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。     

水稻高产、超高产育种研究现状

我国水稻高产和超高产育种大致分为三个阶段,即:矮化育种、杂交稻育种和超高产(超级稻)育种。水稻超高产(超级稻)育种被认为是水稻育种史上的第三次革命。本文回顾、分析了国内外水稻高产和超高产育种现状,对株型育种的主要理论及存在问题,提出了动态理想株型的观点和水稻动态理想株型的塑造途径,对水稻超高产动态育种理想株型育种进行了展望。     

水稻超高产育种--从理论到实践

自20世纪80年代初提出并开展水稻超高产育种研究以来 ,经过20年的努力 ,已在超高产育种理论研究、新株型优异种质创制和超高产育种实践等方面取得重大突破。(1)确立了利用籼粳稻亚远缘或地理远缘杂交创造新株型和强优势 ,再通过复交或回交优化性状组配 ,聚合有利基因 ,并使理想株型与优势相结合 ,培育超高产品种或超级杂交稻的理论与技术路线 ;(2)创制出一批新株型育种材料 ;(3)育成了常规超级稻沈农265和沈农606,超级杂交稻两优培9和协优9308,大面积试种示范平均单产已超过12t·hm-2,并实现了超高产与优质的结合。     

长江上游稻区超级杂交稻育种的思路与进展

对长江上游超级稻的穗粒结构、冠层特征、干物质积累与分配等的研究结果进行了分析,对四川省农业科学院水稻高粱研究所在超级杂交稻材料构建和组合选育上的主要进展进行了总结。提出了长江上游超级杂交水稻育种的"偏籼型"、"偏大穗 偏大粒"、"厚秆壁 V-型叶"、"前披后直动态株型结构"、"不育系与恢复系性状合理分工"等超级稻育种的思路与方法。     

超级稻生态育种及超高产栽培特征与途径的研究进展

超级稻是目前作物生产领域的研究热点。围绕超级稻,回顾了超级稻育种的发展,并重点介绍了几种典型生态稻区株型模式,进而分析了超级稻的一些栽培特征,最后展望了超级稻的未来和发展方向。超级稻穗大粒多、叶片直挺、株型紧凑、茎秆粗壮、根系健壮,抽穗后干物质生产积累优势明显,超级稻栽培根本途径在于“强支撑、扩库容、促充实”。     

杂交稻株型将走“超模”路线

<正>日前,在印度海德拉巴举行的国际杂交水稻大会上,中国工程院院士、国家杂交水稻工程技术中心主任袁隆平介绍超级杂交稻未来变化趋势以及超高产最新研究成果时提出,超级杂交稻未来株型将走"超模"路线,身高将长到1.8米甚至2米,3年内大面积超级稻每667米2产量将实现超过1000千克的目标。(曾鹏辉)产权的5个玉米新品种实现多     

被誉为“超级稻”的“两优培九”

2000年11月3日，杂交水稻之父、著名水稻专家袁隆平先生在农业部召开的全国超级稻(即超高产杂交稻)研讨会上宣布：超级杂交稻研究取得重大进展——超级杂交稻先锋组合“两优培九”已实现农业部制定的超级稻目标。     

超级稻培矮64s/E32生长和光合特性研究初探

近年来超级水稻的育种日益引起人们的重视,我国已育成了一批超级稻组合.如培矮64s/E32就是江苏省农业科学院利用国家杂交水稻技术工程中心选育的温敏核不育系培矮64s经测配,筛选出来的一个两系法杂交稻新组合.该组合每公顷日产量可达100kg以上,是我国超级稻育种的一大突破.我们在杭州地区的自然条件下,种植了培矮64s/E32、培矮64s、E32和常规高产类型浙农952,对杂交稻64s/E32的生长动态、光合速率和光合关键酶等生理生化指标的变化进行了研究,旨在通过分析研究寻找进一步控制提高产量的有效途径,为日后开展超高产育种或超级稻育种提供更充分的理论依据. 　　……     

华南超级常规籼稻育种体系的构建与实践

自1996年中同超级稻研究项目启动以来,广东省农科院作为中国超级稻研究项目主要发起和承担单位,承担了该项目的华南稻区超级稻选育研究工作,在继承水稻生态育种成就的基础上,经过十几年攻关,初步构建了华南超级常规籼稻育种体系:先后提出早长"根深"优质超级稻株型模式和华南"广适型"优质超级稻株型模式等育种理论.育成了早长"根深"型优质超级稻代表品种胜泰1号、多穗"广适型"超级稻代表品种桂农占,大穗"广适型"优质超级稻代表品种玉香油占.并在生产上大面积应用.科学实验和生产实践表明,华南超级常规籼稻育种体系的构建是超高产育种的又一新发展.是当前华南超级常规籼稻育种的一条有效途径.     

转基因技术改良水稻株型研究进展

优良的水稻株型是水稻能够获得高产的骨架,塑造理想株型是超级稻育种的主要技术路线之一。水稻株型相关基因的克隆为利用转基因技术改良水稻株型提供了条件。目前,利用转基因技术创造水稻新矮源的工作已经取得很大进展,对分蘖和穗型进行转基因调控的研究也已展开。随着越来越多的株型基因被克隆,利用转基因技术改良水稻株型将大有可为,这对水稻超高产育种的发展将起到积极的推动作用。     

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。     

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。     

水稻超高产育种研究进展及存在问题

自20世纪60-70年代推行矮化育种和杂交水稻选育与推广以来,我国水稻单产水平有了大幅提高。为了增强单位面积土地的产出效能,80年代日本人率先提出水稻超高产育种的概念。我国水稻超高产育种始于90年代中期,并取得了一定的成果。目前超高产水稻育种已经成为稻作科学研究的一个热点。文章综述了水稻超高产育种的理论和方法研究进展:(1)新株型育种理论;(2)理想株型与杂种优势利用相结合是超高产育种的一大方向;(3)籼粳亚种间杂交是超高产育种的主要技术路线;(4)利用野生稻有利基因选育超高产组合。并指出当前水稻超高产育种存在的一些问题:(1)超高产和优质的统一问题;(2)不能实现传统育种方法与现代生物技术的有机结合;(3)超高产与抗性的统一问题。     

超级稻群体籽粒库容特征的初步研究

【目的】探索超级稻群体库容形成及其构成特征。【方法】以具有代表性的5个籼型超级稻为材料,用汕优63为对照,比较研究超级稻群体籽粒库容构成及特征。【结果】 (1)不同试点的超级稻品种均显著或极显著比对照增产,群体颖花量的增加是产量增加的直接原因。培育大穗是超级稻扩大库容量、增加颖花量的主要途径,而增穗并不能扩增群体总颖花量。(2)大穗是通过两种途径协调实现的:一是增加一次枝梗数及其上的平均着粒数,二是增加二次枝梗数但稳定二次枝梗上的平均着粒数; 其中增加二次枝梗数及其总粒数是主要的; 超级稻在一、二次枝梗数增加的同时,通过稳定二次枝梗上的平均着粒数而增加一次枝梗上的平均着粒数,优化颖花分布,提高全穗结实率而增加单穗籽粒重; 超级稻单穗重达4.0 g 以上, 平均比对照增重10.9% 。(3)超级稻产量潜力高,最大库容达870 kg/667m2，显著高于对照,平均增幅近10%；但最高库容有效充实度在品种间、试点间变化较大,并无稳定优势,平均为80.3%，略低于对照，故因种因地栽培是实现超级稻稳定超高产的关键。【结论】超级稻在稳定适宜穗数的基础上通过协调增加一次枝梗数和二次枝梗数及其平均着粒数来增大穗型,通过优化一、二次枝梗上颖花分布来提高结实率从而增加单穗重。     

优质籼稻扬稻6号库、源、流特性研究

 以生产主栽杂交稻汕优 6 3为对照 ,研究了优质高产多抗新品种扬稻 6号的库、源、流特性。结果表明 ,扬稻 6号库容较大 ,填库能力强 ;株叶型配置好 ,透光率强 ,消光系数小 ,叶绿素含量高 ,光合产物积累量大 ,尤其是抽穗至成熟期光合作用能力强 ,粒叶比高 ;花后光合产物对籽粒充实的贡献大 ,源库间流的通畅性好 ,库、源、流能在较高水平上协调是扬稻 6号及其作亲本资源配制杂交稻两优培九等组合优质高产的主要成因     

中国超级杂交水稻高产栽培研究的现状与展望

综述了近年有关中国超级杂交水稻的栽培特性和生态适应性的研究结果，指出目前已育成的超级杂交水稻在中国南方多种生态区域作－季稻栽培，产量可达12t/hm^2，生育期130－150d，颖花量5.5-6.0万／m^2，叶面积指数9－10，株高100－110cm，分蘖力偏强，表现出足穗大穗、源库协调、耐肥抗倒的潜在高产优势。通过对超级杂交水稻的生长发育、光合生产及其分配、分蘖及其成穗、根系生长及其活力、适宜种植区域及其栽培期、超高产途径与技术体系等方面的研究，初步明确了单本稀植、增施氮肥条件下产量形成的生理基础、栽培环境和农艺调控技术。为了充分发挥超级杂交水稻的高产潜力，有必要对其足穗大穗与高结实率相互协调的高产生理机制进行酶学水平、激素水平、甚至分子水平的研究，并对SRI强化栽培技术措施的优化作进一步的研究。     

超级稻Ⅱ优航2号超高产栽培技术探讨

通过设计基蘖肥与穗肥的不同施氮比例,对超级稻Ⅱ优航2号的超高产栽培技术进行了分析研究,结果表明：（1）超高产栽培水稻总颖花数的增加主要在于每穗粒数的增多,超高产栽培水稻产量的显著提高主要是库容量的显著扩大。（2）超高产栽培水稻群体无效分蘖和无效叶面积少,群体源库协调。（3）超高产栽培水稻根系活力、光合能力在孕穗期、齐穗期均高于普通高产栽培水稻,超高产栽培有利于水稻生育中后期有机物的积累。因此超级稻超高产栽培的主要技术途径是：（1）在一定穗数基础上,通过主攻大穗扩大库容;（2）培养健壮个体,减少无效分蘖,提高分蘖成穗率和粒叶比,协调源库关系;（3）提高根系活力和净光合速率。     

水稻超高产育种的理论与实践

对国内外水稻超高产育种研究历史、现状和发展趋势进行了综合分析与评述,认为水稻单产水平已经历了由矮化育种和杂种优势利用带来的两次大的飞跃.进一步高产,难度将越来越大.第三次单产水平的飞跃将产生于以理想株型与优势利用相结合为导向的超高产育种.实践证明,利用籼粳稻亚种间杂交或地理远缘杂交创造株型变异和强优势,再通过优化性状组配将二者结合起来,是选育新株型超高产品种或杂交稻行之有效的途径.本文还简要介绍了北方粳稻超高产育种研究的进展情况.     

超高产杂交粳稻育种研究与实践

阐述了超高产杂交粳稻育种的历史、生产应用现状和存在的问题,认为发掘与利用优异基因资源、进行杂种优势利用的技术创新是杂交粳稻取得突破的前提,提出了南方水稻主产区超高产杂交粳稻育种途径和株型模式,并育成产量潜力12t/hm2的超高产杂交粳稻组合。建议加强超高产杂交粳稻配套栽培技术研究和技术培训。     

硅对杂交粳稻干物质与养分积累及产量的影响

比较研究了硅对杂交粳稻和常规粳稻干物质与养分积累及产量的影响,结果表明:施用硅肥对杂交粳稻增加籽粒产量、提高干物质积累量的效应大于常规粳稻;同时在促进水稻植株对N、P和K吸收的作用上,也表现出对杂交粳稻的作用较为明显,尤其对促进K的吸收,效应更为明显.杂交粳稻对硅的需求量高于常规粳稻.建议在杂交粳稻高产超高产栽培中注意硅肥的施用.