杂交水稻的育种战略设想

杂交水稻的育种战略设想 袁 隆 平 (湖南杂交水稻研究中心 ) (一 ) 农业生产和作物育种的历史 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 , 凡在育种上有所突破 , 就会给农业生产带来一次飞 跃 。如杂交玉米和高粱 , 矮秆水稻和小麦等的育成和应用 , 都大幅度地提高了这些作物的产量 。 杂交水稻培育成功 , 属于水稻育种上的一项突破 。 生产实践证明 , 在相同条件下 , 杂交 水稻一般比普通良种增产20 %左右。 近年来 , 杂交水稻的种植面积约占全国水稻面积 的四分 1详J凡为l‘冲 不Ž一通”/一no月性品Q.尸月一J性育盛,自 , 娜仁丈一,‘J怪,二白、月丙一.0.0 户1一 之一 , 其产量则占稻谷总产的三分之一左右 ( 见表 1 ) 。 由此可见 , 进一步发展杂交水 稻 , 对提高我 国粮食产量具有十分重要的战 略意义。 事物的发展是无止境的 , 特别是在人为 控制下 , 事物的发展规律是螺旋形上升的 。 我国杂交水稻的研究和利用虽然成绩巨大 , 表 1 1 9 8 5年 全 国水稻种植 面积 和产量 面 积 ( 百万公顷 ) 全部水稻 杂交水稻 杂交水稻 / 全部水稻 3 1 . 8 总 产 〔百万吨 ) 16 6 . 9 5 4 . 6 2 6 . 4买 1 3 2 . ?拓 但从育种上分析 , 现在的杂交水稻只是处于发展初期阶段 , 她还蕴藏着巨大的增产潜力 , 具 有广阔的发展前景 。 根据国内外对水稻杂种优势利用研究的新进展 、 新动向和发展趋势 , 我 个人认为 , 杂交水稻的育种 , 无论在育种方法上还是在杂种优势水平上 , 都具有三个战略发 展阶段 , 而每进入一个新阶段都是一次新突破 , 从而会把水稻的产量推向一个更高的水平 。 ( 二 ) 从育种方法上说 , 杂交水稻的育种可分为三系法 、 两系法和一系法三个战略发展一阶 段 , 朝着程序上由繁到简而效率越来越高的方向发展 。 1 . 三 系法 。 即培育和生产杂交水稻必须做到不育系 、 保持系和恢复系 “三系” 配套 。 这是行之有效的经典方法 , 当前正处于方兴未艾时期 , 预计在今后 5 一 I D年内仍将继续作为 选育杂交水稻新组合的主要方法 。 但是 , 三系法的育种程序和生产环节较复杂 , 以致选育新 组合的周期长、 效率低 , 推广环节多 、 速度慢 , 同时种子成本高、 价格贵 , 这些都是三系法 杂交水稻在种植面积上和提高产量上受到限制的内在不 利因素 。 所以 , 从杂种优势育种的长 远战略上考虑 , 三系法应设法用其它较先进的方法来取代 。 三系法迟早要被淘汰 , 这是杂交 水稻育种科学发展的必然趋势 。 2 . 两 系法 。 分光敏核不育系法和化学杀雄法两种 。 本文所讨论的两系法仅指前者 , 因 为此法最有希望 , 预计在不久的将来便可逐步取代三系法 。 由石明松发现继而由湖北省协作组基本上培育成功的水稻光敏核雄性不育系 , 是水稻育 种上的又一次突破 , 将使杂交水稻的发展跨入一个新阶段 。 这种核不育系的雄性不育主要受 一对隐性核基因控制而与细胞质无关 。 在长 日照条件下 , 表现完全雄性不育 , 在短 日照条件 下 , 则表现可育 , 能 自交结实 。 利用这种遗传工具于杂交水稻育种和制种具有三大优越性 : ( 1 ) 配组 自由 , 选育出优良组合的机率比三系法大大增加。 由于不育性是受隐性基因 控制的 , 所有正常品种都能使其育性恢复正常 , 都是恢复系 。 育种工作者在选配组合时 , 不 必去考虑父本有无恢复基因的 问题 。 而在三系法中 , 往往出现这样的情况 : 有些组合表现出 很强的杂种优势 , 而父本却无恢复力 ; 或者结实率良好的组合却不表现杂种优势 。 ( 2 ) 一系两用 。 在长 日照下 ( 夏季 ) 可用于制种 ; 在短 日照下 ( 春 、 秋 ) 可用于 自身 的繁殖 , 业不需要借助保持系 。 因而能简化繁殖 、 制种程序 , 使种子成本下降 。 ( 3 ) 避免不育细胞质的负效应 。 光敏核不育系的研究成绩很大 , 然而尚未达到实用阶 段 。 今后还须对其遗传规律和转换机制作深入研究 ; 要在不 同的地理位置和生态条件下鉴定 其适用范围 , 要加强 和扩大协作研究 , 加快选育步伐 , 使之尽 .早应用于生产 。 3 . 一 系法 。 即培育不分离的F , 杂种 , 将杂种优势固定下来 , 免除制种。 从理论上讲固 定F ,杂种优势的可能途径有多种 , 我个人认为 , 其中以培育无融合生殖系最有前途 。 无融合生殖是指 以种子形式进行繁殖的无性生殖方式 ( 无性种子繁殖 ) , 它可使世代更 迭但不改变核型 , 后代的遗传结构与母体相 同 , 因此 , 通过这种生殖方式可将F l杂种优势固 定下来。 育种工作者只要获得一个优良的 F , 杂种单株 , 就能凭借种子繁殖 , 迅速在大面积生 产上推广。 无融合生殖育种是一项新的育种方法 , 成败的关键在于能否获得可资利用的无融合生殖 基因 。 水稻在这方面的研究才刚刚开始 , 目前尚处于探索阶段 。 禾本科是拥有无融合生殖的 属和种最多的科之一 , 因此 , 从理论上推测 , 在稻属中很可能 存在无融合生殖基因。 同时 , 还可通过远缘杂交和遗传 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 的方法 , 把异属的无融合生殖基因导入水稻 。 总之 , 利用无融 合生殖于水稻杂种优势育种是一项价值极大 , 颇有希望但难度很大的研究课题 , 应将其列为 长远的战略目标 。 (三 ) 从杂种优势的水平上分 , 杂交水稻育种可分为品种间 、 亚种间和远缘杂种优势的利用三 个发展阶段 。 1 . 品种间杂种优势 。 目前生产上应用的杂交水稻属此范畴 。 由于品种间的亲缘关系较 近 , 杂种优势是有限的。 新杂交组合的选育可以继续在生育期 、 米质 、 抗性和不育系 的异交 率等方面有所改良和提高 , 但若仅依靠品种间杂交想在现有基础上再取得产量上的突破 ), 看 来很难办 到 。 作物育种的实践和成就表明 , 只有采用崭新的材料和方法 , 才能在产量或其它方面取得 突破。 因此 , 杂交水稻育种必须冲出品种间杂交的框框 , 寻求新的优势途径 , 才能使产量有 新的飞跃 。 就当前的育种科学和技术水平来看 , 最有希望且能在较短的时期内取得成效的途 径 , 是直接利用釉梗杂种优势。 表 2 粳 私F , 杂种的 产量潜 力 , 2 . 亚种 间杂种优势 。 釉 、 粳和爪哇稻 为普通栽培稻的三个亚种 。 众所周 知 , 亚种 间杂种尤其是釉梗杂种具 有 巨 大 的产量潜 力 。 这里仅举湖南杂交水稻研究中心栽培研 究室 1 9 8 6年的一个观察试验例子 , 即足以说 明 (见表 2 ) 。 株高 {(厘汁 颖花数 / 穗 颖花数 / 株 结实‘ ! 实 产 (男 ) (斤 / 厘) 城特2 3 2 (粳 )又 2 6窄早(粕 ) 1 2 0 ! 2 6 9 . 6 1了7 9 . 4 64 . 0 1 1 1 . 0 威优3 6(对照 ) { 8 9 10 2 . 6 8 00 . 3 9 2 . 9 1 1 1 . 5 优势拓 { 3 4 . 8 16 2 . 8 1 2 2 . 4 {一 4 1 . 。⋯一 4 : 3 从表 2 可知 , 城特 2 3 2 x 2 6窄早 的 每亩 . 小区面积0 . 01 亩 , 7 月2阳 插秧 . 株行距 4 x 6 寸 。 颖花数 比对照多 1 22 % , 可达 4 4 0 0万 以上 , 尽管结实率仅54 % , 但产量几乎与品种间强优组合 威优35 相当 。 如果能将结实率提高到 80 % , 作双季晚稻栽培 , 其产量潜力每亩可超过 16汗斤 。 直接利用强大的釉粳杂种优势是育种工作者多年来梦寐以求的愿望 , 但一直未能实现 , 主要难关在于无法解决杂种结实率低的问题 。 直到最近 , 经 日本池桥宏等人的研究, 终于揭 露了釉梗不亲和性和由此而引起的杂种结实率低的本质 , 表面上看起来很复杂的不亲和性现 象基本上只受一对主基因所控制 , 这个基因存在于许多的广亲和性品种中 , 称为广亲和力基 因。 这项卓越研究是理论上的一大贡献 , 为解决釉粳杂种 F :结实率低的间题指明了方向 。 现在 , 我们已掌握了攻克这个难关的基本方法和材料 , 预计在不久的将来 , 就能实现利用釉 粳杂种优势的愿望 。 3 . 远缘杂种优势 。 远缘杂交水稻特别是属间杂交水稻 , 可能具有人们今天还难以想象的强 大优势 , 现在提出这个 目标 , 似乎带有科学幻想的性质 , 但从生物技术的发展来看 , 它的实 现业非没有可能 。 利用无融合生殖和借助遗传工程 , 可能是培育远缘杂交水稻最有希望的途 径和方法 。 ( 四 ) 上述的三种育种方法和三种优势水平之间存在着一定的内在关系 。 三系法主要适用于选 育品种间杂交组合 , 选育亚种间组合固然可以 , 但难度较大 。 两系法对选育品种间和亚种间 组合均适用 , 但用于亚种间杂交则能更好地发挥其优越性 。 至于远缘杂种优势, 唯有通过一 系法才能利用 。 这样 , 就可把杂交水稻的育种综括地划分三个战略发展阶段 : ( 1 ) 三 系法为主的品种间杂种优势利用 。 ( 2 ) 两 系法为主 的亚种间 ( 耘、 粳 ) 杂种优势利用 。 《 3 ) 一 系法远缘杂种优势利用 。 ( 参考 文献 6 篇略 ) 开发粮食生产 的新途径 —论发展杂交早稻生产的价值湖湘省 农牧业厅粮油处 杂交早稻配二季晚梗 (简称早杂晚梗 ) 是湖北省在水稻生产中开辟的一条新途径 。 经过 连续四年的系统试验和较大范围的扩大示范 , 它显示了强大的优势和生命力 , 有着片阔的发 展前景 。 发展杂交早稻 , 是打破我省目前早稻产量徘徊局面的有效途径 。 早稻在我省是得天独厚 的一季作物 , 既无致害的低 、 高温影响 , 又无早涝威胁, 一直被认为是稳产高产作物 。 但近 几年来 , 早稻生产出现了徘徊被动的状况 , 远不及二季晚稻生产的发展速度 。 “六五” 期 间 , 由于杂交晚稻的发展和常规晚梗良种的更新 , 生产水平有了明显的提高 , 大大缩小了 早、 晚稻之间的产量差距 。 1 9 7 9年 , 早 、 晚稻亩产相差 125 公斤 , 到 1 9 8 5年只相差 30 公斤 , 1 9 7 9一1 9 8 5年的六年中 , 晚稻亩产以年平2 1 . 4公斤的递增速度上升 , 而同期早稻年平递增速 度只有5 。 5公斤 , 晚稻的发展速度几乎为早稻的 4 倍 。 究其原因 , 在于早稻没有更高产 、 优 质 、多抗的新品种来取代生产上已退化的品种 。早稻生产的这种被动局面若不尽快解决 , 势必 使这季当家作物 , 不能在全省粮食增产中发挥应有的作用 。 要改变当前早稻生产停滞状态 , 发展杂交早稻是一条最有效的途径 。 近几年大面积杂交早稻的高产实践表明 : 种一亩杂交稻 . 此文由姜达炳同志执笔