北方粳型稻超高产育种理论与实践

 从育种理论、育种技术及育种实践等方面，综合评述了中国北方粳型稻超高产育种研究进展与前景，认为培育和推广超级稻是继株型育种和杂交稻之后，提高北方粳稻综合生产能力，实现北方水稻生产跨越式发展的重要途径。在“利用籼粳稻杂交创造新株型和强优势，通过复交优化性状组配，聚合有利基因，选育理想株型与优势利用相结合的超级稻”育种理论与技术路线确立之后，北方粳型超级粳稻在常规育种方面已取得重大突破，成功地培育出一批优质抗病的超级稻新品种并已广泛应用于生产，如沈农265、沈农606、吉粳88等。与常规超级稻育种相比，超级杂交粳稻育种研究进展则相对较缓慢。这一方面是由于北方气候与生态条件的限制，另一方面是育种技术相对落后。解决优势与生育期的矛盾、产量与品质的矛盾以及提高制种产量等问题，仍然是北方超级杂交粳稻育种所面临的严峻挑战。本文还讨论了与粳型超级稻育种有关的生理和遗传问题。     

优质超级粳稻新品种沈农9816选育及应用

<正>继2002年"籼粳稻杂交新株型创造与超高产育种研究"获得国家科技进步二等奖后,课题组先后又承担了国家"863"计划项目、农业部超级稻育种重大专项项目等研究任务,继续围绕超级稻的优质化育种技术、新品种选育和配套生产技术集成开展深入研究。经过10年的努力,取得的科技创新成果为:(1)首创了"以优质籼稻做母本,高产粳稻做轮回父本,通过多次回交和定向选择减少粳稻遗传背景中影响米质的不利籼型遗传累赘,实现超高产与优质相结合"的超级稻优质化育种方法和选择指标体系,实现了北方粳型超级稻育种技术     

北方粳型超级稻中籼粳杂交优势贡献的分子基础

在“理想株型与优势利用相结合”育种理论指导下,亚种间杂交为中国北方粳型超级稻增产做出了巨大贡献.以中国北方栽培粳稻品种为试材,利用籼粳特异性标记Indel与SSILP分析了不同年代与地区北方粳稻品种的籼型血缘的相对含量,结果表明,20世纪90年代以后育成品种籼型基因型频率显著增加.相关分析表明,籼稻血缘含量与每穗粒数存在显著的正相关性,与有效穗数存在显著的负相关性.进一步对籼粳杂交育成品种的8个产量与品质相关基因进行检测发现,育种家通过“选择”将控制穗粒数与粒重的籼稻增产基因GN1a、GS3部分固定于北方粳稻基因组中,淘汰了适口性差的籼稻高直链淀粉基因Waxy以及不符合北方农民收获习惯的籼稻落粒基因qSH1,同时保留了北方粳稻原有的理想株型基因DEP1,宽粒基因qSW5.本研究进一步明确了“籼粳杂交优势利用理论”的分子基础.     

我国水稻超高产育种若干问题讨论

我国1996年正式启动水稻超高产育种项目以来,迄今农业部共确认超级稻品种(组合)83个,推广面积达到全国水稻面积的20%.此间我国水稻单产在6.0～6.5t·hm-2之间波动,没有从根本上扭转徘徊不前的局面.针对上述问题,从籼粳稻杂交常规育种、亚种间杂种优势利用、光敏雄性不育与两系法、籼粳稻品质性状差异与遗传改良、超高产株型模式方面讨论了水稻超高产育种的遗传与生理基础.     

亚洲栽培稻的籼粳分化

籼粳分化是亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)遗传分化的主流。籼稻(Indica)与粳稻(Japonica)对生态环境的要求不同,在性状表型、生理生化以及基因组DNA分子水平上也存在明显的差异。这些差异使得籼粳杂种后代表现出强大的杂种优势,因而是水稻超高产育种的1种重要途径。亚洲栽培稻发生籼粳分化的可能机理主要有选择压力、渐渗杂交以及非连锁基因或性状之间的非随机组合等。     

不同生态区籼粳稻杂交后代碾磨和外观品质分析

采用粳稻秋光(程氏指数22)和籼稻七山占(程氏指数7)正反交,分别在华南籼稻区广东(N23°08',E113°14')、西南籼稻区四川(N31°07',E104°22')、长江中下游籼粳交错区上海(N31°14',E121°29')和东北粳稻区辽宁(N41°48',E123°25')同时构建重组自交系(RIL),测定不同生态区RIL程氏指数、碾磨品质和外观品质性状,分析籼粳稻杂交后代碾磨品质和外观品质差异及其与生态条件、籼粳属性及稻谷粒形的关系。结果表明:4个生态区RIL大部分株系为中间类型(偏籼型或偏粳型),四川、广东、辽宁、上海中间类型比例依次为86.84%、81.45%、82.82%和72.45%。不同生态区间绝大多数品质性状差异达到显著水平,籼粳类型间仅部分地区糙米率和白度值差异达显著水平。千粒重与稻谷粒长、粒宽大多呈显著正相关,而与长宽比呈显著负相关,除上海外糙米率与稻谷粒长极显著负相关,四川和广东地区糙米率与稻谷长宽比显著负相关;整精米率与稻谷粒长负相关(广东没有达到显著水平),与稻谷长宽比相关不显著(除上海外)。垩白粒率与稻谷粒宽显著正相关,与稻谷粒长和长宽比有负相关趋势,但是相关程度低于粒宽。总体上籼粳稻杂交后代品质性状有辽宁和上海优于四川和广东,生态区间差异大于籼粳类型间差异的趋势。整精米率主要受稻谷粒长影响,垩白粒率更偏向由稻谷粒宽决定,长宽比对二者的作用有所降低,粒形与品质性状的关系较育成品种变得更为复杂,生产上粳稻品质性状优于籼稻的遗传、生态机制还有待深入研究。     

江苏常规粳型超级稻的遗传背景与产量结构分析

【目的】本文分析了江淮稻区常规粳稻超级稻的遗传背景与产量结构。【方法】利用41对SSR标记和4个重要产量性状的基因内标记对江苏历年选育的常规粳型超级稻品种的遗传结构进行分析,并测定主要产量性状。【结果】武运粳7号(及其衍生系)是江苏粳稻高产(超高产)育种的骨干亲本,江苏高产品种间的遗传背景较为狭窄;产量构成方面:穗数是制约江苏常规粳稻单产的首要因素,半矮秆(株高在100~105 cm左右)、直立或半直立穗(含dep1基因型)、单位面积有效穗数较高(大于310万穗/hm~2)、中等单穗籽粒数(120~140粒)、中等偏上千粒重(约26~27 g)的株型模式是江苏稻区粳稻品种经典的高产模式。【结论】本研究结果对选育江淮稻区高产潜力粳稻品种的途径及育种目标具有启示作用。     

专题导读：中国超级稻育种技术创新与应用

    水稻是世界特别是亚洲地区最重要的粮食作物。为保障粮食安全,多数亚洲国家将高产作为水稻育种的首要目标。日本于20世纪80年代初率先开展水稻超高产育种研究。1989年,国际水稻研究所开始了水稻新株型育种,后被媒体宣传为超级稻。为保障中国粮食安全,借鉴中国水稻超高产育种及国际水稻研究所的新株型育种经验,农业部于1996年正式启动旨在提高水稻产量潜力的“中国超级稻研究”重大项目,明确超级稻是通过理想株型塑造与强杂种优势利用相结合的技术路线,培育的单产大幅度提高、品质优良、抗性较强的新型水稻品种,包括了超级常规稻和超级杂交稻。     中国超级稻育种技术路线首先是产生强杂种优势。传统的籼籼交或粳粳交因亲本间遗传距离过窄,难以产生强大的杂种优势。因此,需要扩大双亲的遗传距离。但由于籼与粳属2个亚种,杂交子一代营养优势很强,株高和生育期超亲,存在部分生殖障碍,表现花粉部分败育,结实率低下,无法直接利用。大量的测交结果表明,用籼粳中间型作亲本能最大程度协调杂种产量潜力的提高与株型理想配置的统一。     在株型塑造方面,由于中国幅员辽阔,气候生态各异,各地在实施超级稻育种计划时,均因地制宜地提出了理想株型模式,如东北稻区的直立大穗型、华南稻区的早长根深型、西南稻区的稀植重穗型、长江中下游稻区的后期功能型。从狭义的株型概念看,株型主要指地上部的叶形和穗形,而从广义的株型概念来看,根系的形态及功能属于株型的一部分。由于根系生长环境的复杂性及根系研究方法和手段的局限性使水稻根系性状的遗传研究相对滞后。近年来,随着超级稻育种的深入,大穗早衰的矛盾越来越突出,根系的重要性及根系遗传育种的迫切性引起了育种家极大的关注,而且往往将其独立于地上部株型开展研究。     项目实施20年来,中国科学家已在超级稻技术创新、品种培育与应用方面取得了巨大成就,截至2015年农业部根据《超级稻品种确认办法》先后10批次确认了146个超级稻品种,其中,籼稻品种95个约占65%,粳稻品种51个约占35%。通过超级稻技术示范推广,实现了超级稻单产和效益“双增一百”的目标,并不断带动全国水稻单产和效益显著提高。据统计,超级稻迄今全国累计推广面积超过7亿亩,带动水稻全国平均单产跃上新台阶,1996年超级稻项目启动年全国水稻平均亩产414.1 kg,2015年达到了459.5 kg,平均单产增加了45 kg,增幅达11%。超级稻研究与推广为保障中国的粮食安全提供了坚实的科技支撑。     近年来,超级稻育种技术得到不断提升,有2个明显的趋势：一是籼粳杂种优势利用途径从“籼不粳恢”向“粳不籼恢”发展;二是分子技术被广泛用于超级稻育种中。本专辑列入的论文,既有超级稻研究的历史回顾,又有超级稻育种技术研究的新进展。超级稻育种技术的不断创新和发展,赋予了超级稻在中国水稻生产中强大的生命力。     

北方粳型超级稻育种的理论与方法

以沈阳农业大学水稻研究所近20年来从事超级稻育种研究所取得的成果为主线，从基本理论、育种技术及新品种选育等方面，综合评述了北方粳型超级稻育种的理论与方法，并讨论了与粳型超级稻有关的生理和遗传问题，指出开发推广超级稻是提高北方粳稻综合生产能力、实现北方水稻生产跨越式发展的重要途径。     

北方粳稻穗型改良理论与技术研究及应用

在简要介绍国内外水稻株型研究概况基础上,从直立穗型基因遗传及精确定位、穗型与群体结构和物质生产及产量的关系、穗型与籽粒灌浆和品质的关系、北方水稻穗部性状比较研究、理想穗型设计原理与参数、北方粳稻穗型改良技术等方面介绍了本研究主要成果,并通过与国内外同类研究比较论证了本研究的特色与创新.指出今后需要进一步发掘利用新的直立穗型遗传资源,丰富遗传基础;利用分子标记聚合穗颈维管束发达,一次枝梗数及其着生粒数多,二次枝梗偏向穗轴上部分布、食味好等有利基因,使产量和品质在更高水平上达到新的平衡;同时,明确迄今直立穗型品种仍然局限于粳稻的遗传和生理生态机制,探索在籼稻特别是杂交籼稻的利用价值.     

中国超级稻育种研究进展与前景

综合评述了中国超级稻育种研究进展与前景,认为培育和推广超级稻,是继株型改良和杂交稻育种之后,提高水稻综合生产能力,实现水稻单产水平进一步提高的重要途径。在"利用籼粳稻杂交创造新株型和强优势,通过复交优化性状组配聚合有利基因,选育理想株型与优势利用相结合的超级稻"育种理论与技术路线确立之后,在常规超级稻育种和超级杂交稻育种两方面都已取得重大突破,成功地创造出一批新株型优异种质,培育出一批优质抗病的超级稻新品种和新组合。这些超级稻新品种、新组合已广泛地应用于水稻生产实践,并已取得较好的增产效果。     

Advances and Prospects in Breeding Japonica Rice for Super High Yield in the Northern China

In this paper, advances and prospects in breeding japonica rice for super high yield in the northern China were analyzed comprehensively in terms of breeding theories, techniques and practices. The author holds that developing and spreading super rice is an important way to enhance the overall yielding ability of japonica rice and attaining immense expansion of rice production. After theories and technical guidelines for super rice breeding were formulated, which involved the creation of new plant morphology and strong hybrid vigor through crossing indica with japonica subspecies, the optimization of combination of desirable traits via multiple crossing or backcrossing, the assemblage of favorable genes and the integration of ideal plant morphology with the utilization of vigor-major breakthroughs have been made in conventional breeding of japonica super rice. A batch of new super rice varieties marked by superior rice quality and high disease resistance, such as Shennong 265, Shennong 606, and Jijing 88, etc., have been developed and released. In comparison with the advancement in conventional breeding ef super rice, progress in hybrid japonica super rice breeding is slower because of climatic and ecological constraint in northern China. Therefore, solving the contradictions between vigor and growth duration, between yield and rice quality, and boosting vastly seed production are still serious challenges for breeders of hybrid japonica rice. Physiological and genetic problems in japonica super rice breeding are also discussed in this paper.     

Breeding strategies for increasing yield potential in super hybrid rice

Super hybrid rice breeding is a new breeding method combining semi-dwarf breeding and heterosis breeding using germplasm and gene-environment interactions. This paper reviews the breeding strategies of super hybrid rice breeding in China, focusing on the utilization of heterosis of indica and japonica subspecies, construction of ideal plant architecture and pyramiding of disease resistant genes in restorer lines. To develop super hybrid rice, considerable effort should be made to explore genes related with high yield, good quality, resistance to pests and diseases, tolerance to stresses. Molecular breeding methods in combination with crossing techniques should be adopted in super hybrid rice breeding.     

北方粳稻新株型超高产育种研究进展

 以沈阳农业大学水稻研究所40多年来的研究成果为主，从籼粳稻杂交、新株型创造及新品种选育等方面综合评述了北方粳稻超高产育种理论与实践研究进展，讨论了水稻超高产有关的生理与遗传基础问题，指出新株型超高产育种是实现水稻单产第三次飞跃的重要途径。     

Genetical and Physiological Basis of Plant Type Model of Erect and Large Panicle Japonica Super Rice in Northern China

The historical changes in rice yields across China were explored. The physiological mechanisms and genetic basis of the erect and large panicle super-high-yield plant type model for breeding japonica super rice were analyzed mainly on the panicle type, number of large vascular bundles （LVB） in the panicle neck, and the panicle type index （PTI）. In the production point of view, we suggested that, for the breeding of super-high-yield japonica rice, the erect panicle types with more LVB numbers in the panicle neck and superior upper grains in the secondary branches would be the key factors. The information has potential significance in the rice breeding and productivity not only in China but also throughout the rice production areas of the world.     

水稻超高产育种研究进展与前景

对水稻超高产育种理论研究与育种实践的发展历史、现状及发展趋势进行了综合评述。认为重塑株型、利用亚种间杂交优势、使株型与优势相结合是当前水稻超高产育种的主要方向。新株型的共同特点是株高增加;分蘖数减少,成穗率提高,大穗;生物产量与经济系数并重。实践证明,通过籼粳稻亚种间杂交或地理远缘杂交创造中间材料或特异种质资源,经回交或复交进行优化性状组配,是选育超高产品种切实可行的途径。     

“籼改粳”的生产优势及其形成机理

【目的】旨在阐明“籼改粳”的生产优势,并从栽培角度系统研究其优势形成的生理生态机理。【方法】2010—2011年,在长江下游稻麦两熟制地区（江苏扬州、兴化、东海）,以当地代表性的粳稻品种（武运粳24号、徐稻3号、连粳7号、徐优733等）和籼稻品种（两优培九、Ⅱ优084、新两优6380、扬两优6号等）为材料,系统比较研究籼粳稻的生育安全性、产量、品质、温光资源利用、群体生长发育动态、株型和倒伏性状等方面的差异。【结果】在机插和摆栽两种轻简栽培条件下,粳稻生育安全性优于籼稻,后期耐低温,灌浆持续时间长。两年粳稻的平均产量,扬州分别为10.90和10.87 t•hm-2,兴化分别为10.93和10.65 t•hm-2,东海分别为10.49和10.41 t•hm-2,显著或极显著高于籼稻。粳稻群体颖花量与籼稻相当或略少于籼稻,但籽粒的充实性状优于籼稻,这也是粳稻获得较高产量的关键。粳稻加工品质和蒸煮食味品质显著或极显著优于籼稻,外观品质和营养品质稍逊于籼稻。“籼改粳”生产优势形成的生理生态特征为：粳稻全生育期较籼稻明显延长,灌浆后期粳稻更能适应温凉天气,增加水稻对温光资源的利用,使得粳稻能够安全成熟;粳稻后期具有较高的光合生产能力,能够增加群体光合物质积累量,提高群体库容总充实量;同时,粳稻后期能够适应低温天气而不早衰,维持强壮根系和较高的茎鞘强度,增强群体抗倒伏能力,保证较大库容的安全充实与支撑。【结论】在机械化轻简化栽培条件下,粳稻更能充分利用温光资源,生育后期仍保持强劲生长优势,不仅能够安全成熟,而且产量高、品质优、效益好,综合生产力高。     

杂交水稻育种骨干亲本的米质分析

全面系统地评价杂交水稻骨干育种亲本的米质性状,对于杂交水稻稻米品质性状改良具有重要的指导意义。本研究对274份来源于中国十余个水稻主产区的骨干育种亲本及部分国外来源的育种材料进行了基于类群划分的米质分析。研究结果表明,7项米质性状中,籼稻糙米率、透明度、胶稠度和直链淀粉含量的平均值达到三等以上标准,粳稻糙米率、整精米率、透明度、胶稠度和直链淀粉含量的平均值达到三等以上标准。籼稻米质性状优质达标率变化范围为27.7%~97.7%,粳稻米质性状优质达标率变化范围为16.7%~100%,籼、粳稻垩白性状的优质达标率均较低。籼稻类群中,恢复系和保持系的垩白性状和直链淀粉含量是米质性状改良的重点,常规稻直链淀粉含量较优,热带籼稻中IR43、GIZA 178等米质性状优良,是杂交育种的有利种质资源。筛选出10项米质指标均达三级以上的各类亲本材料共23份,这些育种材料可以作为优异的米质性状改良的基因供体加以利用。另一方面,应加强垩白性状优良的种质资源的引进和利用。