水稻的发展史,你了解多少?

2017-03-23 | 作者: 余四斌 熊银 肖景华 | 标签: 水稻

水稻是我国乃至世界上最重要的粮食作物之一,它提供了全球近50%人口的食物来源。水稻增产对保障粮食安全和人民生活水平具有极其重要的作用。到2050年,全球人口增长预期将超过90亿,要求粮食产量持续增长才能满足人口增长的需求。中国是世界上最大的水稻生产国和稻米消费国。如何用全世界7%的耕地养活全世界22%的人口,一直是我国农业科学家面临的巨大挑战。

近60多年来,我国科学家围绕水稻高产目标,通过一系列的品种选育与应用推广,极大地提高了水稻的产量水平。特别是杂交稻的培育与应用研究对保障我国和世界粮食安全做出了巨大的贡献。

►1964年, 袁隆平先生提出利用水稻杂种优势的设想并开展不育系选育研究。
►1973年, 三系(不育系、保持系和恢复系)杂交稻配套成功。杂交稻的培育与应用, 使我国水稻生产上了一个新的台阶。
►1987年,袁隆平提出发展杂交稻的战略目标,并指出杂种优势利用与植株形态改良相结合可作为培育我国超级杂交稻的重要技术路线。
►1989年,国际水稻研究所等机构提出了“超级稻”(Super Rice)的概念并启动了超高产育种计划。
►1996年,我国农业部组织实施了“中国超级稻研究”项目,开展株型改良与杂种优势利用相结合的超级杂交稻研究。
► 随后,超级杂交稻单产水平不断获得突破,实现了从水稻单产400 kg(1995年),到700 kg (2000年)、800 kg (2004年)、900 kg (2011年)和1000 kg(2014年) 的高产目标。截至2015年,我国冠名超级杂交稻新品种有80多个,大面积示范试验单产一般能达到600 kg/亩,比普通品种增产50 kg/亩。超级稻的培育与应用使我国水稻生产又上了一个台阶。

不过,我国水稻生产在大面积水平上的产量增幅比较缓慢,平均亩产近20年来徘徊在420 kg左右,与“超级稻”品种所体现的高产潜力还有较大差距。这主要是因为,超级稻高产攻关是一个系统性工程,需要配套相应的高产栽培技术,比普通的水稻生产投入更大。与此同时,以高产为主要目标的水稻生产逐渐形成了“以高投入换高产量”的思路和方式,目前面临着新的重大挑战:

❶ 化肥使用量急剧增加。我国化肥用量在1950-2010年的60年间增加100倍,而粮食产量仅增加4.13倍;氮肥用量较世界其他水稻主产国高出约75%,但利用效率远低于其他国家。
❷ 病虫害连年严重发生。水稻的主要病虫害,如稻瘟病、白叶枯病、稻飞虱和螟虫等危害每年造成的产量损失一般在15-30%。而病虫害防治以化学农药防治为主,喷施大量农药增加了生产成本,更对生态环境产生一系列的负效应。
❸ 我国是水资源缺乏的国家,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%。同时由于不同生态稻区的雨量分布以及水资源丰缺不均,导致季节性的干旱频发。因此,“高投入、高消耗、低效益”的生产方式,已经不符合当前资源节约型、环境友好型的“两型农业”可持续发展的要求。

— 超高产育种与超级稻 —


超级稻以及超高产育种无法解决作物生产与资源环境日益突出的矛盾,因此,水稻育种目标与生产方式需要大的转变。

► 早在1998年,为解决作物生产和环境资源之间日益突出的矛盾,李振声先生倡导农业科研领域的主要目标之一要为“第二次绿色革命”准备基因资源。
► 2001年,农业部重大专项“参与全球水稻分子育种计划研究”正式启动,希望利用各水稻主产国的丰富的品种资源,与当地优良的推广品种大规模杂交,结合分子标记技术,培育出大量的优异品种。在项目实施过程中,培育抗病、抗虫、抗逆、营养高效、高产、优质等性状于一体的“绿色超级稻”理念开始形成。
► 张启发等(2005年)提出了“绿色超级稻”(Green Super Rice)的思想,要求培育一类“绿色超级稻”新品种,除高产优质特性外,还应具有对主要病虫的抗性,对水资源和氮磷肥料的高效利用,以及抗旱性明显增强等特性,最终实现水稻生产上“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”的目标。

— 两型农业要求绿色超级稻 —

绿色超级稻理念得到了国内外同行的积极响应和实践。“绿色超级稻”已成为国内外水稻育种的新目标。我国科技部将“绿色超级稻新品种选育”作为现代农业技术领域的重点(大)项目进行了资助(2010-)。“为非洲和亚洲资源贫瘠地区培育绿色超级稻”国际合作项目得到了比尔和梅琳达·盖茨基金会的资助(2008-)。国内30多家水稻育种和科研院所正承担着绿色超级稻的研究工作,并建立了覆盖国内所有的生态稻作区的分子育种合作网络。在国际上也形成了非洲和亚洲13个国家科研单位和国际机构如国际水稻研究所等参与的绿色超级稻新品种选育与应用的协作网络。

— “五省二增”之绿色超级稻 —

目前,绿色超级稻的培育已经取得系列进展和成果。培育出初步具有绿色性状(如抗多种主要病虫害、或节水抗旱、或氮磷高效利用,优质高产)的水稻新品种50余个。筛选出适应不同水稻种植区域的具有绿色性状的优良品系近70个;一批绿色超级稻新品种结合高效的绿色种植模式,如不用育秧移栽而直接将种子播于大田的“水稻直播”方式以及种一茬收获两季的“再生稻”等模式,已在不同生态区域展开试验示范。综合试验表明,绿色超级稻新品种加上绿色种植模式可以达到省工、省种、省药、省水、省肥、增产和增收的效果。近3年来,绿色超级稻示范推广面积累计达6000多万亩,生态效益和经济效益明显。

作者:余四斌, 熊银, 肖景华, 等.
节选自:杂交稻与绿色超级稻. 科学通报, 2016, 61: 3797–3803 

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来源:中国科学杂志社

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