作者:本刊见习记者 唐凤 来源: 发布时间:2012-2-14 11:47:9
直击超级稻“弱点”

 
水稻的一生只有短短的120~150天,非常短暂。.
 
而中国水稻研究所所长、全国超级稻研究与示范专家组组长程式华,则把自己的目光聚焦到了水稻更短的时间周期——水稻生殖生长期。
 
“实际上,水稻产量的30%~35%依靠水稻后期生长时光合作用的积累,因此,后期生长对于水稻产量有至关重要的作用。”正是认识到其重要性,程式华才对水稻的这个发育阶段情有独钟。
 
功夫不负有心人。2011年,程式华的“后期功能型超级杂交稻育种技术及应用”通过了国家技术发明奖二等奖评审,该项目创建了新的超级杂交水稻育种技术体系。而这个体系,正是以提高水稻生育后期光合作用能力为目标的。
 
其实早在1986年,程式华就开始了他的超高产杂交水稻研究。
 
超级水稻遭遇“早衰”
 
民以食为天,中国的粮食安全应先解决温饱问题。中国的水稻育种研究有很长的发展历史,水稻单产曾经出现过两次重大突破。
 
第一次是始于上世纪50年代末60年代初的矮化育种,主要通过降低水稻株高来培育新品种,所培育的新品种的耐肥抗倒性和收获指数大幅度提高;第二次是上世纪70年代初期,杂种优势的利用(所谓杂种优势是指杂合体在一种或多种性状上优于两个亲本的现象,杂种一代往往比它的双亲表现出更强大的生长速率和代谢功能),而成功培育出的杂交水稻使水稻平均亩产提高到400公斤以上。
 
一般来说,水稻主要有两个亚种——粳稻和籼稻。早期的杂交育种主要是粳稻与粳稻之间,籼稻与籼稻之间进行,由于亲本之间存在亲缘关系,差异性小,因此产量有限。到上世纪80年代,杂交水稻的产量就很难实现突破。于是,超级稻开始进入人们的视野。
 
1981年,日本最早提出水稻超高产育种。中国、韩国和国际水稻研究所也先后开展超高产育种研究。国际水稻所在上世纪90年代初提出了新株型育种理论,并利用包括中国“沈农366”在内的粳稻种质资源选育出新品系。1994年,通过小面积试种,一些品系获得了超高产。
 
1996年,在沈阳农业千亿国际qy.966杨守仁等专家的积极倡议下,农业部正式启动了“中国超级稻育种计划”,从而拉开了中国超级稻研究的序幕。
 
从第一个超级稻品种诞生至今,农业部认定的超级稻品种已达到92个。推广种植面积约占全国水稻种植总面积的四分之一,平均亩产达到575.2公斤,推动了中国水稻增产、增收。但是,一些早期的超级稻在推广种植,甚至是实验阶段就出现了问题。
 
“超级稻是由粳稻和籼稻杂交而成的,就像是混血儿,亲本之间的差异性很大,因此很可能出现后期功能性差的问题。”程式华直言不讳。
 
据了解,虽然某些超级稻营养生长良好,体型十分高大健壮,但是容易出现早衰现象,生殖生长期光合作用出现减弱情况,根系也不够发达,致使水稻颗粒不够饱满,从而影响到水稻高产的发挥。一般来说,即使这样的超级稻在气候条件良好的种植区也能正常生长,而一旦遇到恶劣的气候,其劣势将暴露无疑。超级稻的早衰问题成为提高超级稻产量亟待解决的问题。
 
1999年,程式华提出“超级稻后期功能型”这一概念。“那时还只是一个模糊的念头。”程式华回忆道。
 
而正是从这个模糊的概念开始,程式华走上了超级稻后期功能研究的道路,花费了9年才在2008年完成项目。如果再加上前期的一些基础性工作和后来的大面积推广,整个项目持续了20多年。
 
瞄准后期突破瓶颈
 
经过反复选育和研究,程式华发现多数青秆黄熟的水稻抽穗后,其光合作用下降很慢,且根系极为发达。为了解决超级稻生育后期根叶早衰,结实、灌浆差等综合性状不良的问题,程式华又将注意力集中在了水稻后期叶片光合作用和根系生长两大问题上。
 
那么,追根溯源,青秆黄熟的杂交水稻,其亲本组成怎样?
 
带着这个疑问,程式华开始进行籼、粳反复杂交试验,最终他发现在父本为籼粳中间型时,杂种一代营养优势和生殖优势最协调,后期光合作用下降很慢,营养优势与生殖优势都突出,单株产量最高。
 
“采用这种亲本选配方法,可实现超级稻营养生长与生殖生长的协调发展。”程式华说。
 
为了更好地选出良种,程式华还开发出了与籼、粳形态指数显著相关的高效、准确的DNA特异标记,能够快速地选择良种。
 
在水稻研究中,根系的研究更为困难。根系埋藏在土壤中,在不损伤根系的前提下很难完全挖出,同时如何清理掉附在根系上的泥土,这些都让程式华颇费脑筋。
 
柳暗花明又一村。正当程式华为此发愁的时候,他想到了水面种稻。水面种稻是指运用无土栽培技术,将水稻种在水面浮体物上。采用这种技术,具有取样简便、不易损伤根系等优点,克服了传统的水田挖掘根系研究法对根系损伤重、工作量大、无法对育种大群体开展研究的缺点。非常凑巧,他所带的一位博士原先的研究方向正是水面种稻,这可解了程式华“燃眉之急”。
 
后来,研究证明,根深指数越大,水稻叶片更直立、结实率更高,齐穗期不发根节的数量与绿叶数量也显著相关。而粳稻的根深指数和不发根节数大于籼稻。通过籼、粳杂交,将粳稻的两个根系特性导入到籼稻背景中,有利于提高籼稻的后期功能,进而提高结实率。
 
“利用根系指标选育超级稻的方法,可保证超级稻在生育后期具有较高的根系活力和较多的功能叶片。”程式华说。
 
以中国工程院院士、武汉千亿国际qy.966千亿国际886学院教授朱英国等国内顶尖专家组成的鉴定委员会给予了该项目高度评价:“以提高水稻生育后期光合能力为目标的后期功能型超级稻育种技术体系,丰富了超级稻育种理论,完善了超级稻育种技术体系,居同类研究的国际领先水平。”
 
同时,该技术还获得了国外同行的好评,国际著名水稻育种学家、世界粮食奖得主G.S. Khush表示,程式华博士开发出了籼、粳特异DNA标记,并在确定亲本和杂种籼、粳属性中加以应用,为提高水稻产量作出了巨大的贡献。
 
规划未来继续前行
 
从1986年就开始研究超高产杂交水稻的程式华,到今天已经走过了26个年头,程式华及其项目组在超级稻领域共获得4项发明专利和4项品种权,直接育成7个“国稻”系列超级稻组合,累计推广3000多万亩,全国许多科研单位利用他们研发的技术,共培育出85个杂交稻新组合,累计推广面积超过1.5亿亩,获得了不俗的经济效益。
 
而程式华的想法很简单:“干一行,爱一行”,乐于为保障中国的粮食安全作贡献。当被问及他将来的工作重点时,程式华毫不犹豫地回答说,要继续进行杂交水稻研究,将后期功能型超级稻育种技术进一步完善。
 
“现在水稻良种选育的目的性不强,只是大规模筛选,但是当水稻基因的遗传性研究取得一定成果后,就可以进行分子设计育种,能够加强水稻杂交育种的目的性,缩短育种时间。”程式华说,实现超级杂交稻分子设计育种也是他下一步的工作重点之一。■
 
《科学新闻》 (科学新闻2012年第2期 焦点)
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