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(qián)國(guó)壬，周幸愿，酈永堂（紹興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 紹興 312003）摘要：通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外水稻育種歷史的回顧和現(xiàn)狀分析，結(jié)合育種實(shí)踐，提出了強(qiáng)化優(yōu)質(zhì)水稻育種、繼續(xù)堅(jiān)持水稻超高產(chǎn)育種、積極開(kāi)展功能型水稻育種等三個(gè)研究方向，并大膽設(shè)想了未來(lái)水稻育種的新理念。關(guān)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(guó)最主要的糧食作物之一，其年產(chǎn)量占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的40%左右。同時(shí)，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(lái)對(duì)稻米的需求還將不斷增長(zhǎng)。因此, 努力培育水稻新品種, 增加稻谷總產(chǎn)量, 對(duì)于確保本世紀(jì)糧食安全具有舉足輕重的作用

4、。1 國(guó)內(nèi)外水稻育種現(xiàn)狀水稻起源于中國(guó)長(zhǎng)江流域。眾所周知，我國(guó)水稻育種經(jīng)歷了三個(gè)重要發(fā)展時(shí)期。第一階段是20世紀(jì)40年代末期到50年代后期高稈良種的評(píng)選利用，代表性品種有早秈南特號(hào)、中秈勝利秈、中粳黃殼早廿日、晚粳老來(lái)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(jì)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(chǎng)矮、臺(tái)中在來(lái)1號(hào)等，引起了水稻育種方向性的轉(zhuǎn)變。第三階段是20世紀(jì)70年代初期到80年代初期雜交優(yōu)勢(shì)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(guó)成為世界上第一個(gè)成功將雜交水稻在生產(chǎn)上大面積應(yīng)用的國(guó)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(yīng)用一直是我國(guó)水稻育種的主題。同時(shí)，分子育種也隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)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(xué)的交叉研究和超前研究。作者簡(jiǎn)介：宋幼良(1984-)，男，浙江紹興人，碩士，研究方向?yàn)樗具z傳育種。E-mail: 3031612012?；痦?xiàng)目：浙江省育種專(zhuān)項(xiàng)(0406)、紹興市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012B70040) 、紹興市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2011A22014)。國(guó)外水稻育種著稱(chēng)的有日本、菲律賓、韓國(guó)、美國(guó)、泰國(guó)和澳大利亞等國(guó)，育種的總體水平較高，并有明確的方向和目標(biāo)4。目前，國(guó)外水稻育種的目標(biāo)主要集中在提高品種的產(chǎn)量潛力，改進(jìn)稻米品質(zhì)

6、，普遍重視雜種優(yōu)勢(shì)利用的研究和新技術(shù)的應(yīng)用。亞洲水稻產(chǎn)量占世界水稻總產(chǎn)量的90%以上。設(shè)在菲律賓的國(guó)際水稻研究所(IRRI)對(duì)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(yīng)于不同環(huán)境類(lèi)型的新品種，強(qiáng)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(chóng)害、耐鹽堿和抗逆土壤環(huán)境。IRRI育種專(zhuān)家指出，目前水稻育種仍然存在兩個(gè)重要的問(wèn)題：一是選育出適應(yīng)于不良環(huán)境的高產(chǎn)抗逆品種；二是選育出適應(yīng)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(jì)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(guó)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(jìn)一步提升，對(duì)稻米品質(zhì)的要求也越來(lái)越高，亟需培育一大批滿(mǎn)足不同市場(chǎng)需求的水稻新品種，這無(wú)疑對(duì)水稻育種工作帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。筆者認(rèn)為以下三方面的研究可能成為水稻育種未來(lái)的重要發(fā)展方向。2.1強(qiáng)化優(yōu)質(zhì)水稻育種長(zhǎng)期以來(lái)，政府部門(mén)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(biāo)當(dāng)然是高產(chǎn)。致使我國(guó)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(guò)審定并在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，才能扭轉(zhuǎn)我國(guó)“缺糧壓庫(kù)”的被動(dòng)局面，才能使我國(guó)自產(chǎn)稻谷購(gòu)銷(xiāo)順暢，提高我國(guó)糧農(nóng)的種糧效益和積極性。過(guò)去優(yōu)質(zhì)稻育種主要利用系統(tǒng)選育、雜交技術(shù)進(jìn)行新品種改良。隨著科學(xué)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(biāo)記輔助育種技術(shù)等與常規(guī)育種技術(shù)結(jié)合越來(lái)越緊密，為將來(lái)的優(yōu)質(zhì)稻育種提供了良好的手段，將在擴(kuò)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(jiān)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(dòng)了“新株型”稻育種計(jì)劃，我國(guó)水稻超高產(chǎn)育種的研究始于上世紀(jì)80年代中期6。優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗、適應(yīng)性強(qiáng)已成為當(dāng)前超級(jí)稻育種的主要目標(biāo)，其中要求產(chǎn)量增幅達(dá)13%左右，米質(zhì)達(dá)國(guó)家優(yōu)質(zhì)米標(biāo)準(zhǔn)，抗1-2種主要病蟲(chóng)害。水稻超高產(chǎn)育種應(yīng)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(shì)的利用，適當(dāng)增加每穗實(shí)粒數(shù)和千粒重。我國(guó)在超級(jí)稻育種方面已有所突破

9、，尤其是在新株型設(shè)計(jì)、育種路線(xiàn)等方面，但仍有很長(zhǎng)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(biāo)記技術(shù)、生物信息學(xué)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)等現(xiàn)代分子生物學(xué)手段，開(kāi)展多學(xué)科合作，并加強(qiáng)同行間的交流。2.3 積極開(kāi)展功能型水稻育種“米成分育種”已迅速成為當(dāng)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(chǔ)上，“米成分育種”更加注重稻米的經(jīng)濟(jì)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(yíng)養(yǎng)的概念，已不僅只是解決生存和溫飽，更強(qiáng)調(diào)的是有利于保持健康和降低疾病威脅。稻米為我國(guó)傳統(tǒng)主食，在保證產(chǎn)量的前提下，對(duì)優(yōu)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)大米的消費(fèi)

10、較為迫切，吃好并吃出健康已成為市場(chǎng)需求和時(shí)尚選擇。目前，水稻育種仍以食用為主要目標(biāo)，以營(yíng)養(yǎng)保健為目標(biāo)的水稻育種尚未規(guī)?；_(kāi)展。以功能性成分為特點(diǎn)的水稻育種，兼有營(yíng)養(yǎng)和調(diào)節(jié)人體生理活動(dòng)功能，適宜特定人群的稻米，但不以治療疾病為目的，關(guān)系到品種的專(zhuān)用性與新穎農(nóng)產(chǎn)品的開(kāi)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(shí)施采取“飲食相關(guān)的疾病預(yù)防新戰(zhàn)略”，也有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品增值和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，適應(yīng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的新需求，解決“三農(nóng)”問(wèn)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(chǎng)。3 未來(lái)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(chóng)害抗性的增強(qiáng)，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(biāo)?；实倪^(guò)量使用導(dǎo)致土壤退化，且這一過(guò)程基本上是不可逆的。同時(shí)，水資源的短缺也已成為我國(guó)水稻生產(chǎn)的一大瓶頸。針對(duì)以上問(wèn)題筆者認(rèn)為“生態(tài)型水稻”是未來(lái)的大勢(shì)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(guò)回交育種轉(zhuǎn)移到南方優(yōu)質(zhì)水稻中來(lái)，目前已成為紹興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院水稻所的一個(gè)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(guó)水稻種質(zhì)資源豐富，尤其是在傳統(tǒng)農(nóng)家品種中，蘊(yùn)藏著很多有利的遺傳變異。平時(shí)應(yīng)注重搜集、保存、

12、研究評(píng)價(jià)和利用這些具有特殊價(jià)值的種質(zhì)資源。對(duì)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(guò)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(biāo)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(fù)雜的數(shù)量性狀遺傳，其表型差異由多個(gè)基因位點(diǎn)QTL和環(huán)境共同決定。水稻新品種選育的過(guò)程也即基因/QTL發(fā)現(xiàn)和遺傳信息累積的過(guò)程。3.3 水稻分子設(shè)計(jì)育種在傳統(tǒng)育種的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)，大力開(kāi)拓育種新途徑，包括人工誘變育種、倍性育種、遠(yuǎn)緣雜交育種、細(xì)胞工程、染色體工程和基因工程等。隨著水稻基因組測(cè)序的完成和我國(guó)水稻功能基因組

13、計(jì)劃的開(kāi)啟，功能基因組研究、蛋白質(zhì)組研究、比較基因組學(xué)研究和生物信息學(xué)研究相繼展開(kāi)。水稻傳統(tǒng)育種主要依賴(lài)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(jìn)程。利用遺傳工程將單個(gè)甚至多個(gè)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(xué)和整合生物學(xué)的發(fā)展，促使人們提出了水稻“品種設(shè)計(jì)”的概念10。通過(guò)各種現(xiàn)代生物技術(shù)的融合，對(duì)水稻從分子到系統(tǒng)全方位進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作，培育滿(mǎn)足人類(lèi)需要的新品種。繼續(xù)開(kāi)展水稻基因組學(xué)和后基因組學(xué)的研究，闡明大部分水稻基因的功能，并建立數(shù)字模型，對(duì)水稻育種進(jìn)行系統(tǒng)化研究11。4 總結(jié)上述幾個(gè)水稻育種技術(shù)發(fā)展方向，體現(xiàn)了我國(guó)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(chǎng)需求，滿(mǎn)足社會(huì)各方面的需要，也為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化提供了新的契機(jī)。水稻育種是一門(mén)綜合性的學(xué)科, 光靠理論而脫離實(shí)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(zhǎng)的路要走, 只有在遺傳學(xué)理論的指導(dǎo)下, 通過(guò)實(shí)踐證實(shí)的育種技術(shù), 才能引領(lǐng)新一代的水稻產(chǎn)業(yè)革命。參考文獻(xiàn)：1 朱榮松, 鄧九勝, 李勇. 水稻產(chǎn)量與氮肥利用率對(duì)不同配方肥料的響應(yīng)J. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè), 2008, (10): 17-21.2 李維科. 我國(guó)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(guó)水稻育種的回顧與思考J. 中國(guó)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(shì)J. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005, (02): 1-5.5 江云珠, 沈希宏, 曹立勇. 國(guó)外水稻育種研究近況J. 中國(guó)稻米, 2011, 17(5): 1-5.6 陳溫福, 徐正進(jìn), 張文忠, 等. 中國(guó)超級(jí)稻育種研究進(jìn)展與前景J. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 38(05): 662-666.7 錢(qián)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