1 我国水稻高产育种及其基本经验
1.1 我国水稻高产育种的简要回顾
我国水稻高产和超高产育种大致可分为矮化育种、杂交稻育种和超级稻育种三个阶段。
1.1.1 矮化育种阶段 20世纪50年代初,我国种植的农家品种表现高秆、不耐肥、抗倒性差,产量潜力一般只有6 t/hm2左右。1956年,广东农民在受台风侵袭倒伏的稻田中发现了天然的矮生抗倒株,选育出第一个矮秆籼稻“矮脚南特”。以此为契机,广东省农业科学院黄耀祥先生等开展了水稻矮化育种,育成以“广陆矮4号”和“桂朝2号”为代表的一批矮秆品种,由于抗倒性增强,产量水平比原有当家品种提高20%~30%,产量潜力超过7.5 t/hm2。之后,IRRI以我国的“低脚乌尖”为材料,育成以“奇迹稻”IR8为代表的矮化品种。水稻矮化育种和其他主要农作物的矮化育种一起被称为第一次绿色革命。
1.1.2 杂交稻育种 1973年,我国完成杂交籼稻的三系配套。之后,育成以“南优2号”和“汕优63”为代表的一大批杂交稻。由于具有明显的杂种优势,一大批杂交稻的产量水平超过9 t/hm2,比常规品种提高20%,使我国水稻单产再上新台阶。
1.1.3 超级稻育种 1984年以来,我国水稻单产处于徘徊状态。为保障粮食安全,国家在863计划、总理基金等项目中启动了超级稻育种课题。制定了两个阶段的目标,以一季中稻为例,“九五”期间的产量指标为lO.5 t/hm2,“十五”期间则是12 t/hm2。在国家杂交水稻工程技术研究中心和中国水稻研究所的牵头组织下,国内多家科研院所参加协作攻关。至“九五”期末,第一阶段的目标顺利实现,育成以“两优培九”和“协优9308”为代表的超级稻若干个。在较大面积上单产水平超过10.5 t/hm2,比大面积当家杂交稻增产15%。目前,超级稻育种方兴未艾,育种家们正围绕第二期目标而努力奋斗。
1.2 我国水稻高产育种的基本经验
1.2.1 有利基因的利用 我国水稻育种的实践证明,每次突破均有赖于有利基因的发现和利用。矮化育种是基于矮秆基因sd1的发现和利用,杂交稻育种的突破离不开野败型细胞质的发现和三系配套,而超级稻育种采用的主要技术方法,即籼粳杂种 F1优势的利用,有赖于广亲和基因S5-n的发现和开发利用。
1.2.2 杂种优势的利用 杂交水稻开创了自花授粉作物利用杂种优势的成功之例,这是以袁隆平先生为代表的我国农学家对世界粮食安全作出的巨大贡献。
水稻存在不同层次水平的杂种优势,不断提高杂种优势水平是持续提高产量的有效途径。利用品种间杂种优势是我国20世纪70~80年代杂交稻育种的基本成功经验。利用或部分利用亚种间杂种优势是目前超级杂交稻育种的主要技术途径和成功经验。在未来的水稻育种中,还可以利用亲缘关系更远的远缘杂种优势来进一步提高杂种优势水平。远缘杂种具有巨大的潜力,利用这种杂种优势是育种家们梦寐以求的目标,虽然会有很多的难点,但期望会给水稻育种带来巨大突破。
1.2.3 株型改良 不断改良株型也是我国水稻超高产育种的基本经验。从农家品种的高秆披叶型逐步改良为矮秆直叶型,从注重形态改良逐渐发展到形态和机能改良并重,不但改善了光能利用效率,增加了抗倒伏能力,还增强了水稻的生理功能。从不同阶段水稻品种的株叶形态就可以看到超高产育种在株型改良方面的进步。
2 笔者的水稻超高产育种实践
2.1 20世纪70~80年代的籼粳杂交育种
太湖流域及江淮地区是南方粳稻的主产区,人们习惯食用粳米。历史经验表明,该地区的粳稻品种难以用其他生态区域育成的品种来替代。由于70年代粳稻单产远低于杂交籼稻,因此粳稻面积急剧下降。在借鉴和学习黄耀祥先生籼稻“生态育种决策下的矮化育种”的理论与实践的基础上,从本生态区的特点出发,进行了粳稻育种研究。在粳稻与籼稻有利性状的结合上,考虑到籼粳杂交后代的性状不易稳定和杂交亲和性问题,采用了籼粳杂种F1与粳稻复交培育粳稻品种的方法。通过实践,于70年代末育成南粳35、紫金糯等品种。南粳35上部叶片厚、深绿、株型挺拔、穗型较大、粒型略小,在高产栽培条件下小面积产量10.8 t/hm2。曾在江苏连云港几百公顷连片丰产方种植,平均产量9 t/hm2,成了当时有轰动效应的品种。籼粳杂交育种已成为选育超高产粳稻的主要方法,现南方种植的粳稻品种多数带有籼稻和粳稻的混合血缘。
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