1、江西农业学报2012,24(2:2628ActaAgriculturaeJiangxi我国水稻育种技术发展历程回顾王月华,何虎,潘晓华*收稿日期:20111117基金项目:国际自然科学基金(30660082;科技部重大专项“国家粮食丰产科技工程”(2006BAD02A04。作者简介:王月华(1977,女,江西永丰人,硕士研究生,研究方向为作物高产技术推广。*通讯作者:潘晓华。(江西农业大学农学院,江西南昌330045摘要:回顾了我国水稻育种技术的发展历程。我国水稻育种技术成就:水稻的矮秆化形成产量首次飞跃,杂交水稻的成功选育促成产量进一步提升,超级稻育种技术则使产量上升到更高水平。目前,
3、Abstract:ThisarticlereviewedthedevelopmentalhistoryofricebreedingtechnologyinourcountryIntheresearchprogressesofricebreedingtechnologyinChina,thedwarfingofricecausedthefirstleapofriceyield,thesuccessfulbreedingofhybridriceledtothefurtherrisingofriceyie
4、ld,andthetechnologyofsuperricebreedingincreasedriceyieldtoahigherlevelAtpresent,alongwiththedevelopmentofricebreedingtechnology,ricebreedingespeciallyricemolecularbreedingpaysmoreattentionstoricequality,ricenutrition,diseaseandinsectpestresistance,coldresi
5、stance,heattoleranceofriceplants,besidestheincreaseofriceyieldKeywords:Rice;Breedingtechnology;Dwarfingofrice;Hybridrice;Superrice;Molecularbreeding水稻(OryzasativaL是全世界重要的粮食作物,占全球谷类作物种植面积的1/3,为人类提供40%的热能。据估计,至2025年,全球人口将超过80亿,届时以稻米为主食的人口数量将增至35亿。按最保守的估计,由于人口增长而导致稻米需求量的增加至少达3
6、亿t,全球水稻产量必须达到8亿t才能满足人口增长对稻米的需求1。我国城市化进程、水资源限制等导致耕地面积减少,加上种植结构调整,我国的水稻实际种植面积已有下降趋势,因此,靠进一步扩大水稻种植面积来提高水稻总产量基本上不可能2。那么,要满足巨大人口增长对稻米的需求,解决粮食安全问题,必须实现水稻育种上新的突破,同时提高耕作栽培技术水平。品种是农业发展的根本,是增强农产品竞争力的关键,每一次农业科技革命都离不开农作物品种的创新。我国自解放以来,水稻育种技术研究取得了长足发展,水稻科技不断进步,水稻生产科技贡献份额逐年提升,为稳定提高全国水稻综合生产能力、促进农民增收、农业增效和保障国家粮食安全
7、做出了突出贡献。我国的水稻育种技术经历了三次大的飞跃,分别是高秆变矮秆育种技术,使水稻平均产量从不足1500kg/hm2达到近4500kg/hm2;第二次则是以“常规变杂交”为标志,通过三系或两系杂交,我国水稻平均产量升至6000kg/hm2。第三次飞跃则是以“超级稻育成”为代表,水稻产量达到12000kg/hm224。此外,近年在分子育种、水稻抗逆育种等技术方面也取得了非常大的发展5。本文回顾了我国水稻育种技术的发展历程,分析了育种技术进步对我国水稻产业发展的影响。1常规水稻矮秆化育种技术水稻矮秆化育种技术的突破被称为是“绿色革命”67。20世纪30年代末,日本开始粳稻品种的
8、矮化育种研究,先后育成一批中、矮秆水稻品种,如农垦57、灵峰、黎明和日本晴等8。解放初期,我国水稻生产水平低下,品种落后,主要以种植农家自留种和高秆种为主。高秆易倒伏的特点使施肥受限,导致水稻单位产量低。针对这一矛盾,20世纪50年代至60年代初,以我国水稻矮化育种主要创始人、被誉为“中国半矮秆水稻之父”的黄耀祥院士为首的农业科技工作者在南方籼稻矮化育种方面取得了突破性的进展,首先选育出矮秆品种矮脚南特和矮仔占为代表的综合性状良好的矮秆抗倒品种。随后又相继选育一系列适合不同成熟期、不同类型的矮秆良种,实现了水稻矮秆品种熟期类型配套,标志着我国进入了水稻矮化育种的新纪元910。常规矮化育种,不但
9、解决了我国长期以来种植高秆品种导致的低产易倒的难题,而且引发了世界水稻育种的方向性转变。随后,开展了水稻矮秆性状的遗传、水稻植株矮化机理以及矮源的育种利用等方面的研究。矮源的应用和矮化育种基本解决了水稻耐肥、抗倒问题,使谷物产量有了大幅度的提高,高秆品种变矮秆后产量一般比原来高20%30%。我国水稻平均单产20世纪50年代为2454kg/hm2,60年代为27285kg/hm2,70年代达35715kg/hm2,其中1978年达3975kg/hm2,因此,矮秆水稻品种的选育和推广是20世纪水稻育种工作最主要的成就之一11。2杂交水稻制种技术我国在20世纪70年代开创水稻杂种优势利用研究,以发
10、掘不育细胞质源为突破口、以回交转育质核互作不育系为主要方法使籼型杂交稻率先在中国获得成功12。1970年在野生稻中发现花粉败育株;1973年,石明松在湖北省沔阳县沙湖原种场的一季晚粳农垦58中发现了1株不育株,该不育株在长日照条件下抽穗开花,花粉败育而雌蕊发育正常,导致雄性不育,自交不结实,但能异交结实;在短日照条件下抽穗开花则能自交结实,其育性有对光照敏感的特性,从此开创了光敏感核不育水稻的利用研究,实现了不育系、保持系和恢复系“三系”配套,并于1985年经省级鉴定正式定名为湖北光周期敏感核不育水稻(HSGMR13。1974年选育出第一批籼型杂交稻强优组合,1975年又研制出一整套制种技术,
11、1976年开始大面积推广“三系”配套育种技术,我国成为世界上第一个将杂交稻大面积应用于生产的国家。20世纪80年代中期袁隆平基于水稻光敏不育系的发现和研究,明确提出了“杂交水稻三个战略的发展阶段”的构想,即在育种方法上从三系到两系再到一系;在提高杂种优势水平上从品种间杂种优势到副亚种间杂种优势再到副远缘杂种优势的利用14。到1998年全国通过省级以上技术鉴定的光(温敏不育系已达50个,以培矮64S为典型材料,建立了以冷水灌溉和核心种子为特点的两系杂交稻繁种技术体系1516。培矮64S与7001S是当时两系杂交稻的骨干亲本;两系杂交稻的种植面积在“九五”期间稳步上升,1996年为1667万hm
12、2,1997年扩大到2667万hm2,1998年达4333万hm2,累计种植面积达110万hm217。1998年,亚种间两系杂交稻初试成功,筛选的两个组合培矮64S/9311和培矮64S/E32产量潜力让全世界育种专家兴奋,Science于1999年1月进行了专门报道,并刊登培矮64S/E32的照片18。2000年以后,在两系水稻杂种优势利用上主要有品种间杂种优势利用、亚种间杂种优势利用和籼粳亚种间杂种优势利用19。其后,对于品种间杂种优势利用的水稻株型与产量关系20、灌浆与产量21、米质选育22等进行了一系列的深入研究。亚种间杂种优势利用则突出针对亚种间杂种生物学遗传能力与产量选育研究23。
14、/hm2;第三期育种目标到2015年单产达到135t/hm226。通过国内水稻育种和栽培专家的共同努力,第一、二期育种目标已如期实现。目前中国超级稻研究已取得了突破性进展,已先后育成了一批单产潜力超过12t/hm2并且具有广泛适应性的超级稻2729。近10年来,我国的超级稻育种取得了重要进展,已育成一批在生产上推广应用的超级稻品种或杂交组合,一些品种或组合在小面积试验或特定气候条件下产量可达1217t/hm2,展示了超级稻品种的巨大增产潜力29。据农业部统计,至2006年底共有49个水稻品种和杂交稻组合被认定为超级稻,其中,常规稻品种14个,杂交稻组合35个21,30。4分子育种技术和转基因
16、表的分子设计育种技术已成为植物育种发展的重要方向,分子育种正在由目前只能改变单个或少数遗传性状向系统改良转变。传统的品种选育正逐步向定向、高效的“精确育种”转化32。随着水稻全基因组测序已经完成,在水稻重要基因/QTLs的定位和功能研究方面,科学家已经进行了大量的研究,取得了突飞猛进的发展。我国在水稻基因精细定位、新水稻新基因克隆,功能标记基因开发,奠定了开展分子标记育种的技术基础;获得了调控植物重要性状的遗传网络信息,初步构建了主要作物分子设计数据库及分子模拟系统,并应用于品种分子设计育种,包括重要农艺性状的QTLs的鉴定、基因表达数据的形成、新基因的克隆和鉴定等3334。水稻的全基因组序列
17、测定的完成及其功能基722期王月华等:我国水稻育种技术发展历程回顾因组学的深入研究,为进一步剖析水稻性状变异的分子机理创造了条件,也为通过分子设计育种改良来塑造新的水稻品种提供了可能,转基因抗病虫害、抗旱抗逆育种技术亦得到快速发展3。目前,我国转基因水稻的研究总体处于国际先进水平,转基因抗虫水稻研究处于世界领先水平,有可能率先实现产业化,转基因水稻的应用将为确保我国粮食安全做出重要的贡献35。5小结我国的水稻育种技术经历了三次革命性飞跃变化,已经走在世界前列。水稻分子育种与杂交水稻育种相结合的育种方式,已形成一种大的趋势。随着人民生活水平的提高,当前人们对稻米的需求已开始从量的要求向质的要求方
18、向转变,如何在成功培育超级稻产量突破的基础上,充分综合应用分子生物学技术、基因组学技术和蛋白质组学技术在分子设计育种方向取得新的突破将是今后我国水稻育种技术的发展方向。参考文献:1徐庆国超级稻的研究现状与发展对策探讨J作物研究,2006(1:13162顾铭洪水稻高产育种中一些问题的讨论J作物学报,2010,36(9:143114393万昕,李海林,罗斌,等中国杂交水稻和水稻分子育种研究与发展概况J作物研究,2009,23(5:306309,3134杜永林江苏省水稻品种选育利用现状与发展对策J江苏农业科学,2010(1:9135李锦江,肖国樱水稻耐淹涝分子育种研究进展J安徽农业科学,2011,3
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