但是它能使育种工作基础坚实，有系统性，容易育出新品种（组合），也容易发现新问题、新规律，有利于感光型杂交水稻育种理论的研究。

③引用合作者育种中间材料作亲本。积极与同行合作研究，引进其他育种者的优良中间材料，将十分有利于共同促进育种的发展。育种者自己从原始亲本做起，必须有一个长期的育种计划及实施方案，逐步推进。通过与其他育种者的强强合作，相互引用和交换中间材料，将有助于促进长周期育种计划的实施，对合作双方都是一种相互推进、互利共赢的选择。引用合作者育种中间材料作亲本或选育对象，是感光型杂交水稻育种早出新品种、早出成果的高效快捷途径。

④引进国家及地方种质资源库（圃）的优异品种（种质）作亲本。国家及地方种质资源库（圃）保存有大量的栽培稻、野生稻种质资源以及其他作物和野生植物种质资源，是我国作物育种工作重要的基因源及物质基础。从国家及地方种质资源库（圃）引用育种亲本（供受体）是世界各国都在运行的资源与育种合作机制。感光型杂交水稻育种更应该加强与国家及地方种质库（圃）的联系与合作，充分利用国家稻种资源库优势，加快感光型杂交水稻育种进程，为国家粮食生产安全及农民增产增收多做贡献。

⑤引进国外优异种质作亲本（地理远缘的品种、热带水稻品种等）。引进国外优异种质作为感光型杂交水稻育种亲本，是一种高效的育种途径。我国三系杂交水稻成功配套最早也是得益于引进国外的优良水稻品种。将引进的IR系列品种及泰国品种进行测交试验，获得最早的强优恢复系，实现三系杂交水稻的配套成功，进而带领我国杂交水稻事业走向辉煌。因此，育种者与资源研究者们都应该积极引进国外优异种质资源，提升国家粮食发展的战略地位。

⑥选择优异的野生稻种质作亲本。从实现重大突破性育种和长远育种目标的角度考虑，选择优异的野生稻种质资源作亲本是一种具有远见卓识的做法。因为，野生稻种质资源中含有水稻进化过程中丢失的重要基因源，如高抗、免疫各种主要病虫害的基因、强抗逆性基因、高产潜力基因等，这些种质基因是极其稀少的，需要从野生稻种质资源中寻找。引用野生稻优异种质作亲本（供受体）可有效地解决水稻品种缺少基因源的问题，填补水稻品种基因类型的不足。因此，加快感光型杂交水稻育种进程，提高和突破育种水平，利用野生稻优异种质资源是十分必要，不可或缺的。

⑦引进各种符合育种目标的新基因及受体品种。随着基因组学研究的不断发展，有越来越多的新基因被挖掘、克隆、转导应用。因此，感光型杂交水稻育种今后的发展方向是加强引进各种符合育种目标的新基因及受体品种，强化转基因育种研究，取得感光型杂交水稻育种新进展。

（2）花期相遇的安排

在有性杂交育种过程中，安排好杂交亲本间的花期相遇是十分重要的一步。花期没有相遇，就没有杂交育种成功的可能性，因此需要在播期安排上下足功夫。首先，要查询各个亲本的生育期、叶龄等相关数据信息，根据相关信息精心安排亲本播期。其次，播种后要加强秧田管理，早造播种依据叶龄生长速度，利用氮、磷、钾肥的不同配比、不同时间施用来调控父母本花期，保证需要配组杂交的亲本花期相遇。晚造播种需要依据生育期的生长天数以及幼穗分化程度来调控花期相遇。同时可以采用喷施叶面肥及生长激素调控花期，保证父母本花期相遇。另外，还可以采用分期播种的方法保证父母本花期相遇。

感光型品种在早造播种时可以采用暗室遮光的办法，实现其幼穗分化抽穗开花，从而实现父母本双亲的花期相遇，完成杂交育种任务。

（3）田间管理

杂交育种圃的应选择中等肥力、水源充分、排灌便捷以及交通、机耕方便的田块。亲本插植规格可采用23.1 cm×13.2 cm（7寸×4寸）或19.8 cm×13.2 cm（6寸×4寸）的株行距，以划分小区的格式进行亲本插植。每个计划杂交的组合其亲本安排在相邻小区插植，每个亲本插植1~3行，具体视工作量多少而定。

杂交育种圃的水肥管理、病虫害防治等技术措施与普通水稻大田生产栽培管理技术措施一致。

（4）有性杂交

水稻有性杂交育种技术的具体杂交方法有多种，常用的有直接剪颖去雄授粉法、温汤去雄授粉法和真空去雄授粉法。直接剪颖去雄法可以提前一天于下午整穗，用小镊子、小剪刀逐一给小穗去雄，也可以在当天稻穗开花前整穗去雄。去了雄的穗子须马上用硝酸纸杂交袋套袋，防止其他花粉串粉，等父本开花时剪颖授粉。授粉完成后要用曲别针封好袋口，并马上写好杂交组合名称和日期。温汤去雄授粉法是用45℃的温水浸泡未开花的稻穗5分钟，杀死雄性细胞，然后，整穗剪颖，去除花药。其余参照直接剪颖去雄法进行。真空去雄授粉法中整穗剪颖的操作与直接剪颖去雄法的相同，整穗后紧接着用真空泵抽出花药达到去雄的目的。去雄后也须立即套袋。等到父本开花后授粉，随后封好袋口写上杂交组合名称及时间，多人做杂交试验时还应写上个人名字。

有性杂交工作结束后需要做好管理工作，保证杂交种子的正常发育，并及时收获杂交种子。晒干种子后需要及时考种，记载各个杂交组合收获种子的数目。做好保存工作，为下一步研究工作做好准备。

3.杂交后代培育圃

（1）及时播种育壮秧

按水稻生长季节，及时进行早造（感温型）、晚造（感光型）组合的杂交种播种，并参照正常的秧田管理，保证培育分蘖壮秧（三叉秧）。

（2）合理安排，便于观察

秧龄达到20天左右（早造）和20~25天（晚造）时，进行移栽插秧。按父母本各1行插在两边，杂交后代插植在父母本中间的方式，安排田间插秧小区。按 23.1 cm×13.2 cm（7寸×4寸）或19.8 cm×13.2 cm（6寸×4寸）的株行距移栽。

（3）做好田间管理，保证充分遗传表达

按水稻高产栽培的技术规程，进行杂交后代培育圃的田间水肥管理及病虫害防治。保证每一株杂交后代植株的生长和遗传特性得到充分表达，为选育提供良好的物质基础。

（4）杂交后代的选育方法

有性杂交后代选育可按单株选育法、混合选育法等常规的选育方法进行。在选育过程中一定要按育种目标的要求进行选择，对照父母本的综合表现，尽量选育出超过双亲表现或结合双亲优点的单株。另外，必须在杂交后代培育圃中种植当家品种，选育时对照当家品种进行选育，选出表现超过当家品种的单株或株系。

感光型杂交水稻育种成功与否，关键的一环就是杂交后代的适当培育条件及定向选择，特别是采用有性杂交育种技术路线、分子标记育种技术路线、植物分子育种技术路线的育种实验。经验丰富的育种者大都十分重视杂交（转导）后代在不同环境条件下的表现。不同的生态环境能够使杂种后代的不同基因得到表达，通过育种者的人工鉴定评价进行筛选和淘汰。例如，非稻瘟病重病区的条件就无法表现出杂种后代的感病轻重程度；没有不同稻作区的对比试验，就无法肯定某一品种（组合）在该稻作区的适应性和丰产性。培育一流的优良新组合（品种）需要给予杂交后代适当的培育条件。目前，最容易实施且技术最成熟的杂交后代培育条件及育种目标的定向选择，主要有以下几方面。

①选择不同生态区域进行杂交后代培育选择。国际水稻研究所（IRRI）多年前就开展了国际水稻鉴定圃的工作，广西农业科学院水稻研究所是其多年来的合作者，其从国际水稻鉴定圃中筛选出了几个优良新品种。因此，培育感光型杂交水稻新组合可以采用相似的方法，尽可能的在不同的生态区域进行杂交后代种植选择及培育新组合。感光型杂交水稻主要栽培地区在双季稻区，育种者可以在华南、华中双季稻区的不同生态区域种植杂交后代，进行联合培育以便加速育种进展。就广西内的生态环境来说，可以在桂林市24°N~25°N的平原或高寒山区生态条件下进行强耐寒性恢复系选育，进而培育出适合在桂北地区栽培的早熟感光型杂交水稻新组合；在22°N~24°N的桂中生态区进行耐旱新组合的选育；在桂南平原生态区培育高产、超高产的新组合；也可以在不同海拔高度地区进行培育。这样同一个杂交配组的后代能够选育出更多的品种、品系。与此同时，还应该注重小生态环境条件下的培育选择。例如，在平原生态条件、丘陵山沟稻田条件、山坡梯田条件及喀斯特地貌条件等不同小生态环境条件下进行适应性更广泛的新组合的选育。

②在不同稻作区进行杂交后代培育选择。适应不同稻作区栽培条件的新组合的选育是很重要的工作。通常情况下广西南部培育的水稻新品种在桂北稻区种植产量不稳定，丰产性难以表现。因此，就感光型杂交水稻育种的高标准、高要求而言，杂交后代培育过程应注重在不同稻区的培育试验。稻作区条件对于培育适应该稻作区的新组合是必须的，离开具体的稻作区条件或在别的稻作区很难培育出合适的高产优质、广谱抗性的新组合。我们在访问IRRI时参观了设在菲律宾的隆平高科分公司的试验基地，发现从中国引进的杂交水稻组合不能适应当地热带稻作区的条件，必须进行新的培育研究，培育新的组合才能适应当地水稻生产需要。因此，选择不同稻作区进行杂交后代培育是十分重要的。

③进行各种非生物性胁迫的鉴定筛选。水稻生产过程会遇到许多非生物因素的威胁，从而造成水稻减产或品质下降。因此，在育种的过程中要对杂交后代（转导后代）进行各种非生物胁迫的鉴定筛选。就感光型杂交水稻新组合的要求来说，需要进行干旱、芽期、苗期耐寒、孕穗期耐寒等非生物胁迫的鉴定筛选。非生物胁迫条件可以由人工创造，人们可以建立耐寒、耐旱、耐热、耐涝等鉴定工作试验设施或基地，在标准化的技术规范下进行各种抗逆性鉴定筛选，培育新的强抗逆性新组合。

④进行不同的生物性胁迫鉴定筛选。水稻生产过程常常受到各种病虫害的生物性胁迫。一般情况下会导致减产20%左右，严重的甚至可能造成颗粒无收。水稻主要病虫害有稻瘟病、白叶枯病、细菌性条斑病、纹枯病、南方黑条矮缩病、矮缩病和褐飞虱、白背飞虱、稻瘿蚊、三化螟、二化螟、稻纵卷叶螟等。进行感光型杂交水稻育种研究必须进行不同的生物性胁迫鉴定筛选。只有经过严格的鉴定筛选，才能培育出广谱高抗主要病虫害的新组合。国家农业行业标准中有许多水稻主要病虫害鉴定技术规程和技术规范，育种者只要按照相关的技术规程进行研究鉴定就能获得标准和权威的鉴定评价数据资料和优良的高抗新组合。

⑤品比试验圃。对已经选定的单株或品系要及时在品比试验圃内进行品种比较试验，试验方法按常规品种比较试验的技术要求进行，关键技术是品种比较试验的对照品种应采用当家品种；入选品种应选择综合农艺性状、综合或单项指标都表现优良，并超越对照品种的株系，品种比较试验圃必须设计四周的保护行，对试验品种起到适当的保护作用。此外，需要按3个以上重复小区的均衡设计，尽量消除试验田肥力误差和试验误差。

⑥水稻区域试验。根据农业部的行业标准，品种在进入大田生产之前，要及时进行省（区）级和国家级的水稻品种区域试验。区试有完善的制度和运行机制，只要按要求提供种子就行。水稻新品种地方区试分桂南区试组、桂中区试组、桂北区试组；国家水稻新品种区试，分为南方区试组、华中区试组、华东区试组等不同稻作区进行。一般情况下通过广西区试入选品种才能进行国家区试试验。桂南水稻区试组分早造、晚造进行，感光型杂交稻组合应进行晚造区试。一般分6~7个试验点，与对照品种进行产量比较试验，根据产量、综合表现评定参试品种入选与否。

⑦大田试种示范。经过区试后入选的组合，可以进行大田生产试种示范。广西农业厅为了加快优良新品种在生产上的推广应用，在广西不同的稻作区设立了相对固定的试验示范点，开展大田试种示范试验。经过大田试种示范，可在最早的时间向人们展示新组合，促进新组合的推广应用。当前超级稻新品种需要种植100亩连片试验示范，连片实地收割测产达到超级稻产量标准的品种才能获得超级稻的认证，进而作为超级稻品种推广应用。通过地方水稻区试并经过广西作物品种审定委员会审定的品种，即可在相关稻作区推广应用。通过国家作物品种审定委员会审定的品种可在相应稻作区推广应用。