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我国水稻育种的现状与展望

2007年第1期专题论述
中国种业
水稻是我国最主要的粮食作物之一,我国有60%以上人口以稻米为主食,是世界上最大的稻米生产国和消费国。

水稻年播种面积3000万hm2,占世界的20%;产量1.85亿t,占世界的近1/3;单位面积产量6.35t/hm2,比全球平均产量3.85t/hm2高65%[1]。

水稻在我国谷物产量中始终保持在总量的40%左右,占据了近半壁江山。

我国的水稻育种在20世纪经历了矮化育种和杂交水稻三系配套两次革命后,继续保持其优势地位。

因此,研究选育水稻优质和超高产品种,对保证我国粮食安全和人民生活水平的提高,都具有重要意义。

1我国水稻育种的回顾
新中国成立以后,我国政府十分重视育种对发展水稻粮食生产的作用,使水稻育种取得了举世瞩目的成就。

1.1地方品种的搜集和应用解放初至20世纪50年代中后期,在全国范围内搜集3.4万余份地方品种资源,经整理、鉴定、筛选出160余个优良品种推广应用,如早籼的南特号、早籼503、陆财号和广场13等;中籼的万利籼、胜利籼和中农4号等;晚籼的塘埔矮和浙场3号等。

中、晚粳的桂花球和黄壳早甘日等;晚粳的10509和老来青等的推广应用,改变了生产上品种多、杂、乱的现象。

其中广西的矮仔占成为以后我国水稻矮化育种中的重要资源。

1.2矮化育种1956年矮脚南特、1957年台中在来1号和1959年广场矮的相继育成,标志着我国进入矮化育种阶段,这是我国水稻育种的第一次重大变革。

20世纪60年代中期和70年代初期,南方各省区先后基本实现品种矮秆化,当时著名的推广良种有早籼矮脚南特、矮南早1号、广解9号、6044、二九青、广场矮4号、先锋1号等。

迟熟早籼或中籼有广场矮、珍株矮、广选8号、窄叶青、成都矮8号、泸成17和泸双1011等。

与此同时,北方稻区则利用日本粳稻品种农垦58等育成了一批中矮秆品种,如松辽2号、辽丰5号、京育1号等。

矮秆化品种的成功育成,不仅比原高秆易倒伏的品种增产30%~50%,甚至出现了大面积平均单产达
500kg的高产典型,导致了亚洲国家的水稻绿色革命。

1.3杂种优势利用和常规稻更新1964年袁隆平最先开展水稻杂种优势利用研究工作,1973年我国实现籼型三系配套,1975年基本建立了强优势杂交稻种子生产体系,成为世界上第一个将杂种优势应用于水稻生产的国家。

20世纪70年代以来推广了南优、汕优、威优和四优四大系列组合,单产比常规品种稻增加10%~15%。

与此同时,粳型杂交稻也实现了三系配套,筛选出了中粳组合黎优57、秀优57等在生产上大面积推广。

在杂交稻育种期间,水稻常规育种也有了进一步的发展,育成了一批高产、抗病等品种,如原丰早、桂朝2号、吉粳60、京越1号、武农早等;通过籼粳杂交育成了粳稻品种矮粳23、南粳25、辽粳5号等。

1961-1984年,我国水稻播种面积年均增长率0.98%,单产年均增长率4.11%,总产年均增长率5.13%;1984-2003年,我国水稻播种面积年均下降0.46%,单产年均增长率0.53%,总产年均减产0.77%,进入徘徊发展阶段[2]。

2我国水稻育种的现状
20世纪80年代以来,围绕高产、多抗、优质综合育种目标,以及相应采用诱变育种、花培育种、航天育种等手段,常规稻和杂交稻选育又取得了显著进展。

但在1994-2003年,大米市场上呈现出优质米畅销、劣质大米滞销的状况,全国不同程度先后进入调整粮食结构、优化品种结构阶段。

90年代以来,水稻单产一直在6t/hm2左右,杂交水稻产量开始出现了徘徊的局面,新的组合在熟期、米质、抗性等方面虽有改进,但在产量上未能获得新的突破。

因此,进一步提高水稻单位面积的产量,已成为国内外所关注的重要课题。

迄今为止我国水稻育种已有两次突破,袁隆平院士认为我国水稻育种正在酝酿着第三次突破,即利用水稻亚种间杂种优势[3]。

1997年,中国开始超级稻选育研究,从农业部“新世纪曙光计划”进入国家农业科技“跨越计划”,中国超级杂交稻研究则连续两次获得总理大额资助,成为水稻育种界亮点。

2001年,中国科学家成功地完成公布了世界上第一个水稻全基因组芯片的研制及水稻全基因组表达谱绘制,建成了包含7万
我国水稻育种的现状与展望
李初军1刘建萍1贾丽颖2吴放斌1
(1江西省萍乡市农业科学研究所,萍乡337001;2萍乡市湘东区湘东镇中学,337016)
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2007年第1期专题论述中国种业
个独立的T-DNA插入水稻突变体库;分离了与水稻抗逆、抗病、高产密切相关的40个重要功能基因及400多个候选功能基因;建立了高通量基因转化、克隆、功能鉴定和作物分子设计平台[1],随后2003年在“利用生物技术开发水稻育种新材料”国际水稻育种峰会上,我国一批年青的水稻育种科技人员提出“基因设计育种”将成为第三次水稻育种突破口这一新观点,引起了与会国内外水稻育种专家的关注。

从2003年开始,中国政府在全国范围内逐步取消农业税,另一方面又直接对种粮户进行补贴,在这一政策的促进下,我国粮食作物的播种面积逐年增加,同时也相应地促进了我国粮食作物育种的发展。

3我国水稻育种的展望
当前水稻常规育种在理论和技术上已达到很高水平,然而在抗病性、抗逆性、光效、品质及产量等综合农艺性状的改良上成效不大。

而21世纪要求我国水稻育种工作者在保证新品种优质化、绿色化(抗逆性强、无污染)的前提下,大幅度提高新品种的单产,应该注意4个问题。

3.1常规育种与基因工程结合近年来,植物基因组的研究突飞猛进,传统育种技术与现代生物技术的交融,正在从深度与广度上推进作物育种科学的发展,以分子育种技术为代表的高新育种技术正在成为国际作物育种的发展趋势和方向。

基因工程等生物技术的加盟,能在常规技术无法或难以解决的某个点或局部问题发挥关键作用,能够促进远缘资源的利用,使未来的育种可能达到更高的目标。

从遗传学的角度说,水稻育种史上的两个突破可简单归结为矮秆基因和野败胞质的利用。

我国水稻全基因组测序已完成,目前正投入功能基因组研究,实现第三次突破可以通过基因设计育种。

3.2理想株型与杂种优势利用相结合袁隆平认为,通过育种提高作物产量,只有两条有效途径;一是形态改良,二是杂种优势利用。

单纯的形态改良潜力有限;杂种优势利用不与形态改良结合,效果必差[3]。

其技术路线基本取得我国水稻育种界认同,实践上主要采用4种途径:①利用籼粳杂交或地理远缘杂交创造株型变异和强优势,再通过优良性状组配将理想株型和强优势相结合,选育超高产新品种。

代表品种有沈农265和沈农606等。

②通过两系法将籼粳亚种间强优势与理想株型相结合,选育超高产两系新组合,代表组合有两优培九等。

③通过三系法实现籼粳亚种间杂交优势,选育重穗型强超高产三系新组合,代表组合有Ⅱ优6078、Ⅱ优162等组合。

④通过连续改良创造和发掘优异核心种质,实现生态型间、地理远缘、亚种间、种间血缘渗透,使理想株型和优势相结合,选育适合大面积推广种植的优质稻新品种。

代表品种有丰矮占1号、丰八占等。

从遗传学角度深入探索上述实践范例的共性和个性,有助于理想株型和杂种优势的有效结合。

3.3特异性育种材料的发掘和创新我国水稻育种的实践表明,突破性成就取决于特异种质的发现及其在生产上的有效利用。

如洪君英、洪春利在广东发现矮脚南特,使水稻矮秆化;李必湖在海南发现花粉败育的野生稻,随后实现了籼型杂交水稻三系配套;石明松[4]在湖北发现农垦58不育株,使两系杂交稻得到广泛应用。

但育种材料的发掘与创新随着品种改良程度的提高而增加了难度。

三系配套比矮化育种中的系统选育和杂交育种复杂,同样来源于农垦58不育株的两系不育基因在不同遗传背景下表现了不同光温敏反应特性。

21世纪特异性育种材料的发掘和创新对育种工作者提出了更高的要求和挑战,也是我国水稻育种的新的突破点。

3.4企业是水稻育种的生力军,将成为水稻产业中科技创新的主体党的十六届五中全会关于制定“十一五”规划的建议提出:建立以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系,形成自主创新的基本体制架构。

胡锦涛同志又在全国科学技术大会上作了进一步的阐述,明确指出“要使企业真正成为研究开发投入的主体、技术创新活动的主体和创新成果应用的主体,全面提高企业的自主创新能力”。

在这一新的形势下,要重视水稻种子产业化和后加工产业化对育种源头的促进作用。

近年来丰乐种业和北京金色农华等开始从事水稻育种活动,企业将成为科技创新主体,这是21世纪我国育种工作者应有的意识和努力方向。

科研工作者都想利用生物技术、电子信息、转基因育种、辐射育种等高科技手段带来水稻育种的第三次突破。

未来的水稻育种不同于前五十年,前五十年主要提高单产问题,而将来要求在原来高产的基础上再高产,同时提高品质,较全面综合抗逆性,这是一个系统工程,其实践需要作物育种科研者跨地域、跨学科、跨专业的合作。

参考文献
[1]引导世界潮流的中国水稻业蓄势待发.粮食科技与经济,2003,5:1~2[2]周少川,王家生,等.我国水稻育种的回顾与思考.中国稻米,2001,2:5~7[3]袁隆平.杂交水稻育种的新突破.世界科技研究与发展,1999,2:29 ̄30[4]颜龙安.杂交水稻繁制学.北京:中国农业出版社,1999,10:10~17
(收稿日期:2006-10-16)
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