揭秘水稻育种发展的“基因”

2018-03-09 | 作者: 刘定富 | 标签: 水稻



关于植物育种的意义,国际种子联盟(International SeedFederation, ISF)在其官网上这样表述,植物育种支撑农业可持续发展,满足人口增长的各种需求,不仅仅只是人类的食物,还有动物的饲料、燃料和纤维。植物育种有助于少投入多产出,改进资源利用效率,降低环境压力。种子就是生命!可见,植物育种对人类的重要性不言而喻。

现在我们已经知道,遗传有规律,遗传学就是研究生物变异和遗传的科学。育种也有规律,育种学就是研究育种理论、技术和方法的科学。那么,植物遗传育种的发展进步有无规律呢?似乎未见有人研究!本文以水稻育种为例,试图揭示水稻育种进步的规律,破解水稻育种发展的“基因”,让种业人掌握水稻育种的“密码”,加快水稻育种进步。对其他作物的育种,也提供借鉴参考。

一、史前期的作物育种——植物驯化

关于农作物遗传育种的文字记载,最早可追溯到约1500年前的《齐民要术》(成书于533-544年),该书述及了农作物的变异、选种、留种、种子生活力、相对性状及性状相关等遗传育种问题。

关于“变异”的论述有,“种杂者,禾则早晚不均”。

关于“相对性状”有清晰的认识,“凡谷,成熟有早晚,苗秆有高下,收实有多少,质性有强弱,米味有美恶,粒实有息耗。”这里列举了生育期的早晚、株高的高矮、产量的高低、茎秆的强弱、米质的好坏、出米率的高低等6对相对性状。比孟德尔的“相对性状”描述早了1300多年。

关于“性状相关性”更是简明精辟,“早熟者苗短而收多,晚熟者苗长而收少。强苗者短,黄谷之属是也;弱苗者长,青、白、黑是也。收少者美而耗,收多者恶而息也。”简明深刻地阐释了上述性状彼此之间的关系!

关于“留种”有:“粟、黍、穄、粱、秫,常岁别收,选好穗纯色者。”“取麦种,侯熟可获,择穗大强者斩。”“取禾种,择高大者,把悬高燥处,苗则不败。”这就是近代“系统育种”理论中的“穗选”,中国的祖先们至少在1400多年前就总结出来。所以,汉语有了“籽饱苗壮”、“母大儿粗”等词语。

关于“选种和晒种”有,“将种前二十许日,开出,水淘,浮秕去,则无莠。即晒令燥,种之。”这便是现今重力选、风筛选的原始方法。

关于“种子生活力”有,“凡五谷种子,浥郁(热蒸)则不生;生者亦寻死。”

关于“用种量”与“密度与地力”,“禾,美田欲稠,薄田欲稀;大、小豆和稻,则美田欲稀,薄田欲稠”。

这些记述,比达尔文的《进化论》早了1300多年。达尔文在谈到自己的理论时指出,“我的某些研究方向,是受了中国的一部农学大百科全书的启示,进化论也是如此。”达尔文所指的大百科全书极有可能就是《齐民要术》。他在1858年发现了选择(selection)的作用,进而总结出《进化论》。

这一时期的特征是:植物的自然进化一直在进行,人工驯化由农民开始,他们选择最好的野生物种培育成作物;后来人类发现了变异,认识到了选择的作用,总结了种子生活力的一些规律,认识了相对性状及性状间的相关性,开始了系统选择育种,农民、育种家参与其中,一些优良的自然变异得以利用。

二、水稻杂交育种开端

科学的植物育种起始于1865年孟德尔的豌豆杂交试验,他发现了“遗传因子”并总结出“独立分离”和“自由组合”定律,奠定了经典遗传学的理论基础,植物科学家和育种学家通过杂交的手段,结合双亲的优良性状培育改良作物品种,开启了杂交育种新时代。

中国水稻的杂交育种,始于20世纪20年代。丁颖1924年从日本留学归国,在广东大学农科学院任教。他1927年在广东茂名筹建南路稻作育种场,用1926年发现的野生稻与农家种杂交,1933年选育出 “中山1号”,是世界上第一次用野生稻种质与栽培稻育种工作的成功尝试。1936年用野生稻与栽培稻杂交,获得世界上第一个水稻“千粒穗”品系,曾引起东亚稻作学界极大关注。

这一时期的特征是,稻的分类、起源研究,育种方法仍以系统育种为主,杂交育种成果不多。我国水稻系统育种培育了许多优良品种。

三、水稻育种第一次革命——矮秆育种


自20世纪20年代末开展水稻杂交育种以来,品种改良工作直到50年代仍然局限于高秆品种,在较高水肥条件下往往招致倒伏,不能使产量有大幅度的提高。中国于1950年代中期开始水稻矮秆育种,其标志性事件有:

1955年广西农家品种“矮仔占”(1941年从南洋引进)的推广;

1956年洪群英、洪春利在“南特号”大田中发现株高仅70厘米的矮秆变异株,并命名“矮脚南特”;

1956年,广东省农科院黄耀祥团队从广西引种“矮仔占”并开展育种工作,用系统育种方法选育出“矮仔占4号”,并以此为亲本与高秆品种“广场13”杂交,于1959年培育出第一个以杂交育种方法育成的矮秆品种“广场矮”。

同期,台湾也在独立开展矮秆育种,台湾台中区农业试验场1949年以“低脚乌尖”为母本、“菜园种”为父本配组,1956年育成“台中在来1号”。

这些事件引起了中国水稻生产的第一次革命,此后,水稻育种进入“矮秆时代”。

六十多年间,矮秆育种在中国大陆诞生了16个年推广面积过千万亩的品种,见表1。广场矮最大年推广面积出现在1965年,为800万亩,由于是第一个杂交品种,故列入;二九丰推广面积1987年为997万亩,非常接近1000万亩,也列入。

表1  矮秆革命以来杂交育种培育出来的水稻大品种

品种名

类型

育成年份

育成单位

来源

最大年面积万亩

出现年份

1

广场矮

早籼

1959

广东省农科院

矮仔占4号/广场13

800

1965

2

珍珠矮11

早籼

1962

广东省农科院

矮仔占4号/惠阳珍珠早

3683

1974

3

珍珠矮

早籼

1962

广东省农科院

矮仔占4号/惠阳珍珠早

3073

1978

4

农虎6号

晚粳

1965

浙江省嘉兴地区农科所

农垦58/老虎稻

1083

1974

5

广陆矮4号

早籼

1967

广东省农科院

广场矮3784号/陆财号

7429

1978

6

二九青

早籼

1969

浙江省农科院

二九矮7号/青小金早

1453

1977

7

先锋一号

早籼

1969

浙江农业大学

广场矮6号/陆财号

1457

1978

8

泸成17

中籼

1969

四川省农科院水稻所

广场矮1号/成都1号

1000

1973

9

泸双1011

中籼

1969

四川省农科院水稻所

矮脚南特/马边双须谷

1000

1975

10

窄叶青8号

早籼

1971

广东省农科院

花龙水田谷/塘竹F4/鸡对伦

1014

1977

11

湘矮早9号

早籼

1972

湖南省农科院水稻所

IR8/湘矮早4号

1819

1980

12

二白矮1号

晚籼

1973

广东省农科院

秋二矮/秋白矮

1021

1979

13

桂朝2号

早籼

1976

广东省农科院

桂阳矮49/朝阳早18

4065

1982

14

桂朝13

早籼

1977

广东省农科院

桂阳矮49/朝阳早18

1022

1983

15

双桂1号

早籼

1979

广东省农科院

桂阳矮C17/桂朝2号

1218

1985

16

二九丰

早籼

1982

浙江省嘉兴地区农科所

IR29/原丰早

997

1987

17

双谷矮

早籼

1984

广东省农科院

青二矮/青四矮/谷农13

1281

1988

16

中嘉早17

2008

中国水稻研究所、浙江省嘉兴市农业科学研究院

中选181/嘉育253

1023

2015


从表1可见,矮秆育种标志性品种有珍珠矮、广陆矮4号、桂朝2号,分别在1961年,1966年和1976年育成,均出自黄耀祥院士之手,分别在1974年、1978年和1982年达到推广高峰,分别达3683万亩、7429万亩和4066万亩。新世纪席卷中国南方稻区、出自广东省农科院周少川研究员之手的黄华占(2005年首次审定,已通过8省审定),也应该归于矮秆革命的继续和升华。

这一时期的重要遗传资源是:矮仔占、矮脚南特、南特号、IR系列、农垦58等。



第一次革命的显著特征是:由高秆变成矮秆,由系统育种变成杂交育种,抗倒性、耐密性、耐肥性大大提高,产量水平大幅提高。

四、水稻育种第二次革命——三系育种

我国水稻杂种优势利用的开创性研究由袁隆平始于1964年,但之后多年一直没有突破。直到1970年11月袁隆平的助手李必湖在海南发现花粉败育的野生稻,三系法杂交水稻育种才可以说算真正开端。1973年颜龙安最先选育出“珍汕97A”野败籼型不育系,同年张先程最先发现野败籼型不育系的强优势恢复系IR24,几乎同时,袁隆平团队也培育出强优势组合“南优2号”(二九南1号A/IR24)。我国野败籼型杂交水稻“三系”完成配套,并选配出若干强优势组合,导致了中国水稻育种和生产的第二次革命。1976年籼型杂交稻开始在全国大面积推广,成为世界上第一个成功进行水稻杂种优势商品化利用的国家。

1970年代初期开始的三系法杂交水稻育种,生产应用上的最具标志性品种有南优2号、汕优63,其主要育种人分别是袁隆平和谢华安,分别在1973年和1984年育成,在1978年和1990年达到推广高峰,分别达4469万亩和10200万亩。

除了南优2号和汕优63之外,年推广面积过千万亩或进入全国杂交水稻推广面积前3名的三系杂交水稻品种见表2,共22个。

表2  年推广面积过千万亩或进入全国杂交水稻推广面积前3名的三系杂交水稻品种

品种名称

育成年份

第一育种单位

亲本来源

最大年面积万亩

出现年份

1

南优2号

1973

全国水稻杂优利用协作组

二九南1号A/IR24

4469

1978

2

南优3号

1973

全国水稻杂优利用协作组

二九南1号A/IR661

1206

1978

3

南优6号

1973

全国水稻杂优利用协作组

二九南1号A/IR26

1145

1978

4

汕优3号

1975

全国水稻杂优利用协作组

珍汕97A/IR661

1200

1978

5

汕优6号

1976

全国水稻杂优利用协作组

珍汕97A/IR26

2608

1984

6

威优6号

1976

湖南省贺家山原种场

V20A/IR26

2200

1985

7

四优6号

1977

湖南省水稻杂优利用协作组

V41A/IR26

2300

1985

8

威优64

1981

湖南杂交水稻研究中心等

V20A/测64-7

2500

1988

9

汕优63

1981

福建省三明市农科所

珍汕97A/明恢63

10200

1990

10

博优64

1989

广西博白县农业科学研究所

博A/测64-7

1007

1990

11

汕优桂33

1983

广西农科院水稻所

珍汕97A/桂33

1210

1987

12

汕优64

1984

浙江省武义县和杭州市种子公司

珍汕97A/测64-7

1949

1988

13

D优63

1984

四川农业大学等

D珍汕97A/明恢63

1453

1988

14

汕优多系1号

1993

四川省内江市农科所

珍汕97A/多系1号

1031

1996

15

冈优22

1995

四川省农科院作物所

冈46A/CDR22

2419

1998

16

Ⅱ优838

1995

四川省原子能应用研究所

Ⅱ-32A/辐恢838

1186

2000

17

金优207

1998

湖南杂交水稻研究中心

金23A/207R

1080

2004

18

Ⅱ优501

1993

绵阳市农业科学研究所

Ⅱ-32-8A/绵恢501

926

1999

19

冈优725

1998

绵阳市农业科学研究所

冈46A/绵恢725

963

2002

20

金优402

1997

湖南省安江农业学校

金23A/R402

802

2006

21

五优308

2006

广东省农业科学院水稻研究所

五丰A/广恢308

497

2013

22

天优华占

2008

中国水稻研究所等

天丰A/华占

350

2015



在三系法杂交稻育种时代,最重要的亲本资源除了野败不育株、IR系以外,珍汕97、明恢63分别是最重要的不育(保持)系和恢复系资源。经过分析,年推广面积过千万亩或前3名的三系法杂交水稻大品种的父母本均分别是明恢63和珍汕97的衍生系!



第二次革命的显著特征是:由常规稻变成杂交稻,由杂交育种扩展至三系育种,品种间杂种优势得以利用,F1代杂交种穗大粒多分蘖多,产量进一步提高。

五、水稻育种第三次革命——两系育种

石明松1973年在晚粳“农垦58”大田中发现3株雄性不育株,第二年利用其自然结实的种子种植了48株,有雄性不育、可育两种类型。此后6年,他对不育株进行测交和回交时发现,不育株的再生分蘖上能自交结实,分期播种的结果表明育性与光照长度有关。由此,他提出了水稻育种的全新设想:在长日高温下制种,在短日低温下繁殖,一系两用。于1981年提出“两用核不育系”概念,划时代的“两系法杂交水稻技术”由此开端。

两系法杂交稻的育性受核基因控制,没有恢保关系,配组自由;稻种资源利用率高,选育出优良组合机率高;亲本种子繁育程序简单,成本低等优点。1980年代后期,开展两系法杂交水稻育种全国攻关,该项目经过20多年的攻关,建立了光温敏不育系的两系法杂种优势有效利用的新途径,解决了三系法杂交稻的主要限制因素,使水稻杂种优势利用进入一个新阶段。籼粳亚种间杂交,使得水稻产量、品质又上了一个新台阶,培育出了若干超级稻品种,这可谓是中国水稻研究和生产的第三次大突破。

两系法杂交水稻标志性品种是“两优培九”,由江苏省农科院邹江石培育,1999年首次审定,2002年推广面积达到1238万亩。此后,虽然未再出现年推广面积过千万亩的品种,但从2002年起至2015年,除2004年以外,两系法杂交稻13年蝉联杂交稻品种年推广面积第一,2009-2011年全国推广面积前3名的杂交稻均为两系法杂交稻品种。2002年起,进入全国杂交水稻推广面积前3名的两系法杂交水稻品种见表3,共8个。

表3 全国杂交水稻推广面积前3名的两系品种

品种名称

首审年份

最大年推广面积

亲本来源

最大年面积万亩

出现年份

1

两优培九

1999

江苏省农业科学院粮食作物研究所

培矮64S/9311

1238

2002

2

丰两优1号

2003

合肥丰乐种业股份有限公司

广占63S/9311

597

2007

3

扬两优6号

2003

江苏里下河地区农业科学研究所

广占63-4S/9311

549

2008

4

新两优6号

2005

安微荃银农业高科技研究所

新安S/安选6号

457

2009

5

Y两优1号

2006

湖南省杂交水稻研究中心

Y58S/9311

565

2012

6

两优6326

2007

宣城市农业科学研究所

宣69S/WH26

426

2009

7

深两优5814

2008

国家杂交水稻工程技术研究中心清华深圳龙岗研究所

Y58S/丙4114

465

2014

8

C两优华占

2013

湖南金色农华种业科技有限公司

C815S/华占

326

2016


在两系法杂交稻育种时代,最重要的亲本资源除了农垦58S以外,培矮64S、广占63S、扬稻6号(9311)分别是最重要的不育系和恢复系资源,几乎所有主流两系法杂交水稻大品种(年推广面积前3名)的父母本均分别是9311和培矮64S、广占63S的衍生系!

两系法杂交水稻是我国国际首创的拥有自主知识产权的科技成果,为农作物遗传改良提供了新的理论和技术方法,确保了我国杂交水稻研究与应用的世界领先地位。借鉴两系法杂交稻的理论和经验,两系油菜、高梁、小麦相继研究成功,为难以实现三系法杂种优势利用的作物提供了新方法。



第三次革命的显著特征是:稻米品质显著提升,育种方法由三系法变为两系法,籼粳亚种间优势得以利用,产量潜力进一步提高,抗性有所增强。

六、水稻育种三次革命的动因
 

综览水稻育种的三次革命,发现有惊人的相似之处,每一次都是起始于一个重大的科学发现,找到并利用了特殊的基因资源,创新或者印证了遗传育种理论,推动了育种技术的重大进步。这说明,重大科学现象和基因资源的发现、理论创新、技术进步是作物育种发展的“基因”!以水稻为例,水稻三次革命的动因归纳于表4。

4 水稻育种革命的动因表解

 

第一次革命

第二次革命

第三次革命

第一次革命延续

第二、三次革命延续?还是第四次革命?

科学现象

矮秆

雄性不育和恢复

光温敏雄性不育

 

三系两系共烣

理论基础

遗传重组定律

雄性不育和杂种优势

基因环境互作

 

基因聚合

技术发展

杂交育种

三系育种

两系育种

杂交育种

杂交育种

三系育种

两系育种

资源发现

矮仔占、矮脚南特(1958

野败(1970)、IR81966

农垦58S1973),

 

SC2-S62008

重要亲本

矮仔占、矮脚南特

珍汕97、明恢63

培矮64、广占639311

空育99IR8

华占、五山丝苗等

代表品种(育成或审定年份)

珍珠矮(1961)、广陆矮4号(1966)、桂朝2号(1976

南优2号(1973)、汕优631984

两优培九(1999

空育1311997

龙粳312011

中嘉早172008

天优华占(2008)、C两优华占(2013)、晶两优华占(2013

最高年种植面积

珍珠矮19743683万亩;

广陆矮419787429万亩;

桂朝219824066万亩

南优219784469万亩

汕优63 19901.02亿亩

两优培九20061174万亩

空育131 20041300万亩

龙粳31 20131692万亩

中嘉早17 20151023万亩

天优华占2015350万亩

C两优华占2016326万亩

核心资源引入经过

矮仔占由马来西亚华侨甘利南19417月逃难带回故乡广西容县。

IR8IR系列于1960年代从IRRI引进

1957年引进农垦58

空育131是黑龙江省农垦科学院1990年从吉林农科院引进的日本品种, 1997年农垦总局审定推广,2000年黑龙江省认定推广。

华占是中国水稻所以引自马来西亚的SC2-S6为基础材料,经过反复测交与系统选育而成的恢复系。(据网载)


更为令人惊奇的是,这三次重大突破,都与国外引进的遗传资源直接相关。矮仔占是我国最早用于水稻矮化育种的主体矮源,原产南洋群岛,1941年引入我国,1955年推广并将其作亲本,育成了156个品种。三系法杂交水稻早期的恢复系均是从国际水稻研究所引进的IR系列品种,后期的恢复系其恢复基因也来源于此。IR24具有矮秆、抗病、丰产等特点,1971年从国际水稻所引入我国,以其做杂交亲本已育成31个优良常规品种,在生产上大面积推广。两系法杂交水稻的光温敏核不育基因更是直接来源引自日本、在中国大面积直接应用的农垦58,1973年种植面积达3292万亩。
 
上述事实和分析似乎表明,只有新的遗传资源的发现和利用,才会有育种技术的实质性进步,才会有新一代的超大规模种植品种的育成。这似乎告诫我们,水稻育种家要想培育出新一代的大品种,必须利用新的特异性遗传资源和新的育种技术。否则,只会步前人的后尘,虽然也能培育出新品种,但很难培育出具有突破意义的超大规模种植的品种。
 
可见,加强国外水稻资源的引入、评价和利用,对于丰富我国稻种资源宝库和增加遗传多样性意义重大,更重要的是还可能推进我国育种技术的进步,这也是应对各国激烈争夺生物资源的战略决策。
 
同时,我们应该清醒地认识到,第一,育种材料的发掘与创新随着品种改良程度的提高而增加了难度。第二,育种技术的突破随着科学技术的进步变得越来越复杂,三系法杂交水稻育种比矮化育种中的系统选育和杂交育种复杂,同样来源于农垦58不育株的核不育基因在不同遗传背景下表现出不同的光温敏特性,使得两系法杂交水稻育种更为复杂且还有不少问题。第三,超大规模品种的出现随着育种机构的增加、审定品种的增多,其机会也在变小。因此,当前和今后特异性育种材料的发掘和创新对育种工作者提出了更高的要求和挑战。
 
回顾百年作物育种史,作物品种的演进大致经历了农家种、杂交品种(cultivar)、杂交种(hybrid)、生物技术性状(biotech trait)等阶段,这些阶段所基于的技术、理论、重大发现归纳于表5。

5 作物品种演进的动因

品种演进

基因利用

种业技术

理论提出

科学发现

农家种

个别基因自然变异

系统育种方法

进化论

选择作用、自然变异

杂交品种(cultivar

利用双亲优良基因

有性杂交育种

孟德尔遗传定律

植物性别、植物生殖行为、基因或遗传因子的发现

稻麦矮秆基因的发现、油菜低芥酸、低硫甙基因的发现和利用

远缘或者近远缘杂交

广亲和基因

DH

细胞遗传学

染色体加倍

随机改变个别基因

诱变育种

基因突变

物理、化学诱变因子

杂交种(hybrid

集中双亲全部基因

单交种、三交种、双交种技术

杂种优势

超亲现象,杂交有益、自交有害

三系法杂交种生产

细胞质雄性不育理论(三型学说)

雄性不育性

两系法杂交种生产

自交不亲和性学说

自交不亲和性

光温敏育性转换

水稻光温敏核不育

生技性状(biotech  trait

人工改造单个基因

转基因技术、基因组编辑技术

分子遗传学、DNA重组理论

DNA双螺旋结构


作物育种学作为一门重要学科,就技术而言,无非是在研究变异创造技术、变异选择技术、种子生产技术,见图1。

七、水稻育种的第四次革命在哪里?
 
中国水稻育种的三次革命,即矮秆杂交育种、三系法杂交稻育种和两系法杂交水稻育种,分别起始于1950年代中期、1970年代初期、1980年代末期,基本上是20年一次。第三次革命已经过去将近30年了,对于第四次革命,水稻种业人都在急切地期盼,甚至拼命地努力!那么,水稻育种的第四次革命可能是什么呢?根据做着三次水稻育种革命动因分析的逻辑,第四次水稻育种革命有以下几种可能。
 
1. 转Bt基因抗虫水稻
 
按照本文的逻辑,抗虫转基因水稻本来足以导致中国水稻育种的第四次革命,并且分别在2004年和2009年看到了曙光,遗憾的是两次都惨遭夭折,“革命”没有启动。转基因抗虫水稻完全具备了推进育种革命的三大要素:重大基因资源发现(Bt基因)、理论创新(分子遗传学)、技术进步(转基因技术)。并且,转基因玉米、棉花、大豆、油菜、甜菜、苜蓿等都成功地推进了这些作物的育种革命!今天看来,这一最大可能性推动水稻第四次革命的转基因技术,在中国已经变得至少十年内没有可能!下图是相间种植的转基因抗虫水稻(绿色)和非转基因水稻(稻纵卷叶螟危害后呈灰白色)。




那么,除此之外,还有别的什么可能?作者预测,还有籼粳杂交稻、华占时代即优良恢复系时代两种可能。按照作者的育种革命推进因素逻辑,对可能的第四次革命分析如表6。

第四次水稻革命的预测

 

1. Bt抗虫水稻

2. 籼粳杂交稻

3. 华占时代

基因资源

Bt基因

粳稻基因组、广亲和基因

若干优良基因

理论创新

分子遗传学

远缘杂交、杂种优势理论

经典遗传学

技术进步

转基因技术

籼粳搭桥

分子技术辅助选择

实证

GMO玉米大豆等

初现端倪

迹象明显

不利因素

政策、民众心理

技术、理论偏弱

技术、理论偏弱

实现概率%

30%

70%

90%

 
2. 籼粳杂交稻
 

亚种间杂种优势利用,是水稻杂种优势利用必然进入的领域。现在已经有了多方面的突破。一是籼粳交杂交稻新品种选育快速发展,至今仅“甬优”系列就多达19个,还至少有浙优18,共计20个籼粳交杂交稻品种,其中有8个品种通过国家审定。
 
二是农业部在确认超级稻品种时已把“籼粳交杂交稻”作为一个新类型,并且至少有甬优6号(2006)、甬优12(2011)、甬优15(2013)、甬优538(2015)、甬优2640(2017)和浙优18(2015)等6个籼粳交杂交稻品种被确定为超级稻品种,在有效的130个超级稻品种中占有不小的比例。
 
三是“籼不粳恢”模式取得重大进展,华南农大、湖北省农科院的成果接近实用阶段等。
 
在籼粳交育种时代,作者建议水稻育种借鉴“玉米杂种优势群”的理论,严格分别建立父母本杂种优势群,亲本育种在群内进行,配组在群间进行,避免父母本遗传血缘混杂。
 
3. 华占时代

 
华占现象已经十分明了。根据国家水稻数据中心(截至2017年8月15日)的公开信息,笔者统计,以“华占”为父本,已审定59个品种,其中三系组合44个、两系组合15个;申请品种权保护尚未通过审定的杂交组合26个,其中北京金色农华种业科技有限公司申请保护24个!以“华占”为父本,正在区试中的品种更多,估计全国2017年在100个以上,仅湖北省2017年生产试验3个,区试中7个,其中继续试验3个,新参试4个,绿色通道、联合体试验还不在其中。初步估计,最终直接以“华占”为父本审定的品种全国有可能达300个以上,以其衍生系为父本的品种或许会更多。目前“雅占”、R028、R0861便是。
 
从2008年“天优华占”通过审定开始,以“华占”为父本审定的品种数量之多,以“华占”为父本组配的组合在区试中的数量之多,以“华占”为父本组配的组合申请品种权保护的数量之多,让人瞠目结舌,成为中国水稻育种史上的一大“奇观”!作者把这一现象称为“华占现象”,直接以“华占”为父本的,称为“华占现象1.0”,以“华占”的衍生系为父本的,称为“华占现象2.0”。
 
从2013-2015年全国种植面积前10的杂交稻品种,和江西省2015-2017年的主导品种都可以看出,一个“华占浪潮“已经来临!

7  2013-2015年全国种植面积前10的品种

 

2013

2014

2015

1

Y两优1

深两优5814

深两优5814

2

五优308

Y两优1

Y两优1

3

深两优5814

五优308

五优308

4

天优华占

天优华占

天优华占

5

扬两优6

扬两优6

扬两优6

6

冈优188

中浙优1

丰两优1

7

新两优6

冈优188

川优6203

8

中浙优1

新两优6

冈优188

9

岳优9113

岳优9113

五优华占

10

五丰优T025

丰两优1

C两优华占

 
2013-2015年全国种植面积前10的杂交稻品种,华占配组的品种在2013和2014年还只有天优华占1个,在2015年就有了天优华占、C两优华占和五优华占3个。2016和2017年只会增多,不会减少。

表8是江西省2015-2017年的主导品种。华占、华占衍生系配制的组合已占据主导地位,比如2017年晚稻8个主推品种中多达5个!

江西省2015-2017年水稻主导品种

年度

早稻

一季稻

晚稻

常规品种

杂交品种

常规品种

杂交品种

杂交品种

2015

中嘉早17
 
中早39

早丰优402
 
株两优1
 
潭两优83
 
株两优39

赣晚籼38号(外七)
 
五山丝苗
 
黄华占

Y两优5867
 
深两优5814
 
天优华占

泰优398
 
五优华占
 
科优6418
 
五优308
 
荣优华占

2016

中嘉早17

株两优1
 
陆两优35
 
陵两优722
 
潭两优83

五山丝苗
 
美香占2
 
黄华占
 
赣晚籼38号(原名外七)

天优华占
 Y
两优5867
 
甬优1538

泰优398
 
五优华占
 
荣优华占
 
早丰优华占
 
吉优雅占

2017

中嘉早17
 
江早361

陵两优722
 
潭两优83
 
株两优171

黄华占
 
赣晚籼37号(原名926
 
美香新占
 
赣晚籼38号(原名外七)

天优华占
 
和两优625
 
晶两优华占

泰优398
 
五优华占
 
泰优98
 
五优61
 
早丰优华占
 
吉优雅占
 
荣优华占
 
天优雅占

 
综上所述,华占正在导致新一轮的品种更新换代,能否算得上导致第四次水稻育种革命,还有待观察,关键是看生产上的效果。

在水稻育种方面,还有似乎可能导致革命的研究领域,比如多倍体水稻、智能核不育、洁田抗除草剂水稻等,不过离生产实际应用还需时日,我们只能拭目以待。

八、结束语
 
综上所述,重大发现、理论创新、技术进步、基因资源是水稻育种发展的“基因”!水稻育种已经经历了矮秆基因的发现和杂交育种、三系法杂交水稻、两系法杂交水稻三次革命,现在或许正在孕育第四次革命,转基因或籼粳交杂交稻、华占时代?回顾新中国60多年的水稻育种和生产应用,出现了以下标志性品种,明显分成4个阶段。
 

中国水稻育种阶段、代表品种及核心亲本

育种阶段

标志性品种

育成时间

最大年面积(万亩)

出现年份

核心亲本

矮秆育种

矮仔占

1941年引进

300

1959

 

珍珠矮

1961

3683

1974

矮仔占

广陆矮4

1966

7429

1978

矮仔占

桂朝2

1976

4066

1982

矮仔占

三系育种

珍汕97

 

 

 

 

IR8

1967年引进

1370

1971

 

南优2

1973

4469

1978

野败AIR8

汕优63

1984

10200

1990

珍汕97AIR系列

两系育种

农垦58

1957年引进

3292

1973

 

两优培九

1999

1258

2001

农垦58S9311

华占时代

华占

2008年保护

 

 

 

天优华占

2008

350

2015

珍汕97A,华占

C两优华占

2013

326

2016

农垦58S,华占

 
作者推测,重大发现、理论创新、技术进步、基因资源或许也是作物育种发展的“基因”!从美国的育种历史看,玉米育种经历了双交种和三交种技术、单交种、转基因技术三次革命,第四次革命或许由基因组编辑技术推动。大豆育种经历了杂交育种、转基因技术两次革命;加拿大油菜育种经历了低芥酸、低硫甙基因的发现及Canola(双低油菜)的诞生、杂种优势利用、转基因三次革命;中国的棉花育种经历了杂交育种、杂种优势利用、转基因三次革命;主要农作物中只有小麦还仅仅经历了矮秆基因的发现及杂交育种一次显著的革命。
 
国际种子联盟秘书长在2017年23卷第3期《亚洲种子》杂志上提出了“植物育种创新”的讨论,用下图总结了植物育种的里程碑事件。



上图与本文的核心结论——重大发现、理论创新、技术进步、基因资源或许也是作物育种发展的“基因”——十分一致,算作本文结论的另一支撑吧,何况这是来自国际种子联盟呢?!

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来源:金玉良种

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