水稻去雄设备及其吸头和方法与流程

本公开涉及水稻杂交技术领域，具体地，本公开涉及用于进行水稻去雄的设备、该设备所包含的吸头以及水稻去雄方法。

背景技术：

水稻杂交技术是水稻遗传改良、育种和分子生物学研究的必备技能。水稻杂交技术通常包括选穗、去雄和控制授粉等主要步骤，其中最为关键的一个环节是去雄。去雄彻底、操作简易、高效和不伤及雌蕊是衡量去雄技术的标准，也是确保杂交成功的基础。

水稻的稻穗上通常具有若干小穗，每个小穗包括颖壳、花药和雌蕊。当小穗未开花时，颖壳闭合，以将花药和雌蕊封闭在颖壳中。当小穗开花时，颖壳张开，以露出花药和/或雌蕊。

水稻去雄是指将稻穗上的小穗中的花药去除同时保留雌蕊的过程，在该过程中，需要尽可能地去除花药，同时不伤及雌蕊，而且还需要尽可能地确保花药和雌蕊不进行自交结实。在去雄过程中，自交污染率是表示去雄方法和去雄设备的去雄程度和效果的指标，是指稻穗经去雄处理后，仍然能够自交结实的小穗占总处理小穗的比率。

通常采用的水稻去雄设备包括抽吸装置和吸头，其中抽吸装置用于产生抽吸力，经由吸头抽吸花药而将花药从小穗上去除。

在本领域的常规认知中，如果吸头的尺寸(即吸头的抽吸孔的孔径大小)过大，则在抽吸过程中可能同时抽吸到花药和雌蕊，这可能导致花药和雌蕊的自交，增大了自交污染率。因此，在现有技术中，为了降低自交污染率，通常采用孔径较小的吸头，例如孔径小于2mm，这样，在去雄过程中，吸头能够对准单个花药进行抽吸，而尽量避免同时抽吸到花药和雌蕊，以此来降低自交污染率。

技术实现要素：

本公开的一个目的是提供能够克服现有技术中的障碍的水稻去雄设备及其吸头。

本公开的另一个目的是提供能够快速且高效地对水稻进行去雄操作的去雄设备和方法。

根据本公开的一个方面，提供一种用于水稻去雄设备的吸头，所述水稻去雄设备用于抽吸并去除稻穗上的小穗中的花药，当所述水稻去雄设备操作时，所述吸头靠近小穗中的花药并经由所述水稻去雄设备产生的抽吸力抽吸该花药，其中所述吸头具有抽吸孔，所述抽吸孔的孔径在3mm至8mm的范围内。

在吸头的一个实施例中，所述抽吸孔的孔径在4mm至6mm的范围内。

在吸头的一个实施例中，所述抽吸孔的孔径为5mm。

根据本公开的另一个方面，提供一种水稻去雄设备，其用于抽吸并去除稻穗上的小穗中的花药，所述水稻去雄设备包括：

抽吸装置，所述抽吸装置用于产生抽吸力；和

吸头，所述吸头能够联接到所述抽吸装置并与所述抽吸装置连通，使得所述抽吸装置产生的抽吸力能够传递到所述吸头，

其中所述吸头具有抽吸孔，所述抽吸孔的孔径在3mm至8mm的范围内。

在水稻去雄设备的一个实施例中，所述抽吸孔的孔径在4mm至6mm的范围内。

在水稻去雄设备的一个实施例中，所述抽吸孔的孔径为5mm。

在水稻去雄设备的一个实施例中，所述吸头经由连接构件联接到所述抽吸装置。

在水稻去雄设备的一个实施例中，所述抽吸装置为家用吸尘器，所述吸头联接到所述家用吸尘器的吸管。

在水稻去雄设备的一个实施例中，所述连接构件设置有调节部，所述调节部用于调节从所述抽吸装置传递到所述吸头的抽吸力。

根据本公开的又一个方面，提供一种水稻去雄方法，其包括以下步骤：

选择步骤，选择将有小穗开花的稻穗；

加湿步骤，将选择的稻穗浸入水中一段时间进行加湿，以促进稻穗开花；

去雄步骤，启动如上所述的水稻去雄设备，将所述水稻去雄设备的吸头的抽吸孔对准稻穗上的小穗的花药进行抽吸。

在水稻去雄方法的一个实施例中，所述水稻去雄方法还包括去除步骤：在选择将有小穗开花的稻穗之后，从稻穗上去除已经开花的小穗。

在水稻去雄方法的一个实施例中，所述水稻去雄方法还包括促开花步骤：在所述加湿步骤之后，将稻穗从水中取出，然后将稻穗静置或抖动稻穗，以帮助小穗开花，使得小穗的颖壳张开并且花药从颖壳伸出。

在水稻去雄方法的一个实施例中，所述水稻去雄方法还包括整理步骤：在所述去雄步骤之后，从稻穗上去除未开花的小穗，并且将去雄后的稻穗套袋或者隔离放置。

在水稻去雄方法的一个实施例中，在所述加湿步骤中，将选择的稻穗浸入水中5至10分钟。

在水稻去雄方法的一个实施例中，在所述加湿步骤中，所用的水的温度不大于45℃。

在水稻去雄方法的一个实施例中，在所述去雄步骤中，使所述吸头在距离小穗1mm至6mm的范围内抽吸小穗的花药。

在水稻去雄方法的一个实施例中，在所述去雄步骤中，将所述吸头从稻穗的底部开始平扫至顶部，以抽吸全部已经伸出的和正在伸出的花药。

在水稻去雄方法的一个实施例中，所述去雄步骤能够重复地执行。

本公开所提出的方法主要有以下几个方面优点：

1、无需严格控制水温，没有温汤高温烫伤雌蕊的风险。现有技术的方法在超过45℃高温时导致结实率为零，如果降低其处理所用的水温又不能达到杀雄的目的；

2、不需要剪颖壳，不伤害柱头。颖壳做为小花的重要结构具有减少水分散失、降低病虫害侵害风险、保护谷粒和保证种子发芽力等多方面的作用，现有技术方法所需的剪颖步骤会对结实率及种子活力有明显的副作用；

3、快速、高效。相较于现有技术方法所需的精确水温控制和维持、准确的剪颖部位进行操作，费时费力且容易误伤雌蕊等不足之处，本公开所用的方法简单直接，容易操作，去雄速度快，为后续授粉工作节约出时间，从而保证雌蕊活力、提高杂交结实率。

附图说明

在结合附图阅读下文的具体实施方式后，将更好地理解本公开的多个方面，在附图中：

图1是根据本公开的水稻去雄设备的示意图；

图2是根据本公开的水稻去雄设备中的吸头的透视图；和

图3是根据本公开的水稻去雄设备中的吸头的另一个透视图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。

应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行变形。

应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。

说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。说明书使用的用辞“在x和y之间”和“在大约x和y之间”应当解释为包括x和y。本说明书使用的用辞“在大约x和y之间”的意思是“在大约x和大约y之间”，并且本说明书使用的用辞“从大约x至y”的意思是“从大约x至大约y”。

在说明书中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“耦合”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接耦合”至另一元件、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在说明书中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。

在说明书中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。

以下将参考附图描述根据本公开的水稻去雄设备及其吸头和水稻去雄方法。

如图1所示，示出了根据本公开的水稻去雄设备1的示意图。根据本公开的水稻去雄设备1包括抽吸装置10和吸头20，该水稻去雄设备用于抽吸并去除稻穗上的小穗中的花药。

抽吸装置10用于产生抽吸并去除稻穗上的小穗中的花药所需的抽吸力。抽吸装置10可以采用诸如真空泵的专业抽吸装置，也可以采用诸如家用吸尘器的常规抽吸装置。例如，在本公开的实施例中，可以选用额定功率为1000w至2000w的家用吸尘器。当然，本领域技术人员可以理解，也可以选用功率更大或更小的吸尘器，抽吸装置10所需的功率可以根据实际要求进行选择。

抽吸装置10具有输出部分101，抽吸装置10产生的抽吸力经由该输出部分101输出。以家用吸尘器为例，输出部分101可以是吸尘器的吸管。

吸头20是用来靠近稻穗上的开花的小穗以抽吸该小穗的花药的部件。在水稻去雄设备1操作时，吸头20可以联接到抽吸装置10并与抽吸装置10连通，使得抽吸装置10产生的抽吸力能够传递到吸头20。

如图2和图3所示，吸头20具有吸头本体201，吸头本体201通常为中空的形式。在吸头本体201的一端设置有吸头连接部分202，吸头20可以通过该吸头连接部分202联接到抽吸装置10。在吸头本体201的另一端设置有抽吸孔203，在水稻去雄设备1操作时，该抽吸孔203靠近稻穗上的开花的小穗以抽吸该小穗的花药。

在根据本公开的附图未示出的实施例中，吸头20可以直接地联接到抽吸装置10，例如，吸头20的吸头连接部分202可以直接联接到抽吸装置10的输出部分101，这样，抽吸装置10产生的抽吸力经由输出部分101到达吸头20的吸头连接部分202，并且穿过中空的吸头本体201而传递到抽吸孔203。以家用吸尘器为例，吸头20的吸头连接部分202可以直接联接到吸尘器的吸管，例如吸管可以密封地套在吸头连接部分202上。

吸头20可以间接地联接到抽吸装置10。例如，在图示实施例中，吸头20经由连接构件30联接到抽吸装置10。这样做的好处在于能够更方便地使吸头20适应于不同的抽吸装置，同时使得吸头20与抽吸装置10之间存在尺寸和/形状上的过渡。抽吸装置10的输出部分101的尺寸通常较大，而吸头20的吸头连接部分202的尺寸通常较小，并且输出部分101和吸头连接部分202在形状上也有可能不一致，因此设置连接构件30可以便于吸头20与抽吸装置10的联接。

如图2和图3所示，连接构件30具有连接构件本体301，连接构件本体301通常也为中空的形式。在连接构件本体301的一端设置有第一连接部分302，另一端设置有第二连接部分303。

第一连接部分302可以联接到抽吸装置10的输出部分101。以家用吸尘器为例，第一连接部分302可以联接到吸尘器的吸管，例如吸管可以密封地套在第一连接部分302上。

第二连接部分303可以联接到吸头20的吸头连接部分202，例如，第二连接部分303可以固定到吸头连接部分202。本领域技术人员可以理解，可以采用任何合适的联接方式将第二连接部分303联接到吸头连接部分202，例如螺栓连接、焊接、过盈配合、卡扣配合或类似方式。

这样，在设置有连接构件30的情况下，抽吸装置10产生的抽吸力经由输出部分101到达连接构件30的第一连接部分302，穿过中空的连接构件本体301，经由第二连接部分303而到达吸头20的吸头连接部分202，并且穿过中空的吸头本体201而传递到抽吸孔203。

连接构件30还可以设置有调节部304，该调节部304可以设置在连接构件本体301上，用于调节从抽吸装置10传递到吸头20的抽吸力。调节部304可以采用任何合适的形式，例如风量调节旋钮、节流阀或类似调节机构。

吸头20的抽吸孔203可以具有任何合适的形状，例如圆形、正方形、矩形、椭圆形、多边形等。与现有技术中通常认为抽吸孔的孔径应小于2mm不同，在本公开的实施例中，抽吸孔203的孔径d在3mm至8mm的范围内，优选地，孔径d在4mm至6mm的范围内，更优选地，该孔径d为5mm。

抽吸孔203的孔径指的是抽吸孔203的横截面中的最大尺寸，例如，对于圆形的抽吸孔而言，其孔径指的是抽吸孔的直径，对于正方形或矩形的抽吸孔而言，其孔径指的是抽吸孔的对角线的长度，等等。在具体实践中，抽吸孔203通常采用圆形的形状，以有利于对花药的抽吸作用。

以下详细描述根据本公开的水稻去雄方法。

根据本公开的水稻去雄方法主要包括选择步骤、加湿步骤和去雄步骤。

在选择步骤中，选择将有小穗开花的稻穗。一般而言，在去雄前一天下午或当天上午，选择预期会有大量小穗开花的稻穗。另外，根据本公开的水稻去雄方法还可以包括去除步骤：可以在选择将有小穗开花的稻穗之后，从稻穗上去除已经开花的小穗(因为其已经完成自交授粉)，并整理植株。

在加湿步骤中，将在选择步骤中选择的稻穗浸入水中一段时间进行加湿，以促进稻穗开花。开花前，将整理好的稻穗浸入水中5分钟至10分钟进行加湿，加湿的具体时间可以视具体情况而定，目的在于使稻穗获得期望的湿度。加湿所用的水可以选择常温水，水温通常不大于45℃，以免影响雌蕊的活性。在具体实践中，可以选择温度为室温的水，例如水温为25℃左右。在加湿步骤中，小穗在浸入水中的过程期间可能部分地开花。

在加湿步骤中，如果小穗没有全部或大部分开花，则根据本公开的水稻去雄方法还可以包括促开花步骤：在加湿步骤之后，将稻穗从水中取出，然后将稻穗静置或抖动稻穗，以帮助小穗开花，使得小穗的颖壳张开并且花药从颖壳伸出。开花的表型是小穗内雄蕊的花丝伸长，颖壳张开，随后花药伸出颖壳。

在去雄步骤中，启动如上所述的水稻去雄设备1，将水稻去雄设备1的吸头20的抽吸孔203对准稻穗上的小穗的花药进行抽吸。

具体地，打开水稻去雄设备1的抽吸装置10，根据应用需要致动连接构件30上的调节部304以调节从抽吸装置10传递到吸头20的抽吸孔203的抽吸力，或者在抽吸装置10自身带有抽吸力调节功能(例如家用吸尘器通常能够调节输出功率，从而调节输出的抽吸力的大小)的情况下，可以通过抽吸装置10来调节传递到吸头20的抽吸孔203的抽吸力。在实际操作中，尽量用大吸力，上限是不使稻穗因吸力过大而贴附在吸头处，影响操作顺畅或伤及雌蕊柱头。

将吸头20的抽吸孔203对准稻穗上的小穗，吸头20与小穗的距离可以在1mm至6mm的范围内，以抽吸小穗中的花药。

在稻穗上存在多个小穗的情况下，可以将吸头20从稻穗的底部开始平扫至顶部，以抽吸全部已经伸出的和正在伸出的花药。例如，可以从稻穗的底部到顶部，使吸头20顺序地扫过所有的小穗，在途经每个小穗上方时抽吸该小穗中的花药。

去雄步骤可以重复地执行，以便确保对所有的小穗进行抽吸。例如，去雄步骤可以执行两次，或者可以在执行一次去雄步骤之后，对没有被抽吸的小穗单独地进行抽吸。例如，对某些开颖角度较小的水稻品种，可以在对整穗处理后对开花的小穗逐一处理以确保去雄完全。

根据本公开的水稻去雄方法还可以包括整理步骤：在所述去雄步骤之后，从稻穗上去除未开花的小穗，并且将去雄后的稻穗套袋或者隔离放置。在这的整理步骤完成之后，可以尽快完成下一步的控制授粉(例如在30分钟内完成)。

在现有技术的去雄方法中，为了避免自交污染，通常采用较小孔径的吸头，孔径通常小于2mm。在去雄操作过程中，将吸头的抽吸孔对准小穗中的单个花药，一次抽吸一个花药，以避免花药和雌蕊的自交。

然而，由于一次抽吸一个花药，因此，在抽吸过程中可能会影响到旁边的雄蕊和雌蕊，也存在导致花药和雌蕊自交的可能。为了进一步降低自交污染率，在现有技术的去雄方法中，通常还在去雄操作之前，将稻穗置于例如45℃的环境中，以杀死雄蕊但不伤及雌蕊，例如可以将稻穗进行45℃温汤处理，但此处的温汤处理是为了杀死雄蕊，而不是如本公开中所述的为了对稻穗进行加湿。

另外，在现有技术的去雄方法中，通常还包括剪颖步骤，即在去雄之前先剪去小穗的颖壳，以便于暴露小穗中的花药。

可以看到，在现有技术的去雄方法中，每次抽吸一个花药，去雄效率非常低下。为了降低自交污染率，在去雄之前还要进行45℃杀死雄蕊处理和剪颖处理，整个过程复杂且进一步降低了去雄效率。

根据本公开，吸头20的抽吸孔203的孔径d设定为在3mm至8mm的范围内，优选地，孔径d在4mm至6mm的范围内，更优选地，该孔径d为5mm。可以看到，这样的孔径显著大于现有技术中采用的吸头的孔径。这是因为，发明人发现，在去雄之前对稻穗进行加湿处理的情况下，加湿后的稻穗即便是在用大孔径的吸头一次抽吸整个小穗的情况下也不会增大自交污染率(具体数据可以参考下文中的表格)。

在此基础上，本公开的实施例采用上述尺寸的大孔径吸头，这样，可以在去雄操作过程中，一次抽吸小穗中的所有花药，从而大大提高去雄效率。此外，在实际操作过程中，本公开的水稻去雄设备由于是对整个小穗进行抽吸，使得对雌蕊也有一定吸力，可以促使柱头被吸力牵引至颖壳外，提高其在授粉过程中接受花粉的机率。

另外，由于是一次抽吸小穗中的所有花药，而非一次抽吸一个花药，因此，根据本公开的去雄方法不需要对稻穗进行45℃杀死雄蕊处理。也就是，在对稻穗进行加湿处理时，没有必要控制水温为45℃，而采用常温的水即可。

另一方面，由于在加湿处理过程中，已经促使小穗开花，因此还可以省略现有技术中的剪颖步骤。

以下表1和表2示出了本公开的去雄方法与现有技术的去雄方法相比，在自交污染率和杂交结实率方面的对比数据。

表1，与现有技术的去雄方法做自交污染率的比较

自交污染率是指稻穗经去雄处理后，仍然能够自交结实的小穗占总处理小穗的比率，是表示去雄方法和所用设备的去雄程度和效果的指标。对于其中的三个水稻品种(ir58025b、nipponbare、16s950005)，两种去雄方法并没有明显的差异；而对于品种16s950004可见对照方法(污染率为1％)明显小于本公开所用之方法，究其原因是该品种雌蕊不能耐受45℃的温水，导致其不能正常受精结实(参考下文的描述)，因此该品种的处理数据不能说明本公开所用的方法有增加自交污染率的风险。自交污染率还受到处理前是否将已开花的小穗去除完全以及处理后是否将未开花的小穗去除完全等实际操作因素的影响，会有一定的误差。

表2，与现有技术的去雄方法做杂交结实率的比较

杂交结实率的是指稻穗经人工去雄处理后，通过杂交授粉的方式产生杂交籽粒数占总处理小穗的比率。在授粉环境和方法同样的前提下杂交结实率用以做为评定水稻去雄处理对结实率的影响的指标。由表2可见，本公开所用的方法明显优于现有技术的方法。

本公开所提出的方法主要有以下几个方面优点：

1、无需严格控制水温，没有温汤高温烫伤雌蕊的风险。现有技术的方法处理品种16s950004的雌蕊正是由于其不能耐受45℃高温而导致结实率为零，如果降低其处理所用的水温又不能达到杀雄的目的；

2、不需要剪颖壳，不伤害柱头。颖壳做为小花的重要结构具有减少水分散失、降低病虫害侵害风险、保护谷粒和保证种子发芽力等多方面的作用，现有技术方法所需的剪颖步骤会对结实率及种子活力有明显的副作用；

3、快速、高效。相较于现有技术方法所需的精确水温控制和维持、准确的剪颖部位进行操作，费时费力且容易误伤雌蕊等不足之处，本公开所用的方法简单直接，容易操作，去雄速度快，为后续授粉工作节约出时间，从而保证雌蕊活力、提高杂交结实率。

另外，与现有技术的真空泵去雄法比较，本公开的效率也明显提高。真空泵去雄法首先也需要剪颖，且所用设备的吸头狭小，每次只能去掉一个花药。2017年经申请人验证，真空泵去雄法平均每人每小时仅能处理8个稻穗，而根据本公开的方法平均每人每小时可以去雄处理110穗，效率提高10倍以上。

虽然已经描述了本公开的示范实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在本质上不脱离本公开的精神和范围的情况下能够对本公开的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由附加的权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。