本文關(guān)鍵詞：雜交水稻制種機械授粉研究現(xiàn)狀及發(fā)展對策，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第 28 卷 2012 年

第4期 2月

農(nóng) 業(yè) 工 程 學 報 Transactions of the CSAE

Vol.28 No.4 Feb. 2012 1

·綜合研究·

雜交水稻制種機械授粉研究現(xiàn)狀及發(fā)展對策
湯楚宙 1,2，王慧敏 1※，李 明 1,2

，李中秋 1，黃 震 1， 羅海峰 1,2，簡 敏 3，張海清 1
（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，長沙 410128； 2. 湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，長沙 410128； 3. 袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司，長沙 410000） 摘 要：制種是雜交水稻生產(chǎn)過程的重要組成部分，授粉是制種的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對雜交水稻制種的產(chǎn)量和效益有明顯影響。 研究國內(nèi)外雜交水稻授粉技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀表明目前所采用的授粉機械依據(jù)工作原理的不同有碰撞式和氣力式二種。通 過分析二種授粉裝備的工作原理，總結(jié)出它們的特點和存在的不足�，F(xiàn)用的授粉裝備存在授粉不勻、損傷植株等問題， 對授粉效果帶有一定的盲目性和隨機性。雜交水稻授粉應(yīng)向機械化、多用途化綜合發(fā)展，提出了探索不同機械授粉方式 的科學性、研究不同機械授粉方式的適應(yīng)性、尋求合理的工作參數(shù)、確保安全隔離防止生物學混雜和開發(fā)適用的授粉機 械的對策和建議。 關(guān)鍵詞：機械，綜述，作物，雜交水稻，制種，授粉，機械授粉 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.04.001 中圖分類號：S22 文獻標志碼：A 文章編號：1002-6819(2012)-04-0001-07 湯楚宙，王慧敏，李 明，等. 雜交水稻制種機械授粉研究現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2011，28(4)：1－7. Thang Chuzhou, Wang Huimin, LiMing, et al. Study status and developmental strategies of mechanical pollination for hybrid rice breeding[J]. Transactions of the CSAE, 2012, 28(4): 1－7. (in Chinese with English abstract)

0

引

言?

1

雜交水稻授粉概況

水稻是世界主要的糧食作物，在全球廣泛種植。我 國是水稻的原產(chǎn)國，更是雜交水稻的發(fā)源地，雜交水稻 的研制成功為解決世界糧食安全問題做出了巨大貢獻[1]。 雜交水稻生產(chǎn)過程主要包括育種、制種、育苗、插秧、 田間管理、收割等，制種是雜交水稻生產(chǎn)的重要組成部 分，而授粉是保證制種成功的關(guān)鍵。充分、均勻的授粉 能保證種子結(jié)實率，提高制種質(zhì)量和產(chǎn)量，并進一步提 高雜交水稻的產(chǎn)量[2-3]。 為了實現(xiàn)這一目標，各國科研工作者進行了大量的 研究和嘗試。從傳統(tǒng)的人力式輔助授粉到上世紀 90 年代 興起的采粉-貯藏-噴粉模式的授粉，再到近幾年一些國 家實施的養(yǎng)蜂授粉[4]、 風機授粉以及美國采用的小型直升 飛機授粉等，但由于授粉生產(chǎn)技術(shù)性強、質(zhì)量要求高， 授粉效果并不理想，制種產(chǎn)量不高。本文首先介紹雜交 水稻授粉概況，通過研究國內(nèi)外雜交水稻授粉技術(shù)與裝 備，總結(jié)出各種技術(shù)的特點，并對促進制種機械化進一 步發(fā)展提出參考對策和建議。
收稿日期：2011-10-27 修訂日期：2011-12-23

基金項目：湖南省科技廳產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟項目（2010xk6001） 作者簡介：湯楚宙（1949－） ，男，湖南益陽人，教授，博士生導(dǎo)師，主要 從事農(nóng)業(yè)機械設(shè)計與試驗研究。長沙 Email：chzhtang2002@sina.com ※通信作者：王慧敏（1986－） ，女，黑龍江富錦人，主要從事農(nóng)業(yè)機械設(shè) 計與試驗研究。長沙 湖南農(nóng)業(yè)大學，410128。 Email：whm19860603wyhj@yahoo.com.cn 湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，410128。

授粉是被子植物結(jié)實的必經(jīng)過程，根據(jù)植物授粉方 式的不同，可分為自然授粉和人工輔助授粉。自然授粉 主要包括風媒、水媒、蟲媒、鳥媒等，利用風力、水力 和生物的活動使雄蕊上的花粉落到雌蕊柱頭上受精結(jié) 實。人工輔助授粉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的常用方法，人為地借 助一定的工具、設(shè)備來克服自然授粉花粉量不足的缺陷， 增加落在雌蕊柱頭上花粉的粒數(shù)，提高受精率，以達到 預(yù)期產(chǎn)量。水稻是非嚴格的自花授粉作物，天然雜交率 一般在 0.2%～4%之間，最高達 5%[5]，要實現(xiàn)雜交制種， 必須進行異花授粉，使父本雄蕊上的花粉粒落到母本雌 蕊柱頭上，這樣結(jié)實出的種子才有可能保持父母本的優(yōu) 良性狀，生長發(fā)育成優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的雜交水稻種子[6-7]。因 此，僅依賴自然授粉無法滿足雜交水稻制種的生產(chǎn)要求， 必須進行輔助授粉，才能達到每個雌蕊柱頭上至少 3 粒 花粉的要求[8]，確保雜交種子正常結(jié)實。 雜交水稻授粉是一項技術(shù)要求強、精度要求高、時 間要求緊的作業(yè)，授粉效果受各種因素影響明顯。其中 作物性狀因素包括父母本的高度差、花絮密度、花穗數(shù) 量、柱頭外露度、父母本花期重合度；環(huán)境因素包括溫 度、濕度、光照強度和風力；管理因素包括施肥、排水 灌溉以及病蟲害防治等。水稻花粉花期較短，盛花期 7～ 10 d，一般一天內(nèi)只有 1.5～2 h 的開花時間，且花粉壽命 很短，只有 4～5 min，因此，必須在有限的時間內(nèi)完成 授粉作業(yè) [9-12] �，F(xiàn)行的人工輔助授粉包括人力式和機械

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式。人力式授粉作為傳統(tǒng)的授粉方式，在中國、印度等 人力資源豐富、機械化水平較低的制種地區(qū)得到了廣泛 的應(yīng)用。這種授粉方式收獲的種子質(zhì)量較高，單位產(chǎn)量 較高[13]，但勞動強度大、生產(chǎn)效率低，不能滿足現(xiàn)代制 種技術(shù)的發(fā)展要求。目前美國等少數(shù)進行雜交水稻制種 的發(fā)達國家和地區(qū)已經(jīng)開始實施機械授粉，機械式授粉 主要包括碰撞式和氣力式兩種，碰撞式對植株易造成損 傷，實際生產(chǎn)中氣力式應(yīng)用較多，如美國采用小型直升 飛機進行雜交制種授粉。機械式授粉生產(chǎn)效率高、操作 簡便、適應(yīng)于現(xiàn)代制種規(guī)�；a(chǎn)的發(fā)展，但研制授粉 機械的技術(shù)要求高、實際應(yīng)用的授粉機型較少、授粉效 果不夠理想，適用于我國實際生產(chǎn)情況的雜交水稻制種 授粉機還有待進一步研究和開發(fā)。

Fig.1

圖 1 小型直升飛機輔助授粉 Auxiliary pollination by small helicopter

2
2.1

國內(nèi)外研究動態(tài)

美國 美國從 1979 年開始試驗種植雜交水稻，短短 30 年 間，建立了一套完備的生產(chǎn)經(jīng)營體制。目前雜交水稻的 種植面積已超過水稻種植總面積的 50%，產(chǎn)區(qū)主要集中 在密西西比河南部流域，從東南部的密蘇里州向南貫穿 阿肯色州、密西西比州和路易斯安那州，一直到延伸到 德克薩斯州的海灣平原，以及中北部的加利福尼亞和福 羅里達州中南部地區(qū)[14]。 美國是除亞洲外少數(shù)自行制種的國家之一，由于農(nóng)業(yè) 人口僅占 3%，每個農(nóng)戶擁有幾百到幾千 hm2 的土地，勞動 力價格昂貴，不可能以人工操作的生產(chǎn)方式來生產(chǎn)雜交種 子，全機械化作業(yè)是必然選擇[15]。為滿足規(guī)�；诜圩鳂I(yè) 需求，現(xiàn)在采用小型直升飛機進行輔助授粉。水稻按 8:24 的父母本行比種植，小型飛機以 37 km/h（原文為 20 海里） 左右的速度飛行，距離地面 2～3 m[16]，螺旋槳攪動的氣流 將花粉從父本柱頭上吹散，隨風力散落到母本柱頭上，往 復(fù) 2～3 次以完成授粉作業(yè)，如圖 1 所示。當?shù)刂品N研究所 通過多種方法對花粉擴散的影響因素和范圍進行了細致研 究， 如采用紫色水稻標記法、 專有父本線標記法等。 Rice Tec 有限公司認為為實現(xiàn)異花授粉，父本花粉需擴散 6～12 m； 當擴散距離超過 12 m， 但在 20 m 范圍之內(nèi)時， 減產(chǎn)影響并 不明顯[17]。飛機授粉的重點和難點就是要保持飛機低空飛 行的高度，授粉效果的好壞直接影響著制種產(chǎn)量。為此， 需要專業(yè)培訓飛行員進行授粉作業(yè)，經(jīng)過特殊的培訓掌握 這一技術(shù)。 如某公司的負責人 Floyd Vuncannon 指揮公司的 16 架 Robinson R22 直升飛機組成的飛行艦隊為 Rice Tec 公 司進行水稻授粉。在授粉季節(jié)，飛機艦隊劃分作業(yè)區(qū)域， 早上 9 點鐘出發(fā)，每天工作四、五個小時為 6 個州的制種 田進行授粉作業(yè)[18]，如圖 2 所示。 這種授粉方式生產(chǎn)效率高，但制種質(zhì)量和單位面積 產(chǎn)量都低于人力式授粉。近年來，美國大規(guī)模飼養(yǎng)蜜蜂 為水稻授粉。來自美國農(nóng)業(yè)部的數(shù)據(jù)顯示，美國 200 多 萬群蜜蜂中，有 100 多萬群用于為農(nóng)作物授粉，給美國 人提供了 1/3 的膳食[15]。蜜蜂授粉具有更及時、更完全、 更充分的特點，對提高坐果率、結(jié)實率效果突出。

Fig.2

圖 2 直升飛機授粉 Helicopter assisted pollination

2.2

日本 日本是以種植水稻為主的國家，大米自給率超過 [19] 90% 。 但該國主要種植粳稻品種， 雜交粳稻優(yōu)勢組合不 多，雜交水稻制種處于探索試驗階段[20]。憑借農(nóng)業(yè)機械 化程度高的優(yōu)勢，日本很早就開始了授粉技術(shù)與機械的 研究，主要應(yīng)用在果樹、苗木上。如對蘋果樹和柿子樹 授粉，一般多使用小型手持式噴粉機，將花粉和紅色的 石松子粉混合，對準花序噴出花粉。噴出的花粉落在花 上顯出紅色，區(qū)別未授粉的花[21]。 2.3 其他亞洲國家 亞洲是水稻主產(chǎn)區(qū)，種植面積約占世界水稻總面積 的 90%。1995 年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織為了支持解決低收入、 糧食短缺國家的糧食安全問題，由國際水稻研究所牽頭， 成立了中國、印度、越南、印尼、緬甸、泰國、孟加拉、 菲律賓、 期里蘭卡、 柬埔寨等 10 國雜交水稻推廣協(xié)作網(wǎng)。 作為世界水稻種植面積第一大國，印度于 1987 年從 中國引進雜交水稻進行研究，長期以來十分重視雜交水 稻的發(fā)展。 2010 年 8 月發(fā)布的國家糧食安全規(guī)劃 （NFSM） 將強化水稻栽培體系和推廣雜交水稻種植面積作為解決 糧食安全問題的重要途徑[22]。印度的雜交水稻制種基本 上實現(xiàn)自給，授粉方式以人力式為主，近年來也開始機 械授粉的研究，處于試制試驗階段[23]。 越南是除中國以外最早推廣雜交水稻的國家，但由 于技術(shù)條件有限，雜交稻種自給率僅達到 20%，其余多 從中國進口[24]。

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湯楚宙等：雜交水稻制種機械授粉研究現(xiàn)狀及發(fā)展對策

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菲律賓本國也很少進行雜交水稻制種，所需的水稻 種子主要從中國和印度進口。近年來，菲律賓政府大力 扶植雜交水稻制種產(chǎn)業(yè)，通過派遣科研人員到制種大國 進行考察學習、建設(shè)規(guī)�；闹品N基地、政策支持等一 系列措施，制種技術(shù)在本國得到一定發(fā)展，授粉采用人 力式輔助授粉為主[25]。 雜交水稻在亞洲得到了廣泛種植推廣，但由于制種 技術(shù)落后、產(chǎn)量低、成本高，即使印度這樣雜交水稻發(fā) 展較快的國家，一般制種單產(chǎn)也僅為 1.5～2.5 t/hm2。 2.4 中國 中國在 1973 年首先實現(xiàn)三系秈型雜交水稻， 1976 年 大面積推廣種植，1981 年雜交水稻開始走向世界[26]，時 至今日雜交水稻已經(jīng)取得了矚目成績。制種對促進雜交 水稻生產(chǎn)的發(fā)展、提高水稻質(zhì)量和產(chǎn)量起著先導(dǎo)作用， 經(jīng)過 30 多年的發(fā)展， 制種理論和技術(shù)都取得巨大進步[27]， 產(chǎn)業(yè)化模式基本形成。我國制種基地主要集中在海南以 及中南部山區(qū)。冬春季節(jié)，海南氣候條件適宜，收獲季 節(jié)氣候穩(wěn)定、高溫無雨，且距內(nèi)地播種季節(jié)近，當年制 種當年用，種子活性強、發(fā)芽率高[28-29]。夏秋季節(jié)，中 部山區(qū)隔離條件好、氣溫低、晝夜溫差大、相對濕度高 以及風速小，可延長親本播始歷期，有利于種子產(chǎn)量和 質(zhì)量的提高[30]。全國每年制種面積約 10 萬 hm2，國內(nèi)需 要雜交水稻種子約 2.3 億 kg，剩余的用于出口。 2.4.1 人力式 我國是雜交水稻制種的主要國家，由于制種技術(shù)過 于嚴格復(fù)雜[31]，現(xiàn)多沿用傳統(tǒng)的人力式授粉。人力式授 粉分為單長竿趕粉法、雙短竿推粉法和繩索拉粉法 3 種， 如圖 3 所示。

c. 繩索“拉花”

Fig.3

圖 3 三種人力輔助授粉方式 Three kinds of artificial pollination method by manpower

a. 單長竿趕粉

b. 雙短竿推粉

通常的做法是：在中午的太陽下，人下到稻田里， 左右手各拿一根細竹棍，將雄株推向雌株，雄株上的花 粉在外力作用下隨空氣飛揚起來，然后散落到雌株的花 上，俗稱“趕粉”�！摆s粉”時，動作要快，才能保證 花粉彈得高，散得寬。另一種稱為“拉花”，兩人分別 站在對面田埂各拉住繩索的一端，將雄株拉向雌株，使 雄株上的花粉散落到雌株柱頭上�！袄ā�，行走要快， 以保證足夠的授粉幅寬，一次授粉結(jié)束后要等待花蕊繼 續(xù)開放，直到柱頭上花粉密度達到一定程度，再重復(fù)進 行“拉花”，這種人力完成水稻授粉的方法，不但勞動 強度大、效率低，且授粉不均現(xiàn)象較明顯，降低了制種 的產(chǎn)量。 2.4.2 機械式 20 世紀 90 年代起， 我國就開始著手水稻機械授粉裝 [32-34] 置的研究 ，但由于設(shè)計結(jié)構(gòu)不理想、田間情況復(fù)雜 及成本較高等因素，研究成果沒有得到推廣使用。 研究早期，水稻父本母本花期不重合，授粉多借鑒 國外的采粉-貯存-噴粉模式，用噴霧機或噴粉機進行噴 粉，如 1992 年黃崇德等發(fā)明了“雜交水稻機械采授粉制 種實用新技術(shù)”，并獲得了國家技術(shù)發(fā)明四等獎。其主 要利用花粉采集機收集花粉，將花粉送入低溫下貯存 10～20 d， 花粉離體培養(yǎng)萌發(fā)率達 40%以上， 在母本花期， 將花粉取出回醒 8～12 h，然后加水稀釋噴霧進行田間授 粉。此項技術(shù)在長江中下游流域推廣示范 78 hm2，平均 增產(chǎn) 412.5 kg/hm2[35]。1998 年邵陽市科學技術(shù)委員會、 湖南省邵陽縣種子公司以及邵陽市農(nóng)業(yè)科學研究所聯(lián)合 設(shè)計發(fā)明了“一種適于機械化采授粉的秈型雜交水稻制 種技術(shù)”[36]，在花期運用機械采粉、授粉以及與此相配 套的花粉貯藏技術(shù)與活力檢測方法，完成水稻授粉作業(yè)。 近年來，經(jīng)過科研人員的研究，已經(jīng)可以通過計算父母 本播差期、施灑化學藥劑及進行相應(yīng)的田間管理等措施， 使父母本花期重合，人們開始研制新一代田間直接授粉 機械，如湖北農(nóng)學院從 1992 年開始進行這方面的研究， 并在 1995 年發(fā)明了“一種雜交水稻繁殖制種授粉方法及 實現(xiàn)該方法的授粉器”[37]，授粉器由風機、導(dǎo)粉膜、撼 粉繩、授粉管、固膜板、卷膜筒和左右手柄構(gòu)成，人們 可攜帶授粉器在田間行走完成授粉作業(yè)，經(jīng)過不斷改進，

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于 2002 年設(shè)計研制了“雜交水稻制種授粉機”，發(fā)動機 額定功率 2.1 kW、轉(zhuǎn)速 7 500 r/min，授粉管長 20 m，生 產(chǎn)率 2.33 hm2/h， 機組工作人員 2 人， 異交結(jié)實率達 15%， 在一定程度上提高了產(chǎn)量和效率。2010 年侯國強設(shè)計發(fā) 明了“一種雜交水稻制種授粉工具及授粉方法”[38]，這 種授粉工具主要包括蕩禾器，橇式座和卷揚機。蕩禾器 設(shè)于橇式座上端，卷揚機的線繩連接于橇式座上，以 3 根并置式平行長竿作蕩禾器，平行長竿的延伸方向與橇 式座的滑行方向相垂直，授粉時先將橇式座置于田間， 卷揚機固定于田埂上，啟動卷揚機來回往復(fù)拖動橇式座， 蕩禾器即震蕩父本行植株實現(xiàn)授粉。近年來，科技工作 者又將研究重點放在氣力式授粉機械上面，并進行了大 量的試驗，為研究新一代授粉機提供了理論依據(jù)和技術(shù) 支持[39]。

3
3.1

機械授粉的原理及發(fā)展趨勢

機械授粉原理及分類 機械化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容，在抗御自然災(zāi)害， 推廣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，降低農(nóng)產(chǎn)品成本和勞動強度，提高 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率、資源利用率以及農(nóng)民收入等諸多方面都發(fā) 揮著重大作用。授粉機械化是推進雜交水稻制種產(chǎn)業(yè)不 斷向前發(fā)展的必要保證。 現(xiàn)行的授粉機械依據(jù)不同的工作原理，可分為碰撞 式和氣力式二種。碰撞式主要模擬人力竹竿“趕粉”， 通過與水稻莖稈接觸時的震蕩作用，將花粉揚出，在自 然風及碰撞所產(chǎn)生的氣流的作用下飛散出去，落在雌蕊 柱頭上。震蕩部位一般作用在水稻莖稈上部，通常要重 復(fù)震蕩抖動，增大散落花粉的密度。這種授粉方式的特 點是：機械制造簡單、操作方便，但花粉分布不均勻現(xiàn) 象明顯�；ǚ蹅鞑サ木嚯x隨震蕩作用力的增大而加大， 對植株的損傷也隨之增大。 氣力式授粉依據(jù)自然風媒授粉原理，彌補自然風力、 風量的多變和不確定，通過風機產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的氣流， 完成定向、定量授粉。水稻屬禾本科植物，花粉粒小而 干燥、表面光滑、質(zhì)量較輕，適合進行氣力授粉[39]。實 際應(yīng)用的機械授粉一般多基于氣力式原理， 如采粉-貯存噴粉模式的授粉以及便攜風機授粉等。 采粉-貯存-噴粉是 雜交水稻制種技術(shù)研究早期采用的授粉方式。當時還無 法解決“父母本花期不遇、花時不遇”的難題，設(shè)計機 械采集恢復(fù)系花粉，低溫貯藏，在不育系花期的最佳授 粉時間將貯藏的花粉連同培養(yǎng)基溶液，稀釋霧化后，噴 灑出去，花粉粒落在母本雌蕊柱頭上實現(xiàn)授粉。整個過 程工序復(fù)雜、處理不當容易損傷花粉細胞、長時間貯藏 降低花粉活性，制種產(chǎn)量不高。后經(jīng)科技工作者不斷努 力，通過預(yù)測父母本花期、偏施肥料、水漿調(diào)節(jié)、噴灑 九二 0 （赤霉素） 等措施調(diào)節(jié)父母本花期使花期相遇[40-43]， 將便攜式風機裝在行走裝置上，利用風機產(chǎn)生的氣流將 花粉吹散到母本雌蕊柱頭上。相比于采-貯-噴模式，這種 方式更具實時性，操作簡單、花粉活性強，制種質(zhì)量、 產(chǎn)量較高。氣力式授粉是風機或風管產(chǎn)生基本與植株垂 直的氣流，具有風速可調(diào)、氣流方向可調(diào)、流量和氣壓

穩(wěn)定、花粉空間散布均勻等特點。但通過試驗驗證，實 現(xiàn)風機授粉的最佳風速＜4 m/s（花粉粒懸浮的自然風在 3.5 m/s 以內(nèi)），4 m/s 的風速產(chǎn)生的作用力很難將花粉從 柱頭上吹落，花粉�？偭康臏p少將嚴重影響制種產(chǎn)量； 而風速過大，花粉傳播的距離將遠遠大于需要授粉的作 用范圍，試驗測得，當風速為 10 m/s 時，花粉傳播的最 遠距離可達 110 m[44]。 風力作用效果的局限性影響制種產(chǎn) 量的進一步提高。 直升飛機授粉是利用螺旋槳產(chǎn)生的基本與植株平行 的氣流，如果該氣流垂直向下，從理論分析不能使花粉 飛揚。實際上螺旋槳的氣流是“旋風”，經(jīng)分解后可得 到垂直向下和水平作用 2 個分量，水平分量是保證授粉 的有效部分。因此，直升飛機授粉時螺旋槳的氣流要盡 量旋轉(zhuǎn)。 3.2 機械授粉的意義及發(fā)展趨勢 2011 年 9 月，袁隆平院士指導(dǎo)的超級雜交水稻單產(chǎn) 已突破 1.35 萬 kg/hm2 的大關(guān)，小規(guī)模試驗田最高單產(chǎn)可 達 1.8 萬 kg/hm2，與此相比，制種產(chǎn)量單產(chǎn)只有 0.3 萬 kg/hm2 左右[45]。影響制種產(chǎn)量的主要問題并不是花粉量 不足，據(jù)調(diào)查，“南優(yōu) 2 號”制種田，按父本單產(chǎn) 0.225 萬 kg/hm2 計算，每畝約有花粉 300 億粒，以花期 10 d、 每天開花 2～3 h 計算，在散粉均勻的情況下，每 10 cm2 面積上可散落花粉 5000 粒左右，花粉密度相當大，完全 可以滿足異花傳粉的需要。關(guān)鍵在于如何使如此多的花 粉散布均勻并能落在母本柱頭上。雜交水稻制種產(chǎn)業(yè)蘊 涵巨大的提升空間，落后的授粉技術(shù)是阻礙產(chǎn)量提高的 主要原因。授粉機械化是雜交水稻制種發(fā)展的必然選擇， 實現(xiàn)機械授粉對促進規(guī)�；a(chǎn)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)村 勞動力轉(zhuǎn)移、新農(nóng)村建設(shè)和全面實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械現(xiàn)代化都 具有重要意義。 由于授粉方式自身的特性，單單依靠碰撞式或氣 力式授粉很難達到制種要求，如能結(jié)合碰撞式與氣力 式授粉的優(yōu)點，通過微小震蕩力的作用使花粉脫離花 蕊，借助風力穩(wěn)定可調(diào)、分布均勻的特點將花粉傳播 出去，既減小對植株的損害又能達到制種要求的花粉 密度和分布，得到更好的授粉效果。授粉機械還要充 分考慮到授粉作業(yè)的時空環(huán)境和技術(shù)特性等，如山區(qū) 制種，地勢崎嶇，種田規(guī)模較小，這就要求授粉機械 小巧靈活、便于操控；而海南地區(qū)地勢平坦、種田規(guī) 模大，授粉機械要求生產(chǎn)效率高。另外，授粉作業(yè)僅 在制種時父母本花期相遇的幾天內(nèi)進行，而正常的水 稻生長不需要進行輔助授粉，如果授粉機械僅適用于 雜交水稻的授粉作業(yè)，將造成嚴重的資源浪費，因此， 綜合型多用途的授粉機械是今后研究的重點，其推廣 應(yīng)用將為推進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供有力 的保障。

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4.1

機械授粉發(fā)展的對策和建議

探索不同機械授粉方式的科學性 不同機械授粉方式不僅影響生產(chǎn)效率和操作者的勞 動強度，還明顯地影響制種產(chǎn)量。由于水稻花粉顆粒很

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小，直徑僅 50～60 μ m，肉眼無法辯別授粉后花粉分布 的真實情況，因此目前所采用的機械授粉方式帶有一定 的盲目性和隨機性。還沒有研究哪一種方法授粉的產(chǎn)量 高，什么方法能獲得理想的產(chǎn)量，以至于造成了制種低 產(chǎn)的不良后果。建議加強不同機械授粉方式的科學性的 研究，比較單長竿趕粉、雙短竿推粉、繩索“拉花”、 直升飛機授粉、風機授粉及其它方式的效果，探索出較 理想的方法。另一方面是研究 2 種或 2 種以上單作用裝 置的組合效應(yīng)，比如碰撞與氣力的組合是否能達到更滿 意的效果。 4.2 研究不同機械授粉方式的適應(yīng)性 多年來困繞機械授粉裝置適應(yīng)性問題主要體現(xiàn)在下 田作業(yè)還是不下田作業(yè)，二者各有利弊。下田作業(yè)的授 粉效果好，但田中的禾高且密度大，機械和人行走困難、 生產(chǎn)率低，且存在機械壓禾的可能性。 在田埂上作業(yè)效率高、勞動強度低，但可能造成授 粉不勻。而且目前大部分制種田還沒修機耕道，機器難 以在窄田埂上行走。 直升飛機授粉的效果尚無定論，而且購置直升飛機 和作業(yè)的成本都較高，在我國普遍推廣的難度較大。 機械授粉的適應(yīng)性是一個系統(tǒng)工程，牽涉到農(nóng)業(yè)、 農(nóng)機、水利、國土等行業(yè)。急待解決的問題是整理制種 田和加修機耕道，制種基地要建設(shè)高標準農(nóng)田，保證土 地平整、田塊規(guī)則、田間道路硬化暢通以方便授粉機械 田間操作[46-47]。農(nóng)藝要盡可能與農(nóng)機結(jié)合，以適應(yīng)機械 授粉的要求，插植父母本時，要充分考慮適于機械授粉 的栽插密度、栽插方式、父母本種植比例，要為機械授 粉預(yù)留工作空間等。 4.3 尋求合理的工作參數(shù) 影響授粉效果的因素很多，以碰撞原理為主的授粉 方法要著重考慮工作部件的碰撞速度、碰撞部位和作用 方向；以氣力為主的授粉方法要著重考慮氣流作用部位、 氣流的壓力和流量、氣流的作用時間和作用方向；對碰 撞與氣力綜合作用授粉，除了要研究以上各因素外，還 要考慮二者的相互配合。這些都須要科技人員進行試驗、 計算和分析去完成。 4.4 確保安全隔離，防止生物學混雜 人工輔助授粉增大了花粉漂移概率，要充分做好防 治工作，加強安全隔離，確保種子的純度和質(zhì)量。解決 隔離方式主要有空間隔離、 自然屏障隔離和時間隔離等 3 種隔離方式，其中空間隔離應(yīng)用最為普通，也最安全可 靠，要求雜交水稻制種田與附近田塊有 200m 的距離。時 間隔離是錯開制種田與大田種植品種的花期 ，防止它們 花期相遇。對于海南大規(guī)模制種基地可通過增大間距、 錯開花期以及基因調(diào)控等方法，對于內(nèi)陸山區(qū)制種基地 可充分利用地形和風勢的特點，降低基因漂移可能給自 然生態(tài)環(huán)境帶來的危害[48]。 4.5 協(xié)同攻關(guān)、開發(fā)適用的授粉機械 迄今為止，我國還沒有一種性能良好、適應(yīng)性強并 推廣應(yīng)用的雜交水稻授粉機械，大多停留在專利階段，

嚴重阻礙了雜交水稻制種規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化的進程，也影 響了制種的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。農(nóng)業(yè)工程科研人員要密切 與農(nóng)學專家合作，充分了解和熟習雜交水稻制種的農(nóng)藝 規(guī)范以及授粉對農(nóng)業(yè)機械的要求，因地制宜地開發(fā)出父 母本花期和花時相遇的直接授粉機械。

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結(jié)

論

1）我國是是雜交水稻的發(fā)源地，也是雜交水稻種子 的最大生產(chǎn)國。為了提高雜交水稻制種的產(chǎn)量和經(jīng)濟效 益、減輕勞動強度，開發(fā)和推廣應(yīng)用授粉機械具有十分 重要的意義。 2）與發(fā)達國家相比我國的授粉裝備還很落后，目前 所用的授粉裝備存在效率低、勞動強度大、授粉不勻、 損傷植株等問題，對授粉效果帶有一定的盲目性和隨機 性，應(yīng)從理論研究和設(shè)備研發(fā)方面加強攻關(guān)。 3）提高雜交水稻制種授粉效果的主要途徑應(yīng)從探索 不同機械授粉方式的科學性、研究不同機械授粉方式的 適應(yīng)性、尋求合理的工作參數(shù)、確保安全隔離防止生物 學混雜和開發(fā)適用的授粉機械幾方面考慮。
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湯楚宙等：雜交水稻制種機械授粉研究現(xiàn)狀及發(fā)展對策 產(chǎn)上的應(yīng)用研究[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，(9)：83.

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Study status and developmental strategies of mechanical pollination for hybrid rice breeding
Tang Chuzhou1,2, Wang Huimin1※, Li Ming1,2, Li Zhongqiu1, Huang Zhen1, Luo Haifeng1,2, Jan Min3, Zhang Haiqing1
(1. College of Engineering Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;2, Hunan Provincial Engineering Technology Research Center for Modern Agricultural Equipment, Changsha 410128, China; 3, Long Ping High-tech Co.Ltd ,Changsha 410000)

Abstract: Breeding is an important process of hybrid rice production. Pollination is the key link of breeding, which effect the production and economical efficiency obviously. The status of pollination equipments and technologies at home and abroad were reviewed. There were two types of pollination techniques with collision type and slipstream type based on the working principle, the features and the shortcomings of which were summarized. The problems of pollination equipment, such as pollination nonuniformity, plant scathing, resulted into pollinating blindly and randomly. Hybrid rice production should be oriented toward mechanization and multifunction. The strategies of different kinds of pollinating scientifically and applicatively, and the methods of obtaining reasonable working parameters and avoiding interbreeding and developing applicable pollination machines were explored. Key words: machinery, reviews, crops, Hybrid rice, breeding, pollination, mechanical pollination



  本文關(guān)鍵詞：雜交水稻制種機械授粉研究現(xiàn)狀及發(fā)展對策，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。