绿色超级稻培育的战略设想

2005-07-21　来源：光明日报　作者:中国科学院院士 张启发 我有话说

张启发植物遗传和分子生物学家。1976年毕业于华中农学院，1985年在美国加利福尼亚大学戴维斯分校获遗传学博士学位。现任华中农业大学生命科学技术学院院长、作物遗传改良国家重点实验室主任。

在过去半个世纪里，我国的水稻育种实现了两次重要突破：第一次是60年代矮化育种的成功，把水稻产量提高了20% 30%；第二次是70年代中期杂交水稻的研究成功，水稻产量在矮秆良种的基础上又增长20%左右。为进一步提高品种的产量潜力，我国的水稻育种界于上世纪90年代中期提出以利用水稻亚种间杂种优势为主的超级稻计划。通过近10年的努力，该计划已取得较大成功，培育出的超级稻新品种的产量潜力有较大突破。但要使超级稻的产量潜力在大面积生产中得以实现，除要求高产、优质外，还应着重针对以下问题：1、增加品种的抗病虫性，减少农药的施用量。高产栽培中的病虫危害逐年加重，喷施大量农药既加重农民的负担，使农民增产不增收，又严重破坏人类赖以生存的生态环境，还造成食物中的农药残留，危害人类健康。2、培育肥料高效利用的品种，在保持高产、稳产的同时降低肥料用量。我国很多地区稻田的施肥量已经超过了土地的承受能力，大量施肥除加重农民负担外，土壤退化、江河湖海的富营养化正成为农业和环境可持续发展的严重障碍。3、培育耐旱品种，降低水稻用水。我国农业耗水约占全国总耗水量的70%，而水稻的用水约占整个农业耗水的70%。我国西北地区长期缺水、华北地区旱灾频繁，由于雨量分布在季节上不平衡，旱灾在长江流域和华南稻区的发生频率近年也有很大提高。

为保障我国农业与环境的可持续和谐发展，我们提出开展“绿色超级稻”培育的设想，其基本目标是：在不断提高产量、改良品质的基础上，实现基本不打农药，大量少施化肥，节水抗旱。

“绿色超级稻”培育的基本思路是：将品种资源研究、基因组研究和分子技术育种紧密结合，加强重要性状生物学的基础研究和基因发掘，进行品种改良，培育大批抗病、抗虫、抗逆、营养高效、高产、优质的新品种。

“高产、优质”长期以来一直是育种界关注的焦点，在国家很多计划中均已有安排，这里不作讨论。对于“基本不打农药，大量少施化肥，节水抗旱”等“绿色水稻”的目标，根据现有的研究基础，可分三个阶段来实现。

第一阶段目标：基本不打农药。国内外多年的研究发现积累了一大批可资利用的抗稻飞虱、稻瘟等重要病虫害的稻种资源；鉴定、定位和分离了多个抗病基因；通过转基因和基因集合，培育出带有多种抗性基因组合的水稻新材料和新品系。可以认为，水稻抗病虫的基因资源和品种基础已经基本具备，只要应用得当，这些材料的大面积推广有可能实现水稻生产基本不打农药的目标。期待在今后的5年内，我国抗病虫水稻品种的推广会有大的进展。

第二阶段目标：大量少施化肥。可持续农业要求施肥量大幅度减少，但随着施肥量的减少，田间营养元素的浓度将大幅度降低。因此，少施化肥的技术含义应该是：在田间营养元素浓度降低的情况下水稻能有足够的吸收，即有高的吸收效率；对已吸收的营养元素能充分利用，即高的利用效率。根据我国稻田肥力的现状，营养高效品种的培育可分两步进行：第一步以提高利用效率为主，即培育高效利用的品种；第二步以提高吸收效率为主。

目前我国在营养高效基因的研究方面有了较好的基础，已分离到能显著提高氮磷利用效率的基因，并已培育出转基因株系，还筛选出一批营养高效吸收利用的种质资源；并通过遗传分析的方法，鉴定了一些氮、磷高效基因。通过转基因技术和分子标记辅助选择相结合，可望在8 10年内培育出氮磷高效的新品种。

第三阶段目标：抗旱节水。近年来，我国主要稻区的旱灾有加剧的趋势，伏旱和秋旱的频繁发生造成水稻大幅度减产，对粮食安全构成严重威胁，培育抗旱节水的水稻品种显得十分紧迫。陆稻是水稻抗旱性改良的首选资源，近年的研究已鉴定出多份抗旱性强且农艺性状优良的陆稻品种，可直接作为亲本用于水稻抗旱育种。用这些亲本制作的作图群体已鉴定分析了大量抗旱性状的高效基因，可用于分子标记辅助育种。通过对模式植物的研究，已鉴定出一批耐旱基因，用其中一些培育的转基因水稻也已表现出较强的抗旱性。通过转基因技术和分子标记辅助选择相结合，可望在10年内培育出抗旱性明显增强的水稻新品种。

“绿色超级稻”的培育和应用可有效缓解我国由于经济快速发展、人口快速增加对资源的需求和与环境可持续发展的尖锐矛盾，对于农业、环境和社会的协调发展意义深远，势在必行。希望引起有关方面的关注和支持。