第二次绿色革命展望--利用亚种间杂种优势选育"超级稻"

一、引言 20世纪50年代以来,世界水稻育种发生了两次大的突破:第一次是50年代开始的"矮秆多穗育种"(即"矮化育种",下同);第二次是70年代开始的"半矮秆穗粒兼顾育种"(含杂种F1代优势利用--"杂交稻育种"和杂种非F1代优势重组的纯合利利用--"理想株型育种",下同).这两次水稻育种突破都首先发生在我国,都是以提高经济系数为主要增产途径,即第一次绿色革命.这两次突破使水稻育种发生了根本性的变化,也使我国及世界的水稻生产发生了两次大的飞跃,对于满足不断增长的人类对粮食的需要起到了关键性的作用.     

绿色革命六十载,天下粮安系终生──半矮秆水稻之父黄耀祥院士的学术成就回顾

在水稻矮化育种成功 60 周年之际,回顾了黄耀祥院士在水稻育种研究方面的巨大成就。1959 年 通过人工杂交成功培育出世界上第一个大面积应用的水稻矮秆品种——广场矮,开创了一条水稻矮化育种的新 途径。水稻矮化育种的成功,使水稻单产实现了第一次飞跃,与墨西哥的小麦矮化育种一起,引领了农业史上 的第一次绿色革命,并为第二次绿色革命——杂交水稻的研究与发展奠定了重要基础。此后,在水稻矮化育种 基础上,黄耀祥院士先后开创了水稻丛化育种、半矮杆“早长”超高产育种、半矮秆“早长、根深”超高产（特） 优质育种和超级稻育种,创建了高效的杂交育种“组群筛选法”,从而建立了水稻生态育种科学体系,丰富和 发展了水稻育种学。黄耀祥院士带领育种团队先后培育出 60 多个水稻新品种,其中推广面积超过 66.7 万 hm2 的 品种有 15 个,先后获得国家、省 ( 部 ) 级等各类科技成果奖 15 项,为我国粮食增产和水稻科技进步作出了重大 贡献。通过回顾黄耀祥院士在水稻育种研究上取得的主要成就,展示他不断解决水稻生产问题的思路和方法, 总结他求真务实、敏锐创新、甘于奉献、执着追求的精神品质,以期对农业科研工作者有所启迪和激励作用。     

水稻超高产育种的目标与途径的探讨

本文对水稻超高产育种的目标与途径进行了系统的探讨和研究。要较大辐度地突破现有水稻品种的产量,进行水稻超高产育种是唯一的出路。水稻超高产育种的目标应分三步实现:第一步比现有品种增产10％以上;第二步比现有品种增产20—30％;第三步比现有品种增产50％以上,即单产达11250Kg/hm~2,水稻超高产育种的途经主要是杂种优势的利用,籼粳亚种间杂交,无融合生殖。遗传工程,品种间杂交育种。     

大穗型超级杂交粳稻辽优3072产量结构及灌浆特性研究

对北方大穗型超级杂交粳稻辽优3072进行了产量结构和灌浆特性的研究。结果表明：辽优3072在产量结构上表现出了较强的杂交优势，比对照辽粳294增产明显。辽优3072在灌浆上的特点为穗上、中、下各部间干物质充实及灌浆速率差异较小：穗下部灌浆启动早，后期灌浆速率大；整穗表现出较强的持续灌浆能力。辽优3072良好的籽粒灌浆特性是其在产量上表现出超高产的生理基础之一。同时探讨了利用水稻杂交优势选育具有特异灌浆特性的杂交组合的育种思路以及在北方冷凉稻区推广大穗型超级杂交粳稻品种的可能性。     

介绍两个广亲和抗病虫粳稻品系

水稻广亲和基因的发现,使籼粳亚种间的杂种优势应用于生产成为现实,从而开创了一条超高产的新途径。现在一些优良组合的试验试种表明,亚种间杂种有很大的增产潜力及产量形成的生物学基础,一般可较常规稻增产20％左右。因而广亲和性水稻品种的筛选、鉴定与研究,引起了水稻育种工作者的广泛重视。目前,在我国云南地区的籼粳中间类型稻种、美国的推广品种及籼粳杂交的后代中,都先后筛选到一些广亲和材料。然而,除少数新选育的广亲和系如江苏     

水稻新种质——沈农89—366特性遗传研究（I）：沈农89—366种质F1代 …

沈阳８９－３６６是偏矮秆粳稻,与粳,籼,爪哇３种类型品种杂交,Ｆ１代结实率与亲本无显著差异,具有广亲和性,与爪哇型品种发交Ｆ１代优势性状多而强,与偏矮秆品种杂交Ｆ１代株高半矮秆,是水稻超高产交育种有应用前景的新种质。     

不同穗型寒地水稻高产栽培肥密模式研究

为了实现水稻超高产生产目标,采用小区对比法研究了不同肥密水平对不同穗型寒地水稻产量的影响,并分析其高产结构。结果表明:加大施肥量,进一步稀植后,与理论产量相比,穗重型品种松粳9号的实际产量仍有提高空间。中间型品种松粳5号和穗数型品种松粳3号的实际产量在3个密度下都有提高空间。松粳9号穗粒数随施肥量增加穗粒数增加幅度较大,说明靠穗重增加而增产;松粳5号和松粳3号穗粒数增加幅度较小,是靠增加穗数而增产。穗重型品种适宜密度20穴·m-2,中间型和穗数型品种适宜密度均为23穴·m-2。     

我国水稻育种技术发展历程回顾

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,水稻育种技术的发展,除了重视产量的提高外,分子育种技术的发展则更加注重稻米品质、营养、抗病虫害、抗寒、耐热等方面潜力的挖掘。     

小麦超高产基因型的株型结构问题

 从小麦的株型结构、目前超高产小麦基因型的株型结构和超高产基因型株型结构改良的策略3个方面,对小麦超高产基因型的株型结构问题进行了讨论。通过对小叶矮秆中大穗高密度松散型、中叶中高秆大穗中密度型和大叶中矮秆大穗紧凑低密度型3种不同类型超高产基因型株型结构的主要性状特征及生产能力分析认为,上述3种类型都具备超高产的产量能力,但小叶矮秆中大穗高密度松散型产量潜力最高。     

水稻育种策略论

我国水稻育种成绩显著,有力地促进了产量的提高。但是,跟我们的队伍和工作量相比,效率还是比较低的。本文试用遗传学原理,剖析育种史,就育种策略发表一些不成熟的见解。 一、水稻育种历史的回顾 1.矮基因立下汗马功劳 国际上誉为“绿色革命”的矮化育种,水稻方面始于我国。我国五十年代开始培育矮秆水稻品种,六十年代矮秆取代高秆,产量也就相应有了一次飞跃。 矮秆品种丰产的遗传学原理,详见“图1”所示。 矮基因遗传效应不仅是“矮”,还有多方面的表现。据研究,水稻矮化育种所利用的矮基因,通过转录与翻译控制“吲哚乙酸氧化酶”的活性,相对于“高基因”有效高的活性水平。“吲哚乙酸氧化酶”     

水稻复合杂交选育大穗型组合的研究

本文根据四川盆地的生态条件，提出了选育大穗型杂交组合，以提高杂交水稻穗着粒数和实粒数，增粒增产选育提高产组合的技术路线，并采用复合杂交的方法进行了选育实践，获得了一批大穗型组合，为超高产育种奠定了理论和实践基础。     

重穗型籼粳杂交稻甬优6号超高产生理特性

【目的】探明籼粳杂交稻甬优6号的重穗、超高产与生理特性的关系。【方法】以重穗型籼粳杂交稻甬优6号、轻穗型常规晚粳稻秀水63和中穗型籼型杂交晚稻汕优63为试验材料,进行组合(品种)间物质生产过程中的"源、流、库"等生理特性的对比考查与测定,研究和探讨甬优6号超高产的生理特性。【结果】重穗型籼粳杂交稻甬优6号突出的生理特性是:①"源足",表现为叶面积指数大、叶片功能期较长、叶绿素含量多、叶片光合速率高、比叶重和粒叶比较大;②"流畅",为齐穗期单株茎鞘物质向成熟期的穗部输出量大、输出率和转换率高;③"库大",为单位面积总颖花量和有效颖花量多、库容量大、穗重5g以上;④"根强",为次生根发达、根量大、根活力强、根冠比值高,为地上部生长健壮抗倒、活熟到老并实现超高产提供根本保障。【结论】从重穗型的甬优6号优良生理特性得到启示:为实现籼粳杂交稻的超高产目标,育种者在选择亲本,尤其是筛选F1代时,应着重鉴别亲本、新组合物质生产过程中"源、流、库"的协调性,以及根冠比值的适宜大小。     

亚种间重穗型杂交稻穗颈维管束与穗部性状的关系

本文对亚种间重穗型杂交稻穗颈维管束特征及籽粒充实进行了研究。结果表明：亚种间重穗型组合的维管束数目、单个维管束面积、维管束总面积、韧皮部总面积、木质部总面积均明显高于品种间杂交稻汕优63,从而促进了二次枝梗数、二次枝梗籽粒数的大量增加,这是其大穗的生物学基础;亚种间重穗型组合的维管束颖花负荷量及韧皮部的籽粒充实物的日流量的负荷量均低于汕优63,因而不仅其穗大,而且籽粒充实良好,单穗重提高,克服了籼粳亚种间杂交稻穗大而流不畅导致籽粒充实度差这一主要生理障碍;结果证明亚种间重穗型杂交稻选育方法为籼粳亚种间超高产育种提供了一条可行的技术途径。     

优质大粒水稻新品系“云香糯”的选育

 利用云南高秆大穗大粒品种"毫糯干相"与"IR₂₉"品种杂交育成了两个中矮秆、优质、大粒的水稻新品系—"云香糯一号"和"云香糯25号"。在云南、广西、四川等省的一些地区示范种植表观株型好、产量高、米质好、抗病力强。这两个新品系的育成,表明中矮秆、中穗大粒、优质、抗病性强等性状可以结合在一个品系中;并证实了云南高秆大穗大粒稻种资源在水稻高产育种中具有重要利用价值。     

不同株高粳稻氮素累积和转运的基因型差异

以矮秆粳稻4007、武运粳和高秆粳稻豫粳和云粳为材料，研究了不同株高水稻累积和转运氮素的基闪型差异。结果表明，4007和武运粳的产量显著高于豫粳和云粳。矮秆粳稻4007和武运粳在分蘖期累积的氮素量低于豫粳和云粳，开花期后吸收的氮素显著高于豫粳和云粳。矮秆粳稻转运到籽粒中的氮素转运量和转运率以及籽粒氮素产量均显著高于高秆粳稻，而成熟时残留在茎叶中的氮素低于高秆粳稻。上述结果表明，种植矮秆粳稻更有利于水稻高产和提高氮素的利用效率。     

南朝鲜水稻品种来敬、水原258等引种试种试验简报

南朝鲜的稻作科学工作者自1965年起用日本北海道的抗倒性极强的矮秆高产粳型品种虾夷与籼型品种台中本地1号、IR_8复杂交,1970年选出了偏籼型的新品种统一。其后又以统一或其姐妹系为亲本与IR_(24)等杂交,选育出了一系列半矮秆籼型高产品种密阳21、密阳22、密阳23、水原258、来敬等等。这些品种一般均有顶叶长而挺拔、秆矮穗大之特点,较粳型品种产量高,自1971年开始在南朝鲜推广,至1977年全面普及,取代了原有的粳型品种。此举对南朝鲜的水稻生产起了很大的推动作用,1977年的水稻单产较1970年提高了49.8％。     

宁夏水稻栽培品种的演变规律及高产育种途径

对宁夏水稻现代高产品种和栽培品种的演变分析结果表明,现代高产品种的特点是以穗粒数为中心的产量构成因素对产量的影响最大(r=0.7079^**)。栽培品种演变过程中,农艺性状变化趋势是穗粒数增加,株高由高秆→矮秆→半矮秆发展。构成水稻栽培品种变化的主要因子是:株型因子、粒数因子、产量因子和高矮因子,其贡献率分别为49.8%、28.75%、9.53%和5.59%。因此,宁夏水稻高产育种的方向是:以提高生物产量为基础,以增加穗粒数为突破口,适当增加株高和保持现有穗数,改善着粒密度和穗型,提高植株的光合能力及成熟性。高产育种的途径是:1.主攻穗粒数,建立良好的株型和合理的群体;2.利用广亲和材料为桥梁亲本,加强籼粳交育种;3.加强亲本选配和后代选择;4.处理好高产与熟期、抗病性、品质之间的关系。     

水稻穗部性状研究进展

1　水稻穗部性状研究概述水稻穗部形态是株型育种的重要研究内容[1、2]。穗部性状与产量的关系十分密切,水稻产量可被分解为每平方米穗数、每穗粒数、结实率和千粒重的乘积,或单位面积颖花数、结实率和千粒重的乘积[3、4]。如何构建理想的水稻穗部形态,优化产量构成因素,使单产水平迎来第三次飞跃,前人都做了大量的研究和报道[5]。杨守仁提出优化穗部性状组配,解决超高产、穗大与穗多的矛盾,并把直立大穗型指标纳入株型设计[6～8]。陈温福提出,增加生物产量是获得超高产的物质基础,优化产量结构是实现超高产的先决条件,利用籼粳稻亚种间杂交…     

国际水稻研究所的水稻育种

一、（IRRI）水稻育种的回顾20世纪60年代以来,国际水稻研究所（IRRI）水稻育种家们成功地培育了一系列现代水稻品种。这些被誉为"绿色革命"的品种具有显著的特点。1. 产量高　传统的水稻品种秆高、叶多、茎软、不抗倒耐肥,收获指数（干谷重／总干物重）只有0.3,产量低。针对这一点,IRRI选用中国的低脚乌尖作为杂交亲本,获取矮秆基因,培育出IRRI的第一个半矮生品种IR8。该品种分蘖力强、叶色深、叶片挺、茎秆硬、耐肥抗倒,收获指数高达0.5,产量是热带水稻的2倍。自那时以来,IRRI和水稻改良中心培育了800多个矮秆品种。2. …     

大穗型杂交水稻单产12.0t/hm~2超高产栽培技术实验分析

根据大穗型杂交水稻的特点,分析了大穗型品种单产12.0t/hm2的产量构成特点,提出"稳定穗数,主攻穗重"为超高产栽培目标及"前争蘖、中壮杆、后攻穗"的技术路线,采用"旱育壮秧、适龄移栽、三围立体栽培、适时调控、增施中后期肥、病虫综合防治"等配套技术进行实践。该配套技术增产效果十分显著。