雜交水稻技術(shù)新突破

沈希宏

水稻是我國最主要的糧食作物，我國有8億人口以稻米為主食。水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定與持續(xù)增長，對保障我國糧食安全意義重大。

雜交水稻的優(yōu)勢利用

1973年，我國秈型雜交水稻三系配套成功，首次在世界上實(shí)現(xiàn)了水稻雜種優(yōu)勢利用，而后雜交水稻在我國迅速大面積推廣種植。1980年代以來，雜交水稻的種植占全部水稻面積的一半，產(chǎn)量占到60%。雜交水稻的培育成功使我國水稻的平均畝產(chǎn)提高了15%～20%。

雜交水稻的原理是對水稻雜種優(yōu)勢的利用。雜種優(yōu)勢是指生物體兩個(gè)親本的雜交一代，在生長勢、抗逆性、適應(yīng)性、產(chǎn)量和品質(zhì)等諸多方面會表現(xiàn)出超過雙親的現(xiàn)象。雜種優(yōu)勢在生物界普遍存在，比如兩個(gè)水稻雜交，子一代就表現(xiàn)出比親本生長旺盛、植株高大、產(chǎn)量較高等特點(diǎn)。但是如何獲得大量的雜交種子，需要一個(gè)科學(xué)的高新技術(shù)系統(tǒng)。我國最早的技術(shù)體系是核質(zhì)互作三系系統(tǒng)，三系（三種不同系列水稻）包括不育系、保持系、恢復(fù)系。不育系與保持系是一對，不育系表現(xiàn)雄性不育，本身不能結(jié)實(shí)，需要保持系的花粉來獲得種子。保持系不攜帶恢復(fù)基因，能夠?qū)⒒ǚ厶峁┙o不育系以收獲種子，又能夠保持其種子的不育特性。保持系用來生產(chǎn)不育系種子?；謴?fù)系與不育系一起構(gòu)成雜交水稻種子的生產(chǎn)系統(tǒng)，恢復(fù)系能夠恢復(fù)不育系的育性，生產(chǎn)商業(yè)化的雜交水稻種子。我國最早應(yīng)用的雜交水稻，是野敗型雜交水稻。

印水型雜交水稻

1974年，還在湖南新晃縣農(nóng)科所工作的張慧廉通過試驗(yàn)探索，發(fā)現(xiàn)可以從現(xiàn)代栽培稻的野敗恢復(fù)系中發(fā)掘新的不育胞質(zhì)。因?yàn)橐皵』謴?fù)系的基因型為N（RR）或S（RR），而野敗保持系的基因型只能是N（rr）。當(dāng)用野敗保持系來做父本時(shí)，有可能通過核置換發(fā)掘出恢復(fù)系的細(xì)胞質(zhì)不育基因S，從而得到一種新細(xì)胞質(zhì)的雄性不育系S（rr）。

1975年，張慧廉即以東南亞的秈稻恢復(fù)系為母本，國內(nèi)的早秈稻保持系為父本，做了150個(gè)地理上遠(yuǎn)距離的雜交組合，以發(fā)掘栽培稻中的新不育胞質(zhì)。第二年的試驗(yàn)證明，他的科研猜想是正確的。在150對雜交組合的F2分離群體中，果然發(fā)現(xiàn)了許多不同的不育植株。從栽培稻中成功發(fā)掘出了10個(gè)新的不育胞質(zhì)品種。

而后，利用其中的II號胞質(zhì)，即來源于印尼水田谷6號的不育胞質(zhì)，歷經(jīng)漫長的回交轉(zhuǎn)育和育種選擇工序，張慧廉又陸續(xù)培育出了一系列應(yīng)用價(jià)值很高的新質(zhì)源（新細(xì)胞質(zhì)來源）不育系——即當(dāng)前已廣為應(yīng)用在生產(chǎn)和科研上的印水型不育系系列，其中就包括II-32A、優(yōu)1A和中9A。而中9A為張慧廉調(diào)入中國水稻研究所后培育而成，于2000年5月首批獲得國家植物新品種權(quán)證。

利用印水型不育系配組的雜交水稻，稱為印水型雜交水稻。印水型雜交水稻的育成和推廣，開創(chuàng)了雜交水稻超高產(chǎn)制種新時(shí)代。該研究榮獲2005年度國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和浙江省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，2006年獲何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)獎(jiǎng)。優(yōu)秀的印水型不育系，其不育細(xì)胞質(zhì)發(fā)掘自現(xiàn)代栽培稻，自身聚集了較多的優(yōu)良性狀，具備顯著的“三高一低”特性：

“一高”是配合力好，雜種產(chǎn)量高。相較于以往的水稻品種，印水型雜交水稻有著更高的產(chǎn)量。2001年，印水型雜交水稻II優(yōu)明86在云南永勝創(chuàng)造了畝產(chǎn)1196.5千克的當(dāng)時(shí)世界最高產(chǎn)量記錄；2003年，同樣在云南永勝，印水型雜交水稻II優(yōu)084創(chuàng)造了畝產(chǎn)1231.17千克的當(dāng)時(shí)世界之最；2004年，印水型雜交水稻II優(yōu)6號又創(chuàng)造了畝產(chǎn)1219.90千克的年度世界最高產(chǎn)量記錄。同樣利用II-32A配組的II優(yōu)63、II優(yōu)838、II優(yōu)162等也創(chuàng)造過不少大面積畝產(chǎn)超過800千克的高產(chǎn)記錄，II-32A成為21世紀(jì)初國內(nèi)外應(yīng)用面積最大的不育系，優(yōu)1A則適合配制高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型雜交水稻。中9A也出手不凡，兩年內(nèi)就有十余個(gè)雜交水稻新組合通過審定。

“二高”是米質(zhì)優(yōu)，綜合評分高。印水型雜交水稻的米質(zhì)普遍好于野敗型雜交水稻，尤其是中9A，粒型細(xì)長，堊白粒率低至8%，堊白度僅為0.6%，是國內(nèi)最早育成并大面積應(yīng)用的長粒型優(yōu)質(zhì)不育系之一。

“三高”是開花習(xí)性和異交結(jié)實(shí)性能好，制繁種產(chǎn)量高。與野敗型不育系相比，印水型不育系開花習(xí)性好，開花早而集中，柱頭外露率高達(dá)70%～80%（比野敗型高30%～40%），顯著提高了異交習(xí)性，制種產(chǎn)量比原來提高了60%。印水型不育系II-32A是雜交水稻育種史上選育的第一個(gè)高異交率不育系，開創(chuàng)了雜交水稻高產(chǎn)制種新紀(jì)元。它不但為我國提供了一種可供生產(chǎn)利用的水稻新不育胞質(zhì)，也為此后其他高異交率水稻不育系的選育提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)和骨干親本。II-32A至今保持著我國和世界制種最高畝產(chǎn)440千克的記錄，優(yōu)1A和中9A也非常容易制種，制種產(chǎn)量可以達(dá)到360～400千克。

“一低”是指由于印水型不育系制種產(chǎn)量高，其成本明顯下降，種子生產(chǎn)成本低。

育種新突破

由于印水型不育系有“三高一低”的顯著優(yōu)點(diǎn)，各不育系育成之后，全國各育種單位都會用它來大量配組，選育印水型雜交水稻新組合。自1990年第一個(gè)印水型雜交水稻II優(yōu)63獲得四川省審定以來，至2005年，經(jīng)國家、各省（市、區(qū)）審定的印水型雜交水稻新組合達(dá)203個(gè)，每年進(jìn)入各省和國家區(qū)試的多達(dá)數(shù)十個(gè)。

印水型雜交水稻具有雜種優(yōu)勢強(qiáng)、產(chǎn)量高、容易制種、米質(zhì)優(yōu)、應(yīng)用范圍廣等突出優(yōu)點(diǎn)，推動(dòng)了我國水稻品種的普遍優(yōu)質(zhì)化。從1990年至2005年，全國已累計(jì)推廣種植4.2億畝以上，累計(jì)增產(chǎn)稻谷74億千克。其中僅2005年1年，印水型雜交水稻就推廣種植5400萬畝，占全國雜交水稻面積的四分之一。

印水型雜交水稻的發(fā)明和大面積的推廣應(yīng)用，從制種產(chǎn)量、雜種產(chǎn)量、米質(zhì)、抗性等方面全面提高了我國雜交水稻的生產(chǎn)應(yīng)用水平，為我國水稻生產(chǎn)和糧食安全做出了重大貢獻(xiàn)。目前印水型雜交水稻已大量出口到越南、緬甸、老撾、巴基斯坦、印度、印尼、巴西、馬達(dá)加斯加等東南亞、南美和非洲國家，為世界水稻增產(chǎn)做出了積極貢獻(xiàn)。