水稻育種的現(xiàn)狀與方向

1、水稻育種的現(xiàn)狀與方向宋幼良，錢國壬，周幸愿，酈永堂（紹興市農(nóng)業(yè)科學研究院，浙江 紹興 312003）摘要：通過對國內(nèi)外水稻育種歷史的回顧和現(xiàn)狀分析，結(jié)合育種實踐，提出了強化優(yōu)質(zhì)水稻育種、繼續(xù)堅持水稻超高產(chǎn)育種、積極開展功能型水稻育種等三個研究方向，并大膽設想了未來水稻育種的新理念。關鍵詞：水稻；新品種選育；研究方向Current Status and Prospects of Rice BreedingSONG You-liang, QIAN Guo-ren, ZHOU Xing-yuan, LI Yong-tang( Shaoxing Academy of Agricultural Scie

2、nces, Shaoxing, Zhejiang 312003)Abstract: By looking back at rice breeding history and analyzing actual situations, three research directions for different rice cultivars were established: consolidating high quality rice breeding; keeping on superhigh yield rice breeding; and developing functional r

3、ice breeding actively. And new concepts of rice breeding in the future were imagined boldly.Key words: Rice (Oryza sativa L.); Breeding of New Cultivars; Research Directions水稻是我國最主要的糧食作物之一，其年產(chǎn)量占全國糧食總產(chǎn)量的40%左右。同時，世界上約有半數(shù)以上的人口也以稻米為主食1。隨著人口的增加, 未來對稻米的需求還將不斷增長。因此, 努力培育水稻新品種, 增加稻谷總產(chǎn)量, 對于確保本世紀糧食安全具有舉足輕重的作用

4、。1 國內(nèi)外水稻育種現(xiàn)狀水稻起源于中國長江流域。眾所周知，我國水稻育種經(jīng)歷了三個重要發(fā)展時期。第一階段是20世紀40年代末期到50年代后期高稈良種的評選利用，代表性品種有早秈南特號、中秈勝利秈、中粳黃殼早廿日、晚粳老來青等，改變了生產(chǎn)上品種多、亂、雜的現(xiàn)象。第二階段是20世紀50年代后期到70年代初期的矮化育種，代表性品種有矮腳南特、廣場矮、臺中在來1號等，引起了水稻育種方向性的轉(zhuǎn)變。第三階段是20世紀70年代初期到80年代初期雜交優(yōu)勢的利用，代表性品種有袁隆平、李必湖的南優(yōu)系統(tǒng)和謝華安的汕優(yōu)系統(tǒng)(汕優(yōu)63等)，我國成為世界上第一個成功將雜交水稻在生產(chǎn)上大面積應用的國家2,3。隨后至今，高產(chǎn)、

5、優(yōu)質(zhì)、多抗水稻新品種的選育與生產(chǎn)應用一直是我國水稻育種的主題。同時，分子育種也隨著現(xiàn)代分子生物學的發(fā)展而興起，更加注重生物技術(shù)與常規(guī)育種方法的結(jié)合，注重多科學的交叉研究和超前研究。作者簡介：宋幼良(1984-)，男，浙江紹興人，碩士，研究方向為水稻遺傳育種。E-mail: 3031612012?；痦椖浚赫憬∮N專項(0406)、紹興市科技計劃項目(2012B70040) 、紹興市科技計劃項目(2011A22014)。國外水稻育種著稱的有日本、菲律賓、韓國、美國、泰國和澳大利亞等國，育種的總體水平較高，并有明確的方向和目標4。目前，國外水稻育種的目標主要集中在提高品種的產(chǎn)量潛力，改進稻米品質(zhì)

6、，普遍重視雜種優(yōu)勢利用的研究和新技術(shù)的應用。亞洲水稻產(chǎn)量占世界水稻總產(chǎn)量的90%以上。設在菲律賓的國際水稻研究所(IRRI)對世界稻作的發(fā)展起著重要的作用，其育種方向主要是選育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適應于不同環(huán)境類型的新品種，強調(diào)品種的耐旱及耐淹性，注重株型改良，提高光能利用效率和收獲指數(shù)，抗主要病蟲害、耐鹽堿和抗逆土壤環(huán)境。IRRI育種專家指出，目前水稻育種仍然存在兩個重要的問題：一是選育出適應于不良環(huán)境的高產(chǎn)抗逆品種；二是選育出適應于灌溉地區(qū)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種5。2 今后水稻育種方向的探討隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人多田少的矛盾日益突出，如何利用有限的土地資源養(yǎng)活13.7億人口已成為我國農(nóng)業(yè)科研的重要挑戰(zhàn)；其次，

7、隨著人民生活質(zhì)量的進一步提升，對稻米品質(zhì)的要求也越來越高，亟需培育一大批滿足不同市場需求的水稻新品種，這無疑對水稻育種工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。筆者認為以下三方面的研究可能成為水稻育種未來的重要發(fā)展方向。2.1強化優(yōu)質(zhì)水稻育種長期以來，政府部門追求的是高產(chǎn)，區(qū)試和品種審定注重的也是高產(chǎn)，育種者的首選目標當然是高產(chǎn)。致使我國的優(yōu)質(zhì)稻育種比較薄弱，只有選育優(yōu)質(zhì)的品種，通過審定并在生產(chǎn)中推廣應用，才能扭轉(zhuǎn)我國“缺糧壓庫”的被動局面，才能使我國自產(chǎn)稻谷購銷順暢，提高我國糧農(nóng)的種糧效益和積極性。過去優(yōu)質(zhì)稻育種主要利用系統(tǒng)選育、雜交技術(shù)進行新品種改良。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，航天育種技術(shù)、基因工程技術(shù)、誘變技術(shù)、

8、分子標記輔助育種技術(shù)等與常規(guī)育種技術(shù)結(jié)合越來越緊密，為將來的優(yōu)質(zhì)稻育種提供了良好的手段，將在擴大品種間的遺傳差異、創(chuàng)造豐富的遺傳背景上大有作為。2.2 繼續(xù)堅持水稻超高產(chǎn)育種 水稻超高產(chǎn)育種由日本農(nóng)林水產(chǎn)省于1981年首先提出，接著，IRRI于1989年也正式啟動了“新株型”稻育種計劃，我國水稻超高產(chǎn)育種的研究始于上世紀80年代中期6。優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗、適應性強已成為當前超級稻育種的主要目標，其中要求產(chǎn)量增幅達13%左右，米質(zhì)達國家優(yōu)質(zhì)米標準，抗1-2種主要病蟲害。水稻超高產(chǎn)育種應注重生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)，并結(jié)合株型改良和雜種優(yōu)勢的利用，適當增加每穗實粒數(shù)和千粒重。我國在超級稻育種方面已有所突破

9、，尤其是在新株型設計、育種路線等方面，但仍有很長的路要走，在育種技術(shù)上也有很多困難需要克服6。因此，必須借助分子標記技術(shù)、生物信息學、轉(zhuǎn)基因技術(shù)等現(xiàn)代分子生物學手段，開展多學科合作，并加強同行間的交流。2.3 積極開展功能型水稻育種“米成分育種”已迅速成為當今世界一種新型水稻育種戰(zhàn)略，在傳統(tǒng)水稻育種追求高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的基礎上，“米成分育種”更加注重稻米的經(jīng)濟附加值7。功能稻米是指具有調(diào)節(jié)人體生理功能、適宜普通人群食用，又不以治療疾病為目的的稻米8,9?，F(xiàn)代營養(yǎng)的概念，已不僅只是解決生存和溫飽，更強調(diào)的是有利于保持健康和降低疾病威脅。稻米為我國傳統(tǒng)主食，在保證產(chǎn)量的前提下，對優(yōu)質(zhì)營養(yǎng)大米的消費

10、較為迫切，吃好并吃出健康已成為市場需求和時尚選擇。目前，水稻育種仍以食用為主要目標，以營養(yǎng)保健為目標的水稻育種尚未規(guī)?；_展。以功能性成分為特點的水稻育種，兼有營養(yǎng)和調(diào)節(jié)人體生理活動功能，適宜特定人群的稻米，但不以治療疾病為目的，關系到品種的專用性與新穎農(nóng)產(chǎn)品的開發(fā)利用。由于功能稻米具有天然、安全、有效的特性，因此，功能稻米的研究與利用不僅便于實施采取“飲食相關的疾病預防新戰(zhàn)略”，也有利于實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品增值和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，適應國內(nèi)外市場的新需求，解決“三農(nóng)”問題。目前，本課題組已推出宜糖米、曲康米、粒粒滋、福必得等功能性稻米新產(chǎn)品，并已投放市場。3 未來水稻育種新理念3.1 培育“生態(tài)型水稻”在

11、水稻生產(chǎn)中，隨著病蟲害抗性的增強，農(nóng)藥使用量逐年增加，不僅加大了農(nóng)民的種糧成本，而且還破壞了土壤結(jié)構(gòu)，造成稻米中農(nóng)藥殘留超標?；实倪^量使用導致土壤退化，且這一過程基本上是不可逆的。同時，水資源的短缺也已成為我國水稻生產(chǎn)的一大瓶頸。針對以上問題筆者認為“生態(tài)型水稻”是未來的大勢所趨，即減少甚至杜絕使用農(nóng)藥；在土壤承載力范圍內(nèi)合理施用化肥；注重選育節(jié)水抗旱新品種，把北方旱稻優(yōu)良基因通過回交育種轉(zhuǎn)移到南方優(yōu)質(zhì)水稻中來，目前已成為紹興市農(nóng)業(yè)科學研究院水稻所的一個重要研究方向。3.2 繼續(xù)挖掘優(yōu)異水稻種質(zhì)資源我國水稻種質(zhì)資源豐富，尤其是在傳統(tǒng)農(nóng)家品種中，蘊藏著很多有利的遺傳變異。平時應注重搜集、保存、

12、研究評價和利用這些具有特殊價值的種質(zhì)資源。對大多數(shù)水稻而言，即使是那些表現(xiàn)欠佳的材料，也均帶有有利基因。通過回交育種的手段，并結(jié)合有效的性狀篩選技術(shù)及分子標記技術(shù)，是發(fā)現(xiàn)和利用這些有利遺傳變異的重要途徑。由于水稻大多數(shù)重要的農(nóng)藝性狀如產(chǎn)量、生育期、品質(zhì)、抗旱性等均表現(xiàn)為復雜的數(shù)量性狀遺傳，其表型差異由多個基因位點QTL和環(huán)境共同決定。水稻新品種選育的過程也即基因/QTL發(fā)現(xiàn)和遺傳信息累積的過程。3.3 水稻分子設計育種在傳統(tǒng)育種的基礎上，結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)，大力開拓育種新途徑，包括人工誘變育種、倍性育種、遠緣雜交育種、細胞工程、染色體工程和基因工程等。隨著水稻基因組測序的完成和我國水稻功能基因組

13、計劃的開啟，功能基因組研究、蛋白質(zhì)組研究、比較基因組學研究和生物信息學研究相繼展開。水稻傳統(tǒng)育種主要依賴于一系列優(yōu)質(zhì)基因，而功能基因組發(fā)現(xiàn)的新基因?qū)O大程度地縮短水稻新品種培育的進程。利用遺傳工程將單個甚至多個目的基因?qū)胍延兴緝?yōu)質(zhì)品種，用以改良某些性狀。隨著系統(tǒng)生物學和整合生物學的發(fā)展，促使人們提出了水稻“品種設計”的概念10。通過各種現(xiàn)代生物技術(shù)的融合，對水稻從分子到系統(tǒng)全方位進行設計和操作，培育滿足人類需要的新品種。繼續(xù)開展水稻基因組學和后基因組學的研究，闡明大部分水稻基因的功能，并建立數(shù)字模型，對水稻育種進行系統(tǒng)化研究11。4 總結(jié)上述幾個水稻育種技術(shù)發(fā)展方向，體現(xiàn)了我國水稻育種在研

14、究方向上已經(jīng)將水稻由單一的食用，拓寬到多用途以適合市場需求，滿足社會各方面的需要，也為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化提供了新的契機。水稻育種是一門綜合性的學科, 光靠理論而脫離實踐是不可能有成效的, 要想擺脫傳統(tǒng)育種途徑, 創(chuàng)造育種奇跡, 還有很長的路要走, 只有在遺傳學理論的指導下, 通過實踐證實的育種技術(shù), 才能引領新一代的水稻產(chǎn)業(yè)革命。參考文獻：1 朱榮松, 鄧九勝, 李勇. 水稻產(chǎn)量與氮肥利用率對不同配方肥料的響應J. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè), 2008, (10): 17-21.2 李維科. 我國水稻育種技術(shù)的三大變革及其作用J. 作物雜志, 1998, (2): 16.3 周少川, 王家生, 李宏, 等. 我國水稻育種的回顧與思考J. 中國稻米, 2001, 7(2): 5-7.4 王才林. 江蘇省水稻育種與生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J. 江蘇農(nóng)業(yè)科學, 2005, (02): 1-5.5 江云珠, 沈希宏, 曹立勇. 國外水稻育種研究近況J. 中國稻米, 2011, 17(5): 1-5.6 陳溫福, 徐正進, 張文忠, 等. 中國超級稻育種研究進展與前景J. 沈陽農(nóng)業(yè)大學學報, 2007, 38(05): 662-666.7 錢前, 熊振民. “米成分育種”研究的現(xiàn)狀及其展望J. 種子, 1995, 2: 30-33.8 胡繁榮, 段