新形势下湖北省水稻育种创新的思考

作者:未知

  摘要:随着农业供给侧结构性改革的推进,水稻(Oryza sativa L.)种植业由数量增长型向质量增长型转变,新的高效种植模式快速发展,给湖北省水稻育种创新带来了新的挑战和机遇。针对新形势下湖北省水稻产业发展需求,应加强水稻科研团队整合和分工协作,重点开展以适宜机械化生产的杂交中稻、优质常规稻、再生稻、优质两系杂交中粳稻、节水抗旱稻等为主要方向的育种创新,为湖北省水稻产业高质量发展提供品种支撑。
  关键词:水稻(Oryza sativa L.);育种;创新;农业供给侧结构性改革;湖北省
  中图分类号:S511         文献标识码:A
  文章编号:0439-8114(2019)23-0027-04
  DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.23.005           开放科学(资源服务)标识码(OSID):
  Thoughts on rice breeding innovation of Hubei province under the new situation
  WAN Bing-liang1,2,XU De-ze1,2,LI Jin-bo1,2,ZHOU Lei1,2,XU Hua-shan1,2,
  LIU Kai1,2,CHEN Shao-yu1,2,YOU Ai-qing1,2
  (1.Institute of Food Crop Research,Hubei Academy of Agricultural Sciences/Hubei Key Laboratory of Food Crop Germplasm Innovation and Genetic Improvement,Wuhan 430064,China;2.Yangtze University,Hubei Collaborative Innovation Center for Grain Industry,Jingzhou 434025, Hubei,China)
  Abstract: With the advance of agricultural supply-side structural reform, the rice (Oryza sativa L.) planting industry changed from quantity-oriented growth to quality-oriented growth, and the new efficient planting pattern developed rapidly, which brought new challenges and opportunities to the rice breeding innovation of Hubei province. In order to meet the needs of the development of Hubei rice industry under the new situation, it was necessary to integrate various research personnel resources, strengthen dividing the work and cooperation, and focus on the breeding of hybrid rice suitable for mechanized production, high-quality conventional rice, ratooning rice, japonica two-line hybrid rice with high quality, and water-saving rice, which was, so as to provide variety support for the high-quality development of Hubei rice industry.
  Key words: rice(Oryza sativa L.); breeding; innovation; agricultural supply-side structural reform; Hubei province
  据湖北省统计局统计,2017年湖北省水稻(Oryza sativa L.)播种面积236.81万hm2,占湖北省粮食作物播种面积的48.80%;稻谷产量1 927.16万t,占粮食总产量的67.71%[1]。水稻产业对保障湖北省粮食安全以及促进农村社会经济发展和农民增收起着极其重要的作用。“十三五”以来,随着农业供给侧结构性改革的推进,水稻种植业方向从产量导向转变为质量、效益导向,新的高效种植模式快速发展,给水稻育种创新提出了新要求,也明确了当前及今后一段时期内的水稻育种方向。本研究就完成这一任务所面临的挑战、机遇和育种创新思路进行了思考分析。
  1  湖北省水稻育种创新面临的挑战
  1.1 种质创新不足,缺乏重大原创性的水稻品种
  21世纪以来,湖北省推广面积较大的水稻品种,如杂交稻品种两优培九、扬两优6号、丰两优4号,常规稻品种黄华占等均为外省品种。造成这种局面的根本原因是湖北省品种创新不足,大多数育种材料创制主要是围绕恢复系9311、华占和不育系广占63S、培矮64S等几个重要亲本进行改良。根据国家水稻数据中心(http://www.ricedata.cn/variety/)数据显示,2005年以来湖北省审定的籼型两系不育系18个,其中11个不育系以广占63S作亲本;2008年以来审定籼型常规稻品种7个,其中4个品种有黄华占遗传背景。这种“跟踪”式育种导致培育出的品种遗传背景同质化严重,品种的综合性状难以有创新性突破。据湖北省种子管理局统计,2017年湖北省市场水稻品种多达400多个,播种面积超过4.67萬hm2的3个杂交稻品种均为外来品种;在面积超过3.33万hm2的8个品种中,湖北省品种仅占3个。   1.2  创新力量分散,创新方向重复,特色不明显
  湖北省水稻育种技术力量主要集中在湖北省农业科学院粮食作物研究所、华中农业大学、武汉大学、湖北大学、长江大学及黄冈、宜昌、襄阳、孝感、荆州、恩施、咸宁等市州农业科学院,其中只有湖北省农业科学院粮食作物研究所、黄冈市农业科学院等少数单位科研团队较大,其余单位的水稻育种团队均较小。湖北省各种业公司的科研力量也较弱,其育种科研人员更少,难以与周边省份的种业公司,如湖南隆平种业有限公司、安徽荃银高科种业股份有限公司等相比。少数单位的育种创新具有一定的特色,如湖北省农业科学院的优质稻、武汉大学的红莲型杂交稻、湖北大学的杂交早稻、孝感的糯稻、黄冈农业科学院的晚稻等,大多数单位、团队存在育种方向分散、重复,品种特色优势不强的问题。
  1.3  基础研究与应用研究结合不紧密,育种创新成果水平不高
  水稻基础研究技术力量主要集中在以华中农业大学、武汉大学等为主的高校,育种应用主要集中在省市州农业科学院和种业公司。近几年来,一方面,高校水稻团队在水稻生物技术创新、重要农艺性状形成的分子机理解析及关键基因的挖掘等方面取得了许多突破性的成果,如水稻广亲和基因S5以及控制产量、抽穗期和株高综合性状基因Ghd7等[2,3],但这些成果主要还是停留在论文和专利层面,未能有效转化为技术来促进水稻育种创新,发挥其对产业的科技支撑作用;另一方面,农业科学院等主要从事育种应用研究的单位因缺乏新理论、新技术、新种质的支撑,导致育种效率不高。高校基础研究与农业科学院应用研究本应是优势互补,但因相互协作不够,结合不紧密,导致技术优势不能转化成高水平育种创新成果优势。
  1.4  育种创新跟不上产业升级,缺乏适销对路的品种
  “十二五”以前湖北省水稻育种主要还是围绕品种审定,而品种审定的标准相对单一,以突出产量为主,导致审定的品种针对性不强,特色不鲜明。“十三五”以来,随着湖北省农业供给侧结构性改革的不断深入,水稻种植业结构不断调整,新的种植模式不断出现,如水稻全程机械化生产、虾稻共作、“一种两收”再生稻、直播稻等。2018年,全省水稻综合机械化率达62.8%,居全国前列,其中,水稻机播(插)面积比率超过50%,机收面积比率达到98.8%;虾稻共作(稻渔综合种养)面积37万多公顷;再生稻面积20万多公顷;直播稻面积67万多公顷[4-6]。另外,随着种植结构调整,近年来棉花、玉米面积下降,一些水资源不足的地方,如鄂北岗地,对节水抗旱稻的需求在增加。这些新型种植模式对水稻品种提出了新要求,水稻全程机械化生产要求水稻品种早发性好、抗倒伏;虾稻共作水稻品种要求品质好、抗倒伏、抗病虫、生育期适中;再生稻品种要求再生性好、抗高温、再生季出米率高等,原有以产量为主的育种创新已经满足不了这些新模式的发展。
  2  湖北省水稻育种创新的机遇
  水稻产业升级对水稻品种提出了新要求,这既是挑战,也是机遇。因为新要求意味着一个新的起点,只要抓住了这个机遇,紧紧围绕产业发展需求,强化源头创新,就有可能实现湖北省育种创新的弯道超越。
  2.1  具有雄厚的技术力量
  湖北省是农业科技大省,水稻应用基础研究和育种应用研究方面的技术力量居国家前列。华中农业大学的水稻生物技术研究、绿色超级稻育种,武汉大学的红莲型杂交稻育种技术研究、抗褐飞虱水稻种质创新,湖北大学的多倍体水稻育种技术研究等方面均居国内或国际领先水平。在常规育种应用方面有湖北省农业科学院粮食作物研究所、黄冈市农业科学院、宜昌市农业科学院等一大批科研院所育种团队及湖北省种子集团有限公司等种业公司育种团队。只要整合各方力量,发挥各自优势,加强分工协作,就能够为湖北省水稻育种创新提供强有力的技术支撐。
  2.2  具有良好的协作创新平台
  湖北省农业科技创新中心、湖北省农业科技创新联盟整合了湖北省主要农业科技创新力量,围绕农业核心技术需求和制约现代农业发展的瓶颈开展协作攻关。2018年湖北省农业科技创新中心针对当前湖北省水稻产业发展需要,依托湖北省农业科学院粮食作物研究所,整合黄冈市农业科学院、宜昌市农业科学院、襄阳市农业科学院等地市州农业科学院水稻育种团队力量,成立了优质高效专用水稻种质创新与良种培育团队,根据产业发展和市场需求目标凝练育种方向,分工协作开展育种创新。为加快优质新型品种的审定推广速度,2019年由湖北省农业科学院粮食作物研究所牵头,华中农业大学、黄冈市农业科学院、中垦锦绣华农科技有限公司和湖北省种子集团有限公司等14家科研院(所)和种子企业共同参与成立了虾稻、再生稻科企创新联合体,开展虾稻、再生稻区域试验,旨在为虾稻共作和“一种两收”再生稻模式筛选优质专用品种。
  2.3  具有丰富的特色种质资源
  在长期的育种创新工作中,各创新团队积累了大量的种质材料。如优质籼稻鄂中5号、长粒香粳稻鄂香2号、优质两系不育系HD9802、抗稻瘟病两系不育系E农1S和EK2S、优质三系不育系巨风2A等[5-9]。依托湖北省农业科学院粮食作物研究所建立的湖北省作物种质资源保存中期库保存有水稻资源1万多份,以湖北省地方资源和非洲资源为特色,其中不乏抗病、抗虫、抗逆、优质及功能型的种质材料。根据已有鉴定结果,库中保存有抗稻瘟病资源428份,抗白叶枯病资源1 537份,中抗三化螟资源96份,抗褐飞虱资源144份,抗白背飞虱资源86份,其中对褐飞虱免疫的有34份,对白背飞虱免疫的有4份,其他高抗资源132份;另外还有湖北蕲春水葡萄、宣恩长坛青粘等优质食味材料。
  3  湖北省水稻育种创新方向
  针对湖北省水稻高效生产模式(机械化生产、虾稻共作、再生稻等)配套品种缺乏,模式增效潜力难以充分发挥的问题,强化顶层设计,突出问题导向和目标导向,重点围绕优质高效模式专用中稻品种(包括适宜机械化生产的杂交稻、高档优质常规稻、再生稻、优质两系杂交中粳稻及节水抗旱稻)进行材料创新、品种创新和应用基础研究,为湖北省水稻高效生产模式提供重大品种成果。   3.1  适宜机械化生产的杂交中稻种质创新与品种培育
  主要研究内容:①研究适宜机械化生产的水稻产量、品质形成的农艺性状基础,构建适宜机械化生产的水稻品种农艺性状特征模式。②适宜机械化生产的水稻种质创建。根据适宜机械化生产的水稻农艺性状特征模式,研究相关性状的遗传机理,发掘相关基因和标记;聚合优异性状,创制适宜机械化生产的杂交水稻不育系、恢复系,重点选育优质、易繁易制、配合力强的不育系及抗倒伏、抗病虫、耐热的恢复系。③以产量和品质为基础,以抗倒伏、抗病虫、耐热为重点,选育适宜机械化生产的杂交水稻品种。
  3.2  优质常规水稻(虾稻)种质创新与新品种培育
  主要研究内容:①优质种质材料收集及鉴定。收集国内外优质水稻种质材料,对稻米品质特征进行鉴定评价,筛选优异种质作为品质育种材料。②优质育种材料创建。在优异种质材料中鉴定品质性状基因,开发相关分子标记;聚合优异基因(粒型基因、直链淀粉含量基因、香味基因等),创制优质水稻育种材料。③优质品种选育。以外观品质为基础,以食味品质为重点,兼顾产量、病虫抗性,选育高档优质常规籼稻和粳稻品种。
  3.3  优质两系杂交中粳稻种质创新与品种培育
  主要研究内容:①粳型光温敏核不育系选育。综合运用杂交、分子标记和花药培养等育种技术手段,采用人工光温鉴定和冷水池低温鉴定方法,选育不育起点温度低、熟期适宜、异交结实率高、配合力强的两系粳稻不育系。②粳稻恢复系选育。聚合优异基因,利用籼粳交杂种优势,选育优质、抗病虫、耐高温、配合力强的粳稻恢复系。③组合测配。利用优良粳稻恢复系、不育系进行组合测配,培育符合育种目标的两系杂交中粳稻新品种。
  3.4  再生稻种质创新与品种培育
  主要研究内容:①再生稻专用品种农艺性状特征研究。研究再生稻生产模式下水稻产量、品质形成的农艺性状基础,构建再生稻专用品种农艺性状特征模式。②再生稻种质创建。根据再生稻农艺性状特征模式,研究相关性状的遗传机理,发掘相关基因和标记;聚合优异基因(再生性相关基因、抗倒伏基因、病虫害抗性基因),创制再生稻专用水稻育种材料(包括不育系、恢复系)。③以品质、抗倒伏、抗病虫为重点,兼顾产量,选育再生稻专用水稻品种。
  3.5  节水抗旱稻种质创新与品种选育
  主要研究内容:①节水抗旱稻种质材料收集及鉴定。收集国内外节水抗旱稻种质材料,对其抗旱性及其他重要农艺性状特征进行鉴定评价,筛选优异种质作为育种材料。②节水抗旱稻育种材料创建。利用优异种质材料开展杂交育种,创制具有不同优异性状的水稻育种材料。③品种选育。以节水抗旱为基础,注重品质,兼顾产量、对病虫害的抗性,选育节水抗旱稻品种。
  4  育种创新策略
  4.1  加强优质专用稻品种农艺性状特征模式及其性状形成的遗传机理研究
  不同的种植模式对水稻农艺性状特征要求不同。传统种植模式下的水稻高产优质性状特征已经不适合全程机械化生产、虾稻共作、再生稻等新的种植模式。如机械插秧要求品种早发性好;再生稻种植要求品种头季产量高、品质优,再生性好。因此,要研究适宜全程机械化生产的杂交稻、高档优质稻、再生稻及两系杂交中粳稻的重要农艺性状形成特点,构建相应的优质专用稻农艺性状特征模式;同时以产量、品质、适宜机械化及再生性为重点,解析相关性状的遗传机理,为相应的品种选育提供理论依据。
  4.2  加强种质资源的评价、创新与利用
  加强对湖北省作物种质资源保存中期库中水稻种质资源的鉴定评价,特别是抗性和品质性状的鉴定评价,为水稻育种创新提供一批优异核心种质材料。加强优异种质材料的遗传研究,挖掘一批有益性状基因;研究核心亲本中等位基因的遗传效应及不同性状基因的组合效应,为根据育种目标选择基因提供依据。加强新的种质材料在育种中的应用,创制一批具有不同目标性状的中间育种材料,为品种选育提供基础材料。
  4.3  加强高效育种技术创新研究
  研发简便、高效、低成本的实用新型分子育种技术和单倍体育种技术,构建高效的分子细胞常规育种技术体系;围绕品质、抗病虫、抗倒伏、耐热等目标性状,研发简便、高效、准确的表型和基因型鉴定技术,构建高通量表型和分子鉴定平台,提高育種效率。
  4.4  加强团队整合和分工协作
  创新项目组织管理方式,突出问题导向、目标导向,围绕湖北省水稻高效生产模式的发展需求和加强应用基础研究,强化顶层设计,聚焦以优质高效中稻品种为主的4个重点研究内容,整合湖北省主要水稻育种研究力量,组建大团队,建立材料交流和成果共享机制,开展分工协作,联合攻关,提升育种创新水平和效率,培育支撑湖北省水稻产业高质量发展的大品种,做强湖北省水稻产业品牌。
  参考文献:
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