水稻超高产育种研究进展

水稻超高产育种研究进展

摘要水稻经历了矮化育种和杂种优势利用2次大的飞跃后,长期停滞不前。研究发现,籼粳杂种优势与理想株型相结合为主要特征的超高产育种,正孕育着水稻单产的第3次飞跃。同时还应结合当前的生物技术,促使水稻单产发生质的飞跃。

关键词水稻;超高产育种;籼粳杂交;理想株型

中图分类号s511;s337文献标识码a文章编号

1007-5739(2009)09-0163-03

据预测,到2050年世界粮食产量需增加50%,才能基本满足日益增长的人口需求,亚洲则需要增加55%。水稻是中国最重要的粮食作物,种植面积占粮食作物的30%,产量占粮食总产的40%,稻米是我国50%以上人口的主食。发展水稻生产、提高水稻产量对增加粮食总产、保证食物安全、发展国民经济有举足轻重的作用。从我国国情出发,由于耕地面积和水资源等的限制,加之随着国家工业化进程耕地逐渐减少,扩大水稻面积的潜力极为有限,提高单位面积产量是增加

粮食总产的根本出路,而水稻单产的提高极大程度上取决于品种潜力。因此,提高水稻单产潜力,是当前水稻育种的一大难题。

1水稻育种历史的回顾

1.1地方品种的征集与整理阶段

在20世纪50年代初期,我国农业部制订了“农作物良种普及五年计划”,在全国范围内对水稻地方品种全面征集、整理、评选,对其中优良品种加以推广应用,使单位面积产量有所提高。

1.2矮化育种阶段

1956年广东省潮阳县农民育种家在早籼南特16号受台风袭击后的倒伏田中发现了2株抗倒的自然变异株。从中选育出中国第1个用于大面积生产的矮秆早籼良种——矮脚南特。以此为亲本材料,使我国南方稻区良种矮秆化,粮食生产跃上新台阶,从而确定了我

国籼稻矮化育种的方向,这是中国水稻育种史上重要的里程碑。而位于菲律宾成立于1960年的国际水稻所,在1962年才进行了peta ×低脚乌尖的交配,于1966年才选育出他们称之为“奇迹稻”的ir8号,而这时我国已大面积种植矮秆水稻。水稻矮化育种的成功,使水稻产量提高了20%~30%。

1.3杂交水稻的研究

20世纪初,美国的jones首先报道了水稻的杂种优势,她发现一些杂种f1与其亲本相比分蘖数更多,产量更高。随后,印度的

kadam(1937)、马来西亚的brown(1953)、日本的冈田子宽(1958)、巴基斯坦的alim(1957)等都报道了水稻杂种优势研究结果,但当时没有一个研究者对生产上利用这一杂种优势现象感兴趣。20世纪60年代印度、美国、日本和中国等国家的学者都提出了水稻杂种优势生产应用的设想。

1964年袁隆平从洞庭早籼中找到雄性不育株,首先揭开了我国水稻杂种优势的利用研究的序幕。1970年湖南黔阳农晓得、李必湖等在海南崖县的普通野生稻中找到花粉败育雄性不育株,1973年我国首先实现水稻三系配套,并用于大面积生产。杂交水稻的育成,使我

国的水稻单产又提高20%左右。

从以上水稻育种发展史上看,单产曾经出现过2次重大突破。第1次始于20世纪50年代末至60年代初期的矮化育种。这一阶段主要是通过降低株高,提高品种的耐肥抗倒性、收获指数大大提高。第2次始于20世纪70年代初期的杂种优势利用。但自80年代中期以来,虽然改良品种核心的杂交组合不断推出,但其产量潜力没

有新的突破。为实现水稻产量的第3次飞跃,水稻的“超高产育种”应运而生。

2水稻的超高产育种研究历史

2.1日本

日本最早提出和开展水稻超高产育种研究。1981年,日本农林水产省率先组织全国各主要水稻育种研究单位,开始了题为“超高产水稻开发及栽培技术的确立”的大型合作项目,简称“超高产育种计划”。该计划试图通过籼粳杂交选育产量潜力高的新品种,再辅以相应的栽培技术,分3个阶段。第1阶段:1981~1983年要求产量增加10%左右,主要从各育种单位正在选育的品系中,选择其丰产性、稳产性较好而品质不好的材料,进一步作比较鉴定而选得;第2阶段:1984~1988年,要求增产30%,用现有的高产品种(包括南朝鲜品种、极大粒品种)为材料,进行改良,育成早熟耐寒抗倒高产的品种;第3阶段:1989~1995年,要求增产50%,这一阶段以第2阶段育成的品系为材料进行选育,要求育成的品种具有极大粒、强秆、抗病、耐寒等特性,并改善株型,提高丰产性,最终实现产量的提高。到

1990年,日本育成的单产较高或较对照增产增幅较大的超高产品种(系),主要是通过籼粳杂交或与意大利、中国的地理远缘材料极大粒种杂交而育成。

2.2国际水稻所(irri)

国际水稻所(irri)1966年育成的第1个矮秆改良品种ir8,被认为是划时代意义的品种,标志着东南亚“绿色革命”的开始。然而,自ir8育成后至今30余年,水稻改良品种的产量水平出现徘徊。

irri新近育成并广为推广应用的ir72,比该所育成的ir8单产潜力并没有提高,仅在日产量上增产5%~10%。1989年育种家们提出突破改良水稻的类型,育成有别于目前改良稻品种的新株型稻,期望使

水稻达到超高产的水平。因此,称这种稻为超级稻(super rice),也称它为新株型稻(new plant type,npt rice)。并对新株型进行了数量化设计:低分蘖力,直播时每株3~4穗,没有无效分蘖,每穗

200~250粒;株高90~100cm;茎秆粗壮,根系活力强;对病虫害综合抗性好;生育期110~130d,收获指数0.6;产量潜力13~15t/hm2。

irri设计的ntp突出特点是少糵大穗和高收获指数。基于donald(1968)关于小麦理想株型设计种竞争力最小的认识。科学家认为,少蘖株型可以减少无效分蘖,避免叶面积指数过大造成的群

体恶化和营养生长过剩导致的生物学浪费,同时可缩短生育期,提

高日产量和经济系数,实现超高产。

1989年irri正式启动npt超级稻育种计划,1994年向世界宣布他们的超级稻育种已获得成功,但结实率低,饱满度差,不抗褐飞虱,