一种禾本科作物杂交种规模化生产的方法与流程

本发明属于作物制种领域，尤其是涉及一种禾本科作物杂交种规模化生产领域。

背景技术：

两种遗传性能不同的品种经过杂交，杂交一代会表现出非常强的繁殖力、生活力、抗逆性及适应性，在产量及品质等方面也要比双亲更具优势，这种超亲优势被称为杂种优势；水稻、小麦、玉米等禾本科作物是我国乃至世界上最为重要的粮食作物，通过杂种优势利用已成功选育超高产优质杂交品种，尤其是杂交水稻的研制成功，对保障我国和世界粮食安全作出了巨大贡献；育种家们在水稻、小麦、玉米等作物杂交育种工作中不断研究新的方法，取得新的突破，但是现有杂交制种依然存在如下一些问题：1、制种花期相遇问题是杂交制种过程中的重点和难点，如果双亲在正常播种期同时进行播种时花期不遇，则需要调节花期或者将母本适时播种，父本分期播种，调整花期，这增加了育种和制种成本；2、由于不育系与恢复系的花时习性相差较大，水稻杂交制种时容易出现花时不同步的问题，影响异交结实和制种产量，对于杂种优势更大的籼粳亚种间组合而言，花时不遇矛盾更为突出；3、在制种过程中，往往由人工辅助授粉实施操作，大体可归纳为人工绳索赶粉法、单杆赶粉法、双杆赶粉法以及机械赶粉法4种，这常常需要大量的劳动力，工序复杂且成本较高；同时，该方法因父本花粉传播的距离短，限制了父母本相间种植行比和厢宽，难以实现对父本的机械化种植和机械化分收，成为实现杂交水稻全程机械化制种的技术瓶颈；4、受天气影响，自然灾害风险大。很多禾本科作物在制种期间频繁面临大风、阴雨等极端灾害气候，或因父母本花期或花时不遇致使父本花粉不能及时授予母本，导致制种产量和质量受到减产或绝收的严重影响，甚至造成整批种子全部报废，造成极大经济损失；5、父母本同田间插播种容易混杂，人工去杂成本较高且不易去除干净，导致种子质量下降；6、通过多年精心选育出的品种在制种时父母本种植在一起容易被盗，尤其是父本具有自我繁殖能力更易导致知识产权受到侵犯。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明通过将禾本科作物的父本和母本分别集中种植、自动收集、储存和喷洒花粉进行制种，获得了一种用于禾本科作物的全程机械化、标准化的花粉收集、保存、授粉的杂交种规模化生产方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种禾本科作物杂交种规模化生产的方法，包括

步骤s1：父母本种植：将禾本科作物的父本和母本分别集中种植于不同区域或同一的不同田块中；

步骤s2：花粉采集：在父本的扬花期，利用花粉自动采集装置进行花粉采集，并将采集到的花粉输送到花粉盒中进行干燥，干燥后的花粉连同花粉盒一起冷冻储存；

步骤s3：复苏：在母本开花期，将冷冻的花粉进行复苏；

步骤s4：花粉喷洒：将装有复苏花粉的花粉盒与花粉自动喷施装置连通，利用自动花粉喷施装置，将复苏花粉喷洒到制种田的母本上。

作为本发明的进一步优化方案，所述花粉自动采集装置为一种气力吸送式花粉采集装置，包括装置箱、吸粉器、花粉输送管道、设于装置箱内顶部的风箱、设于装置箱内底部的花粉盒；所述风箱包括壳体和设于壳体内的吸送式风机，并壳体上还设有进风口和出风口，且出风口下方还连接设有防护罩；所述防护罩，呈喇叭形，且下端罩设在花粉盒的上端；所述花粉输送管道，其一端穿过装置箱的侧壁与风箱的进风口连接，另一端与吸粉器可拆卸连接；拆卸式的连接便于与co2或惰性气体存放箱连接并连通，以使所述花粉盒内通有co2或惰性气体，用于干燥花粉。

作为本发明的进一步优化方案，还包括移动组件；所述移动组件包括悬挂杆、双臂液压杆和滑轮组件；所述双臂液压杆，一端与悬挂杆的端部连接，另一端与滑轮组件连接；另所述装置箱的顶部上还设有挂扣，并若干个装置箱并排的扣合于悬挂杆上所述装置箱连接于移动组件上。

作为本发明的进一步优化方案，所述花粉盒包括盒体、设于盒体内的干燥装置、冷却装置，且盒体两侧壁上还设有矩形孔；所述干燥装置设有网孔管道，网孔管道内装有硅胶干燥剂，用于将花粉干燥至含水量10％-20％。

作为本发明的进一步优化方案，所述采集装置箱还包括冷却装置，所述冷却装置设于采集装置箱的内侧壁上，并与花粉盒的盒体连通，用于将花粉温度设置在0℃-4℃范围内。

作为本发明的进一步优化方案，所述花粉自动喷施装置为一种气力压送式花粉喷施装置，包括装置箱、设于装置箱内的第一压送式风机、第二压送式风机、风力管道、花粉盒支架；所述第一压送式风机上设有第一进风口、第一出风口，第二压送式风机上设有第二进风口、第二出风口，并第一、第二出风口设于装置箱内的两侧；所述装置箱整体呈长方体，其底部设有出粉口；另所述第一、第二出风口的正下方连接有风力管道，且与第二出风口连接的风力管道的底部和出粉口连接，所述风力管道的内侧壁上还分布着若干个通孔；此外，所述花粉盒支架，嵌于两侧风力管道的中间，其上设有若干层，每层均嵌设有花粉盒，且每层花粉盒支架的左右侧壁上均设有开口；所述花粉盒，盒体左右两侧壁上还平行相对设有矩形孔；另所述通孔、开口、矩形孔均彼此连通。

作为本发明的进一步优化方案，所述装置箱的顶部还设有连接器，所述连接器安装于多旋翼无人机上。

作为本发明的进一步优化方案，花粉喷洒前，在花粉盒中添加茉莉酸类植物激素(jas)，与复苏的花粉混合后，一起喷洒到制种田的母本上。

作为本发明的进一步优化方案，所述植物激素例如为二氢茉莉酸(dhja)和茉莉酸甲酯(meja)。

作为本发明的进一步优化方案，禾本科作物为水稻、玉米或小麦。

本发明的有益效果在于：

1)本发明克服制种花期和花时不遇，并大大降低阴雨天气对制种生产的减产影响：父母本可分田块或分区域大规模种植，自由选择晴天父本盛花期时采集花粉，无需调节父母本花期和花时，克服父母本花期和花时不遇现象；现有的制种花期遇连阴雨，父本花期时间或盛花时间，如因雨水原因不能够进行赶粉，则会对制种产量造成严重减产甚至绝收，而通过该技术，可以在雨水后，利用母本柱头外露率、柱头活力时间长及花期时间长等有利因素，采用异地储藏花粉进行授粉，可大幅度降低雨水对种子生产造成的减产影响；

2)提高制种产量和土地利用率，收集的父本花粉在授粉时可反复多次进行，保证足够的父本花粉量，提高结实率和制种单产；同时父本单独种植不用割除可作为常规作物进行收获，增加粮食产量，提高了土地利用率；

3)提高杂交种子质量，常规父母本同田种植制种，在栽插过程中容易造成生物混杂，另外，授粉结束父本需要提前割除，如果割除或人工去除不干净会造成交叉混杂，导致种子质量下降，本发明方法规避这些问题，提高杂交种子质量；

4)全程机械化操作，降低制种成本，母本与父本可参照常规稻种植，实现花粉采集、储存、授粉全程机械化与智能化，节省劳力和成本，避免了制种基地劳力紧缺问题。

5)保护品种知识产权：父本材料集中种植，采用集中采粉和远距离送粉方式进行种子生产，防止种质资源流失。

附图说明

图1是本发明的花粉自动采集装置结构示意图；

图2是本发明的花粉盒示意图；

图3是本发明的花粉自动喷施装置示意图；

图中：1、花粉自动采集装置；11、采集装置箱；12、吸粉器；13、花粉输送管道；14、风箱；141、壳体；142、吸送式风机；143、进风口；144、出风口；15、防护罩；16、移动组件；17、冷却装置；161、悬挂杆；162、双臂液压杆；163、滑轮组件；17、挂扣；2、花粉盒；21、盒体；22、干燥装置；221、网孔管道；23、矩形孔；3、花粉自动喷施装置；31、喷施装置箱；32、第一压送式风机；321、第一进风口；322、第一出风口；33、第二压送式风机；331、第二进风口；332、第二出风口；34、风力管道；341、通孔；35、花粉盒支架；351、开口；36、出粉口；37、连接器。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

如图1至图3所示的一种禾本科作物杂交种规模化生产的方法；包括以下步骤：

步骤s1：父母本种植：将禾本科作物的父本和母本分别集中种植于不同区域或同一的不同田块中；

步骤s2：花粉采集：在父本的扬花期，利用花粉自动采集装置1进行花粉采集，并将采集到的花粉输送到花粉盒2中进行干燥，干燥后的花粉连同花粉盒2一起冷冻储存；

其中，花粉自动采集装置1为一种气力吸送式花粉采集装置，包括采集装置箱11、吸粉器12、花粉输送管道13、设于采集装置箱11内顶部的风箱14；所述风箱14包括壳体141和设于壳体141内的吸送式风机142，并壳体141上还设有进风口143和出风口144，且出风口144下方还连接设有防护罩15；防护罩15，呈喇叭形，且下端罩设在花粉盒2的上端；花粉输送管13，其一端穿过采集装置箱11的侧壁与风箱14的进风口143连接，另一端与吸粉器12可拆卸连接；拆卸式的连接便于与co2或惰性气体存放箱连接并连通，以使所述花粉盒内通有co2或惰性气体，以用于干燥花粉；还包括冷却装置17，冷却装置17设于采集装置箱11的内侧壁上，并与花粉盒2的盒体21连通，用于将花粉温度设置在0℃-4℃范围内；还包括移动组件16；移动组件16包括悬挂杆161、双臂液压杆162和滑轮组件163；双臂液压杆162，一端与悬挂杆161的端部连接，另一端与滑轮组件163连接；另采集装置箱11的顶部上还设有挂扣17，并若干个采集装置箱11并排的扣合于悬挂杆161上所述采集装置箱11连接于移动组件16上；

另外，花粉盒2包括盒体21、设于盒体21内的干燥装置22，且盒体2两侧壁上还设有矩形孔23；干燥装置22设有网孔管道221，网孔管道221内装有硅胶干燥剂，用于将花粉干燥至含水量10％-20％；

步骤s3：复苏：在母本开花期，将冷冻的花粉连同花粉盒2一起置于30-40℃水浴中处理3-5min，使花粉快速复苏；

然后，在花粉喷洒前，在花粉盒2中添加茉莉酸类植物激素(jas)，例如为二氢茉莉酸(dhja)和茉莉酸甲酯(meja)等，与复苏的花粉混合后，一起喷洒到制种田的母本上；

步骤s4：花粉喷洒：将装有复苏花粉的花粉盒2与花粉自动喷施装置3连通，利用花粉自动喷施装置3，将复苏花粉喷洒到制种田的母本上；

其中，花粉自动喷施装置3为一种气力压送式花粉喷施装置，包括喷施装置箱31、设于喷施装置箱31内的第一压送式风机32、第二压送式风机33、风力管道34、花粉盒支架35；喷施装置箱31的顶部还设有连接器37，连接器37安装于多旋翼无人机上；第一压送式风机32上设有第一进风口321、第一出风口322，第二压送式风机33上设有第二进风口331、第二出风口332，并第一、第二出风口322、332设于喷施装置箱31内的两侧；喷施装置箱31整体呈长方体，其底部设有出粉口36；另第一、第二出风口322、332的正下方连接有风力管道34，且与第二出风口332连接的风力管道34的底部和出粉口36连接，风力管道34的内侧壁上还分布着若干个通孔341；此外，花粉盒支架35，嵌于两侧风力管道34的中间，其上设有若干层，每层均嵌设有花粉盒2，且每层花粉盒支架35的左右侧壁上均设有开口351。

实施例一：

本实施例中用到的水稻种子为安徽荃银高科种业股份有限公司水稻品种“徽两优898”的父本yr0822，母本1892s；

一、材料种植

5月于安徽省的合肥试验基地进行父本与母本种植；其中，母本1892s分3个田块(田块a、田块b、田块c规格均一致，面积均为2000平方米)集中种植，使母本1892s始穗花期集中在约8月17日；其中，田块a与田块b为父母本同田种植(父本1行：母本12行)；另田块a为对照田块，按常规杂交制种方法，利用人工赶粉进行制种；田块b在始穗前为与田块a保持不育系同样的生长条件，提前割除父本，采用本发明方法授粉；田块c全田种植母本，采用本发明方法授粉；

另父本yr0822提前于母本1892s二十天集中田块规模种植，30个田块，田块设计为长8米，宽5米。

二、花粉自动采集和保藏

父本盛花期利用气力吸送式花粉采集装置分别于8月3日，8月5日，8月7日，8月9日，8月12日集中采集花粉，并于每天上午9:30，10:00，10:30，11:00，12:00分5次收集花粉；其中，将气力吸送式花粉采集装置安装于移动组件16上，将移动组件16上的悬挂杆161的长度调节至6米，并将双臂液压杆162调节至所需高度；气力吸送式花粉采集装置内带有8个花粉盒，花粉收集通过吸粉器12经过花粉输送管道13将花粉送达花粉盒2，通过采集装置内设置的冷却装置17和干燥装置22将花粉进行冷却和干燥；并冷却装置17将温度设置在0℃-4℃范围内，花粉盒里的网孔管道221中硅胶干燥剂将水稻花粉干燥至含水量10％-20％，将8个花粉盒2收集满后，在每个花粉盒2外附上采集时间，再将其转移至液氮中保存。

三、杂交制种

母本田自8月17日始穗期开始至齐穗期，根据抽穗进度分3次喷施赤霉素解除不育系植株包颈现象，于8月17日，8月18日和8月20日分别喷施赤霉素5g，8g和7g；

1)田块a按常规制种，从8月17日开始赶粉，每天进行人工赶粉至8月28日父本花粉基本结束时停止赶粉；

2)田块b在8月14日提前割除父本后，于母本1892s始穗期开始时，当田块a开始赶粉日起，将父本花粉盒从液氮中取出，在37℃水浴锅中水浴3min，后在其中添加茉莉酸类(jas)植物激素，如为二氢茉莉酸(dhja)和茉莉酸甲酯(meja)，以促进花粉萌发；转移至气力压送式花粉喷施装置的花粉盒存放箱中，并将气力压送式花粉喷施装置安装于无人机上，通过压送式风机将花粉经由花粉输送管道13送达至出粉口36喷洒到母本田；其中无人机飞行距植株顶端距离高度为2.5-3.0米，飞行速度为每秒5米。每日授粉次数与田块a等同，约4-5次；授粉至8月28日结束授粉。

3)田块c授粉方法同田块b；

四、收获测产

对应上述田块水稻成熟期间分别收获杂交种，经过收获、晾晒、测产等，田块b较田块a产量增加13.5％，田块c较田块a产量增加25.4％，田块c较田块b产量增加11.9％。

实施例二：

本实施例中用到的水稻种子为安徽荃银高科种业股份有限公司水稻品种“徽两优898”的父本yr0822，母本1892s；

一、母本种植

5月于湖北省的荆州试验基地进行母本种植。

母本1892s分3个田块(田块a、田块b、田块c规格一致)集中种植，使母本1892s花期集中调节在8月17日始穗。其中，田块a与田块b为父母本同田种植(父本1行：母本12行)，田块a为对照田块，按常规杂交制种方法，利用人工赶粉进行制种；田块b在始穗前提前割除父本，采用本发明方法授粉；田块c全田种植母本，采用本发明方法授粉。

二、杂交制种

母本田自8月17日始穗期开始至齐穗期，根据抽穗进度分3次喷施赤霉素解除不育系植株包颈现象。于8月17日，8月18日和8月20日分别喷施5g，8g和7g。

1)田块a按常规制种，从8月17日开始赶粉，每天进行人工赶粉至8月28日父本花粉基本结束时停止赶粉；

2)田块b在8月14日提前割除父本后，于母本1892s始穗期开始时，当田块a开始赶粉日起，将存有在h基地8月3日-8月12日收集的父本花粉花粉盒的液氮罐送至外省的j试验基地母本田，在37℃水浴锅中水浴3min，后在其中添加茉莉酸类(jas)植物激素，如为二氢茉莉酸(dhja)和茉莉酸甲酯(meja)，以促进花粉萌发，后转移至气力压送式花粉喷施装置的花粉盒存放箱中，并将气力压送式花粉喷施装置安装于无人机上，通过压送式风机将花粉经由花粉输送管道13送达至出粉口36喷洒到母本田；其中无人机飞行距植株顶端距离高度为2.5-3.0米，飞行速度为每秒5米。每日授粉次数与田块a等同，约4-5次。授粉至8月28日结束授粉。

3)田块c授粉方法同田块b；

三、收获测产

对应上述田块水稻成熟期间分别收获杂交种，经过收获、晾晒、测产等，田块b较田块a产量增加9.5％，田块c较田块a产量增加21.3％左右，田块c较田块b产量增加11.8％左右。

以上实施例表明，本发明方法可提高制种产量，实现全程机械化智能化操作，降低制种成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。