粮食安全是国家安全的重要根基，杂交水稻作为大幅提升粮食产量的核心技术，在保障粮食供给中发挥着不可替代的重要作用，制种技术是杂交水稻生产的关键所在，直接决定杂交水稻种子的品质与产量，进而深刻影响整个水稻产业的稳定发展。随着杂交水稻产业化进程的推进，市场对水稻种子的质量和产量也提出了更高的要求。一方面，规模化、集约化制种成为发展主流，传统分散式制种模式已难以适应产业化发展需求，这就要求制种技术向标准化、规范化升级，实现亲本选择、田间管理、授粉收获等全流程的统一标准，降低人为操作误差，提升制种效率和种子质量稳定性；另一方面，需要持续开展亲本改良、制种技术优化等研究，培育更具异交优势、抗病性强、适配机械化制种的亲本品种，研发更高效、便捷、绿色的制种技术，破解制种过程中的花期不遇、异交结实率偏低、病虫害防控难度大等瓶颈问题。在杂交水稻制种过程中，亲本纯度是稳产高产的前提保障，花期与花时相遇是提升制种产量的核心基础，而千粒重、穗粒数、有效穗等产量构成要素，则是实现高产突破的关键所在，在杂交水稻制种各环节进行质量把控，加快先进技术的研发和产业化应用能够有效地保障杂交水稻制种的产量和质量安全。面对当前快速发展的杂交水稻制种产业，只有牢牢把握亲本纯度、花期花时调控及产量要素优化等关键环节，才能稳步实现杂交水稻制种的高产高效与可持续发展，进而为优良品种的规模化推广提供坚实支撑。
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杂交水稻高产制种相关分子研究进展
随着科学技术的发展，杂交水稻领域的基础研究更加聚焦于解决生产实际问题。近年来，籼粳交品种选育取得突破性进展，而花时不遇问题已成为制约籼粳交杂交稻制种生产的关键瓶颈，与之相关的基础研究也随之实现了重大突破。马作斌等利用籼稻品种七山占和粳稻品种秋光的重组自交系群体分子连锁图谱进行QTL分析，共检测到6个与水稻花时性状相关的QTL，包括1个始花时QTL、3个盛花时QTL和2个终花时QTL，分别位于第1、2、7、8、10和12号染色体；Thanh等利用日本晴与W630构建的回交群体，定位了2个与花时有关的QTL，分别在4号和5号染色体上；张城等利用早花时粳稻保持系粳65B（J65B）和晚花时粳稻保持系粳139B（J139B）构建的重组自交系群体，采用遗传图谱和BSA-seq两种方法进行花时QTL定位分析，共检测到30个花时性状QTL，分布于2~12号染色体上，其中定位到4个稳定表达主效花时QTL qFT5.3、qFT5.5、qFT6.2 和qFT10.2。随着研究的不断深入，越来越多控制花时的关键基因被发掘并应用于育种实践，未来生产中籼粳交杂交稻制种面临的花时不遇难题必将得到有效解决。
目前随着测序技术的发展以及基因发掘研究的推进，关于水稻开花和柱头外露的相关基因也得到了发掘和利用，将为未来杂交水稻制种产量突破提供新的思路。截至目前，通过回交自交系、单片段代换系、近等基因系等群体对柱头外露性状进行定位研究，已经鉴定出上百个与柱头外露率相关的数量性状位点（QTL），这些QTL分布在12条染色体上，部分基因已经被克隆。研究发现大多粒型相关基因也对柱头外露率具有调控作用，比如粒型主效基因GS3、GW5 和GW2 等。除去粒型相关基因外，qSYL3-k、qSE4 和HER1 等基因对柱头发育和柱头外露率也有显著影响。Guo等利用EMS诱变II-32B获得her1 突变体，利用MutMap技术定位到候选基因HER1，基因功能研究发现其编码一个SET结构域蛋白，特异性结合组蛋白H3K9me，调控H3K9me2水平，在her1 突变体中H3K9me2水平下降，导致下游基因DS2 表达上调，进而促进柱头细胞的增殖和伸长，使柱头外露率从36.32%提升至70.63%，将her1 突变体导入不育系II-32A中制种产量增幅达22.37%。相信随着水稻柱头外露相关基础研究的不断深入，更多控制柱头外露性状的QTL（数量性状位点）及功能基因将被系统发掘与解析，将这些突破性研究成果精准应用于杂交水稻育种实践中，必将有效提高母本柱头外露率，优化异交授粉条件，进而推动杂交水稻制种产量实现大幅度、跨越式提升，为制种产业化高质量发展注入新的核心动力。
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亲本的提纯复壮
杂交水稻提纯复壮的核心目的在于提升不育系、保持系和恢复系的纯度，恢复并保持其优良种性。根据现行国家标准要求（GB 4404.1—2024《粮食作物种子第1部分：禾谷类》），杂交水稻大田用种（商品种子）纯度≥97%，亲本原种纯度≥99.9%，亲本大田用种（良种）≥99.5%。这一严格的纯度分级标准，既是保障杂交水稻杂种优势稳定表达、田间长势整齐一致的基础，也是防范机械混杂与生物学混杂、降低杂株率与自交苗率的关键门槛。目前生产上普遍认为造成亲本及所配杂交种出现混杂退化，根本原因是机械混杂与生物学混杂。基于这一理论认识与生产实践，亲本提纯复壮主要通过单株选择、株行（株系）比较鉴定，来维持亲本典型性状及群体整齐度。生产上应用的提纯复壮方法主要集中于配套法和改良混合选择法，配套法生产成本高、投入大，且原种繁殖数量有限，难以满足大面积生产需求，若通过多次连续加代扩大繁殖，又会增加机械混杂与生物学混杂的风险，易导致亲本种性退化；改良混合选择法虽生产成本较低、原种繁育基数较大，但长期应用时，若选择出现偏差，同样可能引发亲本性状分离与种性退化，存在一定生产风险，所以两者相结合的方法是目前应用最广泛的提纯复壮的方法（具体流程见图1）。随着基因测序技术的不断成熟和完善，该技术已被广泛应用于杂交水稻亲本的提纯复壮工作中，相较于传统提纯复壮方法，测序技术能够快速精准筛选出符合要求的亲本单株，大幅缩短了提纯复壮的筛选周期，节约了大量时间成本，同时有效提升了亲本提纯复壮的稳定性和准确性，为杂交水稻制种提供了纯度更高、性状更稳定的优良亲本。SSR标记技术在水稻亲本纯度检测中广泛应用，但随着种业规模化、精准化发展，其检测通量、分辨率与稳定性已难以满足当前高效纯度鉴定的需求。在此背景下，SNP芯片结合荧光PCR技术凭借更高的多态性、稳定性与检测效率，逐步成为当前水稻亲本纯度检测的主流技术体系。多年的实践经验表明，只有从源头严格把控亲本纯度，才能支撑杂交水稻规模化制种，这也是提升杂交种纯度、保障种子质量安全的关键措施。
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花期花时调控
杂交水稻花时和花期相遇是保证制种产量的关键，花期相遇主要依靠制种者对父母本生长环境的了解，计算好生育期，合理安排播期，适时适当地进行田间管理；花时相遇则需要在安排好播期的同时，根据父母本的开花习性而决定。换句话说，花期可以通过人为干预进行适当调节，花时则主要依靠父母本开花特性决定，人工干预的手段较少。在生产上，父母本花期不遇常见的调节手段是偏施尿素和“九二〇”，研究表明偏施尿素可延迟材料始穗时间2~5d，偏施“九二〇”能够适当提早始穗时间。随着农业方面生产技术的发展，在制种生产上也出现了许多的植物生长调节剂，如花喜乐、花信灵、喜丰收等，在父母本幼穗分化时期使用，也能够适当调节花期。相较于这些通过化学方法调节花期的做法，在生产上遇到花期差异比较大的情况时，通常采用植伤法，即通过割叶、裁根和割穗的方式抑制早亲的生长，从而达到调节花期的效果。
与花期调节相比，花时的调节机制更为复杂。随着籼粳交杂交稻在产量、品质等方面取得突破，其推广过程中发现，花时已成为限制其制种产量的重要因素。因此，水稻制种中的花时相遇问题也成为了当前亟待解决的技术难题。水稻开花是一个极为复杂的生理过程，依次涉及浆片膨大、外稃张开、花丝伸长、花药开裂、授粉受精及颖花闭合等一系列过程。通常情况下，水稻抽穗后1~2d即开始开花，全穗花期持续5~7d，以第3天前后开花最为集中。从大田群体颖花始花算起，一般30~120min进入盛花阶段，75~165min即可完成当日开花过程。花时是水稻重要的农艺性状，其内涵主要包含两个层面：一是单朵颖花从开颖至闭颖所持续的时长；二是田间群体颖花在单日之内的开花时段与持续时长，具体可细分为始花时（首朵颖花开放时间）、盛花时（当日开花数达50%的时段）及终花时（当日开花结束时间），生产与研究中通常以开花高峰或盛花时段作为主要参考指标。当前研究解决花时相遇问题主要集中在两个方面，一方面是通过研究化学制剂、激素等方式提前或延缓单一亲本的开花时间，达到调节花时的作用，另一方面则是选育花时较早的不育系，通过品种改良来解决花时不遇的问题。相关研究试验表明，赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯、乙烯利、油菜素内酯等植物生长调节物质，均能不同程度影响并调控杂交水稻亲本的花时，其核心作用原理是通过药剂作用于水稻颖花，提前刺激颖花张开，精准调节水稻开花及闭颖的时间，该技术主要应用于花时偏迟的雄性不育系（母本），通过促使其提前开花，有效实现不育系与恢复系（父本）的花时精准相遇，为异交授粉、提高制种结实率提供技术支撑，其中以茉莉酸甲酯为主要成分的开花促进剂已经在水稻商业化制种中进行了应用，并取得了不错的应用成效。早花时粳型不育系的选育也随着籼粳杂交稻的推广应用成为当前育种领域的一个重要课题，常熟市农业科学院选育的常12-101A粳型不育系，花时集中在当日11：30之前，并且异交习性好，配合力也较好；辽宁省水稻研究所选育的滇型粳稻不育系粳216A，开花时间与父本相近，柱头外露率高，配合力好，配组组合产量优势明显。随着基础研究的深入，更多的先进技术逐步得到应用，配套新品种持续选育创制，花时不遇这一核心技术难题必将被成功攻克、迎刃而解，为籼粳杂交稻制种的高产高效发展扫清关键障碍。
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栽培管理技术
4.1 杂交水稻机械化制种
我国早在20世纪80年代便已开展杂交水稻商业化制种，当时主要依赖于全程的人工操作，随着时间推移，我国人口老龄化问题日益突出，相关劳动力持续减少，机械化已经成为当前水稻制种产业发展的必然选择。伴随着科技进步，杂交水稻制种正逐步实现机械化，并向全程机械化方向持续推进。当前，杂交水稻全程机械化制种主要形成两条技术路径。一是混植机械化制种。通过培育粒型、粒色差异显著的不育系与恢复系，实现父母本混播混栽，成熟期联合收获后，借助分选机、色选机等设备，基于颜色和粒型差异将父本籽粒与杂交种子精准分离；也可选育对特定除草剂敏感的恢复系，在授粉完成后喷施药剂杀灭父本；还可将雌性不育特性的水稻材料转至杂交水稻父本中，筛选出雄配子发育完全正常而雌配子发育障碍的材料，使其无法获得正常的父本种子，实现父母本混植机械化制种，从而实现轻简高效、适于机械作业的制种模式。二是分植机械化制种。依托农用无人机、插秧机、谷物干燥机等装备，实现父母本分厢种植、分开收获的全程机械化作业。当前形成的杂交水稻全程机械化制种关键技术体系，主要涵盖精量播种育秧、机械插秧、无人机喷施“九二〇”、无人机辅助授粉及种子机械化干燥等核心技术，全面实现了制种关键环节的机械化作业。除上述两种技术路径外，杂交水稻机械采粉、贮粉与授粉制种技术，也是当前推进杂交水稻制种全程机械化的重要研究方向。该技术通过专用设备高效收集父本花粉并进行保鲜贮藏，实现花粉实时就地精准授粉；在母本扬花授粉关键期，以气流或喷雾方式将花粉形成均匀云雾，高效完成母本授粉，大幅提升制种效率与结实稳定性。
4.2 栽培管理要点
杂交水稻制种田的管理是制种高产的重要保障条件，相较于大田水稻种植技术，有以下几个关键点需要注意。（1）科学选择制种生态条件，基地应选择水源充足、土壤肥沃、阳光充足、病虫害少的地块，确保父母本生长所需的水、肥、光条件。隔离是保证种子纯度的关键，需采用两种隔离方式：空间隔离要求制种田与其他水稻品种田块距离不低于100m，山区洞田可适当缩短至50m；花期隔离要求制种田与周边其他水稻抽穗扬花期错开15d以上，避免外来花粉污染。基地应交通便利，便于种子收割、晾晒和运输，同时具备稳定的气象条件，避免极端高温、低温或连续阴雨影响花期和授粉。（2）合理安排制种季节和父母本播差期，制种季节应选择抽穗扬花期气候适宜的时段，籼型杂交水稻理想条件为日平均气温24~30℃，粳型杂交水稻适宜日平均气温23~30℃，两系杂交制种日平均气温需参考不育系的起点温度，在此条件下可显著提高不育系异交结实率。（3）播种时需严格区分父母本，分开播种、分开育秧，避免混杂。育秧采用稀播壮秧模式，控制播种量，培育分蘖壮秧，为高产奠定群体基础。移栽时需遵循“父本稀植、母本密植”的原则，合理确定行比和移栽规格。（4）肥水管理的核心是“促母本、稳父本”，通过科学施肥和水分调控，促进父母本稳健生长，确保花期同步，同时培育健壮群体，提高异交结实率。（5）花期相遇是杂交水稻制种高产的关键，需在父母本生长过程中定期监测，及时预测和调控，避免出现花期不遇或相遇不佳的情况。（6）管理全程注重病虫害防治，从苗期开始到收获全程去杂，及时收获，保证种子的质量和产量。
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展望
杂交水稻种子被誉为水稻生产的“芯片”，直接决定水稻的产量、抗性、品质与适应性，更是保障国家粮食安全的核心载体。制种作为杂交水稻品种推广的关键环节，在整个水稻产业体系中占据举足轻重的地位，其技术水平与规范程度直接关系到杂交水稻品种优势能否得到充分发挥。历经数十年的迭代发展，杂交水稻制种在技术创新与流程规范上实现了质的飞跃。首先，在品种选育阶段，“好制种”已成为核心选育目标之一，无论是早花时性状改良，还是高柱头外露率相关研究，核心目的都是为了提升制种产量、降低制种难度，让优良品种更易实现规模化制种推广。其次，植物药剂研发更加聚焦制种实际需求，以茉莉酸甲酯为主要成分的开颖剂等专用药剂，精准破解了制种过程中花时不遇、颖花开放不畅等痛点，切实解决了生产中的诸多实际难题，为异交授粉效率提升提供了有力支撑。同时，依托多年制种实践积累，提纯复壮技术与纯度鉴定技术不断更新完善，形成了一套科学成熟的操作规范，为后续制种产业化升级筑牢了基础、提供了可靠依据。最后，科技的飞速发展为杂交水稻制种注入了强劲动力，各类科技产品广泛应用于制种生产全流程。在田间管理环节，整地机、育秧机、插秧机、收割机等全程机械化设备不断升级，结合各色植保无人机、节水灌溉机械的普及应用，大幅减少了人工投入，有效降低了田间管理成本，提升了制种效率与标准化水平；全程机械化随着科技的发展和相关研究的深入也取得了较大的进展，在商业化制种中逐步进行了探索和应用，混播制种和分植机械化制种都在实践应用中取得了不错的效果。与此同时，水稻“一系法”（无融合生殖）杂交稻的培育取得突破性进展，打破了传统制种模式的局限，为杂交水稻育种与制种技术的革新开辟了新路径、提供了新思路，有望进一步推动制种产业向更高效、更便捷、更经济的方向发展。相信在未来，随着人工智能（AI）与机器人技术的持续迭代升级，其在杂交水稻制种场景中的应用范围将不断拓展，尤其会在水稻赶粉、田间除杂等当前高度依赖人工、劳动强度大、作业效率有限的关键领域，发挥更重要的作用、承担更核心的角色，逐步替代传统人工操作，推动制种过程向自动化、精准化、高效化转型，进一步降低人工成本、提升制种质量与效率，为杂交水稻制种产业化高质量发展注入新动能。（参考文献略）
☞本文来自《杂交水稻高产制种技术研究进展》
☞作者：蒋成国,康云海,姚春军,金立夫,王咏祁,方玉
☞单位：上海市金山区农业技术推广中心；上海中科荃银分子育种技术有限公司
☞刊于《中国种业》2026年第8期141-145页 转载请注明
