陳志軍 王睛芳 游艾青

[摘要]分析了全國和湖北省水稻產(chǎn)業(yè)存在的問題，針對湖北省水稻育種指出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、安全的水稻新品種選育、高檔優(yōu)質(zhì)稻的新品種選育、適合全程機(jī)械化的水稻新品種選育的三個(gè)發(fā)展方向，并提出充分利用秈粳雜種優(yōu)勢、提升水稻育種技術(shù)手段、發(fā)掘和創(chuàng)制優(yōu)異種質(zhì)資源的應(yīng)對策略。

[關(guān)鍵詞]湖北;糧食;水稻育種;策略

[中圖分類號]S334;S338[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

1 中國水稻產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)性問題

2019年1-8月，我國農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)出口額1478.8億美元。其中，出口497.3億美元，進(jìn)口981.5億美元，貿(mào)易逆差484.2億美元，同比增加13.0%，其中大豆進(jìn)口5631.5萬t，表明中國農(nóng)產(chǎn)品在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)還將依賴國際市場（海關(guān)總署數(shù)據(jù)），糧食特別是主糧的安全更顯重要。2018年中國糧食產(chǎn)量突破6.63億t，連續(xù)4年穩(wěn)定在6.5億t以上，稻谷、小麥、玉米三大谷物自給率保持在98%以上，口糧在數(shù)量上已經(jīng)得到保障。

水稻是我國最主要的糧食作物，三分之二的人口以稻米為主食，因此水稻在保障我國糧食安全的重大戰(zhàn)略需求中具有舉足輕重的地位。而2019年1-8月份大米進(jìn)口154.8萬t，出口206.1萬t，中國自2011年以來首次成為大米凈出口國，水稻在三大糧食作物中率先實(shí)現(xiàn)凈出口。

當(dāng)前，我國稻谷供求的主要問題不在于總量，而在于結(jié)構(gòu)。在水稻連年豐收的同時(shí)，水稻供求結(jié)構(gòu)性矛盾愈加突出，表現(xiàn)為稻谷供大于求，2018年國內(nèi)稻谷產(chǎn)量21213萬t，消費(fèi)量18678萬t，結(jié)余2535萬t，多年積累下來導(dǎo)致稻谷庫存積壓嚴(yán)重，生產(chǎn)過于重?cái)?shù)量輕質(zhì)量，高層次的消費(fèi)需求得不到滿足，而品質(zhì)低劣的大米大量收儲，占用大量財(cái)政資金。

為調(diào)整水稻生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，減庫存，2018年國家調(diào)減水稻種植面積，2018年水稻播種面積3018.9萬hm2，比2017年減少55.8萬hm2。2018年稻谷總產(chǎn)量為21212.90萬t，比2017年減少54.69萬t，而水稻平均單產(chǎn)從2017年的6.92t/hm2增至7.03t/hm2，結(jié)果水稻總產(chǎn)量僅下降54.69萬t。王微等人研究表明過去幾十年水稻總產(chǎn)量增長主要源于單產(chǎn)提高，區(qū)域種植結(jié)構(gòu)調(diào)整對總產(chǎn)提高的促進(jìn)效應(yīng)較小，同時(shí)水稻專業(yè)化生產(chǎn)越來越向單產(chǎn)高的地區(qū)集中。中國水稻播種面積1000千hm2以上的有9個(gè)省份，稻谷播種面積占全國的80.77%，比較2016年和2017年這9個(gè)省份的播種面積、總產(chǎn)、單產(chǎn)和播種面積變化，可以看出湖北、湖南、江西、安徽和黑龍江水稻播種面積在增長，而這5個(gè)省的單產(chǎn)都較高，中國水稻生產(chǎn)形成以黑龍江為主的粳稻優(yōu)勢區(qū)和長江中下游流域的秈稻優(yōu)勢區(qū)，并且隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，向優(yōu)勢區(qū)集中的趨勢將更加明顯。湖北水稻面積排全國第6位，總產(chǎn)排全國第4位，單產(chǎn)排全國第2位，在全國水稻主產(chǎn)省份中占有重要地位（表1）。

2 湖北省水稻面臨的問題

受種植成本不斷攀升及國際糧價(jià)持續(xù)下跌的雙重?cái)D壓，近年來，我國糧食生產(chǎn)效益不斷下滑，直接導(dǎo)致農(nóng)民種糧積極性降低，土地拋荒增多。盡管如此，與同屬長江中下游的湖南省、安徽省、江西省相比，湖北省水稻單產(chǎn)要高出0.67～1.07t/hm2，生產(chǎn)效益相對較高。而同小麥和玉米相比，水稻的種植效益相對較好，受此影響，湖北省水稻播種面積不降反升。但和其他行業(yè)相比，種稻的比較效益還是過低，種糧積極性難有提升。而過去幾十年水稻單產(chǎn)的快速增長也帶來了一系列問題，如土地超負(fù)荷生產(chǎn)造成的土壤肥力衰退、化肥和農(nóng)藥的過量使用帶來的農(nóng)業(yè)面源污染，農(nóng)業(yè)生態(tài)壓力持續(xù)加大，水稻生產(chǎn)的可持續(xù)性問題日益凸顯，通過增加生產(chǎn)要素投入來提高單產(chǎn)的途徑不再可行，急需探索新的增產(chǎn)路徑來維持主糧較高的自給率以確保糧食安全水平，同時(shí)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性。

2019年中央一號文件指出要調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展緊缺和綠色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)由增產(chǎn)導(dǎo)向轉(zhuǎn)向提質(zhì)導(dǎo)向。在這種新形勢下，湖北水稻產(chǎn)業(yè)是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。對于湖北省水稻育種學(xué)科來說不僅要面臨水稻種植結(jié)構(gòu)、種植方式的調(diào)整問題，還要面對環(huán)境、資源、安全的問題。

3 湖北省水稻育種的發(fā)展趨勢

3.1 繼續(xù)加強(qiáng)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、安全的水稻新品種選育

2018年我國谷物凈進(jìn)口1795.8萬t，植物油凈進(jìn)口779.1萬t，油籽凈進(jìn)口9448.9萬t，其中大豆進(jìn)口8803.1萬t（海關(guān)總署數(shù)據(jù)）。按大豆平均單產(chǎn)2.25t/hm2計(jì)算，僅進(jìn)口的大豆就需要3912萬hm2的耕地面積來生產(chǎn)，比全國水稻播種面積都高近900萬hm2。我國以占世界不到8%耕地面積養(yǎng)活了世界人口的1/5，最主要的還是依賴單產(chǎn)的提升，為保障我國口糧安全，高產(chǎn)永遠(yuǎn)是中國水稻育種的第一選擇。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，稻米品質(zhì)越來越為人們所關(guān)注。以前為解決溫飽問題，育種主要以高產(chǎn)為主要目標(biāo)，導(dǎo)致了生產(chǎn)上優(yōu)質(zhì)水稻品種所占比重低，市場大部分為低端大米，過去幾年被越南的低價(jià)低端大米嚴(yán)重沖擊，影響了中國稻谷的生產(chǎn)。稻米品質(zhì)不僅僅是要求稻米的外觀品質(zhì)和口感，還要求要好的加工品質(zhì)如整精米率等。好的外觀和口感可以提升大米的商品性，好的加工品質(zhì)還可以提高稻米加工企業(yè)的效益。

2015年湖北水稻單產(chǎn)達(dá)到8.06t/hm2，與之相對應(yīng)的是肥料的高投入，湖北水稻耕地化肥（折純量）和農(nóng)藥施用量分別達(dá)到971.55kg/hm2和35.10kg/hm2，遠(yuǎn)超國際公認(rèn)的安全標(biāo)準(zhǔn)，也高于全國平均水平。這種水肥、農(nóng)藥等高投入、低產(chǎn)出以及犧牲資源環(huán)境的粗放式生產(chǎn)，造成土壤肥力衰退、農(nóng)業(yè)面源污染，加大農(nóng)業(yè)生態(tài)壓力，加劇了農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展與自然資源、環(huán)境之間的巨大矛盾。急需培育抗病、抗蟲的水稻新品種以減少農(nóng)藥的施用，培育少施肥能增產(chǎn)的水稻新品種以降低肥料用量，培育可以和雜草競爭的水稻新品種以減少除草劑的使用，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，保障稻米質(zhì)量安全。

湖北被東、西、北三面山陵包圍，天氣變化頻繁，農(nóng)業(yè)災(zāi)害多發(fā)，主要表現(xiàn)為春季低溫陰雨、梅雨，夏季洪澇、持續(xù)高溫，秋季干旱等。對湖北水稻生產(chǎn)影響最大的就是夏季持續(xù)高溫和秋天干旱。最近10年湖北異常高溫天氣越來越頻繁，在湖北水稻主產(chǎn)區(qū)江漢平原和鄂東北地區(qū)極端高溫事件更是頻發(fā)，并且出現(xiàn)極端高溫天氣發(fā)生時(shí)間越來越早，結(jié)束時(shí)間越來越晚的趨勢。嚴(yán)重影響水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性，給糧食安全帶來隱患。因此在湖北生產(chǎn)使用的水稻品種必須耐得住高溫。

湖北省在2000年啟動優(yōu)質(zhì)稻工程，經(jīng)過近20年的研究，建立了比較好的研究基礎(chǔ)，選育出一批既優(yōu)質(zhì)又高產(chǎn)的水稻新品種，如被農(nóng)業(yè)部認(rèn)定的超級稻品種兩優(yōu)187、廣兩優(yōu)272、廣兩優(yōu)香66、紅蓮優(yōu)6號分別達(dá)到國家優(yōu)質(zhì)稻米標(biāo)準(zhǔn)的1級、2級、2級、3級，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。未來水稻育種的目標(biāo)就是要在優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約和環(huán)境友好。

3.2 全力推動高檔優(yōu)質(zhì)稻的選育

目前國際市場交易的高檔優(yōu)質(zhì)稻米主要有泰國茉莉香米和泰國白糯米、印度和巴基斯坦的巴斯馬蒂香米、柬埔寨的Pkha，泰國香米占比最大，其中泰國白糯米價(jià)格最高，離岸價(jià)達(dá)1550美元/t，柬埔寨的Pkha價(jià)格最低，離岸價(jià)達(dá)900美元/t。我國每年需要進(jìn)口泰國大米100多萬t主要用于滿足我國高消費(fèi)層次人們的需要，隨著國內(nèi)高收入群體的不斷擴(kuò)大，高檔優(yōu)質(zhì)稻米的需求還將迅速增多。

泰國很早就有了KDML105、SP60，后來育成了RD6、RD7等，巴基斯坦早就育成了著名的香稻Basmati370，后又育成了Basmati198、Basmati385等優(yōu)質(zhì)稻品種。但目前種植面積最大的還是KDML105與Basmati370，其后的品種雖產(chǎn)量有所提高，但米質(zhì)改進(jìn)不明顯，綜合食味還有所下降，一段時(shí)間內(nèi)還很難取代傳統(tǒng)品種。

2004年湖北省育成了高檔優(yōu)質(zhì)稻新品種鄂中5號，鄂中5號獲得多個(gè)優(yōu)質(zhì)稻評比的金獎，以鄂中5號為基礎(chǔ)也打造出了“京山喬米”“福娃大米”“瓦倉大米”等多個(gè)高檔優(yōu)質(zhì)大米的知名品牌。但自鄂中5號以后，湖北省再也沒有審定過高檔優(yōu)質(zhì)稻品種。湖北省素有“魚米之鄉(xiāng)”的美譽(yù)，是我國長江中下游平原糧油優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)的重要組成部分，省內(nèi)多個(gè)水稻種植區(qū)域有非常適合高檔優(yōu)質(zhì)稻米的生產(chǎn)條件，急需要培育一批適應(yīng)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件的高檔優(yōu)質(zhì)稻米，積極發(fā)展高檔優(yōu)質(zhì)稻米產(chǎn)業(yè)，挖掘高檔優(yōu)質(zhì)稻米的內(nèi)在價(jià)值，增加稻米的附加值，提升湖北省大米在國內(nèi)和國際市場的競爭力。

2019年湖北省“蝦稻共作”面積高達(dá)50多萬hm2，占湖北省水稻播種面積的1/4。在“蝦稻共作”模式中，水稻生長過程中產(chǎn)生的微生物及害蟲為小龍蝦提供了充足餌料，而小龍蝦的排泄物又為水稻提供了生物肥，為了保護(hù)經(jīng)濟(jì)效益更高的小龍蝦，水稻基本不打農(nóng)藥不施化肥?！拔r稻”可以說是一種純綠色的水稻，完全可以打造成一個(gè)具有湖北特色的高端有機(jī)綠色大米品牌。目前“蝦稻”品種多而雜，大多數(shù)沒有達(dá)到高檔優(yōu)質(zhì)米的標(biāo)準(zhǔn)，急需適合蝦田使用的高檔優(yōu)質(zhì)稻新品種。

3.3 積極開展適合全程機(jī)械化的水稻新品種選育

近年來，我國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，農(nóng)村優(yōu)質(zhì)勞動力大量向二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，許多地方農(nóng)業(yè)勞動力短缺問題凸顯，尤其是水稻育插秧時(shí)期勞動力短缺問題尤為突出，迫切需要提高水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化水平。目前湖北水稻耕整地和收割的機(jī)械化水平基本達(dá)到100%，而水稻種植是推進(jìn)湖北省水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化的“卡脖子”環(huán)節(jié)。水稻種植目前主要有兩種方式：直播和機(jī)插秧。直播與人工移栽相比，具有省工、省秧田等優(yōu)點(diǎn)，受外出務(wù)工人員增多和栽插成本大幅增長的影響，大部分農(nóng)民和部分種田大戶選擇直播生產(chǎn)。而機(jī)插秧種植技術(shù)要求高，主要是一些技術(shù)水平較高的種田大戶、水稻專業(yè)合作社以及專業(yè)農(nóng)業(yè)服務(wù)組織采用。直播稻會引起田間雜草發(fā)生嚴(yán)重，導(dǎo)致除草劑的大量使用，除草劑的過量使用進(jìn)而會帶來食品安全性問題和農(nóng)田污染問題，但直播稻生產(chǎn)還將在相當(dāng)長的時(shí)間存在，畢竟事關(guān)農(nóng)民的切身利益。因此要通過采取政策引導(dǎo)，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，大力發(fā)展和促進(jìn)機(jī)插稻生產(chǎn)。

生產(chǎn)中直播稻面臨的主要問題是根系入土淺抗倒伏能力不強(qiáng)、雜草管理難度大、幼苗期耐澇能力弱、稻田通風(fēng)透光差病蟲發(fā)生重。直播稻新品種的選育要針對這些缺點(diǎn)進(jìn)行有目的研究，并引進(jìn)和篩選出扎根能力強(qiáng)的種質(zhì)、拮抗雜草或可以和雜草競爭的種質(zhì)、耐澇的種質(zhì)、多抗病蟲的種質(zhì)，并利用到直播稻的育種中。

機(jī)械秧的主要問題漏插和分蘗推遲。機(jī)插育秧中出現(xiàn)的缺苗、秧苗不整齊、秧塊缺邊掉角都會導(dǎo)致插秧機(jī)漏插，導(dǎo)致基本苗不夠而影響產(chǎn)量。造成漏插有機(jī)械、育秧管理、水稻品種不適宜等多種因素，機(jī)插秧一般是秧盤育秧，要求水稻品種苗期根系發(fā)育快，易于形成秧毯而使得大田移栽質(zhì)量好。目前普遍實(shí)行的是中小苗帶土移栽，由于秧齡小、秧苗弱，秧田不帶分蘗，移栽后要經(jīng)過1～2個(gè)葉齡長出大田根系、稻株體內(nèi)營養(yǎng)狀況良好后，才能分蘗，造成分蘗推遲。分蘗推遲的另外一個(gè)原因是秧苗移栽后會有一定程度的植傷，使得群體莖蘗數(shù)也會有一定程度的增長停滯或下降過程，植傷越嚴(yán)重，恢復(fù)期越長。分蘗推遲會顯著延長返青期，推遲生育進(jìn)程，降低低位分蘗發(fā)生，從而影響稻谷產(chǎn)量。適應(yīng)機(jī)插秧水稻生產(chǎn)需要的生育期短、早生快發(fā)、抗倒伏能力強(qiáng)的中秈雜交稻新品種。

4 湖北省水稻育種發(fā)展對策

4.1 充分利用秈粳亞種間的雜種優(yōu)勢

在中國耕地面積有限的條件下，為了保障中國人的口糧安全，必須努力提高水稻單產(chǎn)水平，水稻單產(chǎn)水平的提升主要依靠水稻雜種優(yōu)勢的利用。水稻雜種優(yōu)勢的大小往往取決于雙親的遺傳差異以及性狀互補(bǔ)等因素，雜交稻雙親之間的親緣距離是雜種一代產(chǎn)生雜種優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ)。亞種間雜種優(yōu)勢的強(qiáng)弱有如下趨勢：秈粳交>秈爪交>粳爪交>秈秈交>粳粳交，目前秈粳雜種優(yōu)勢利用方法主要有“秈中摻粳”、“粳中摻秈”、典型的秈粳交三種，目的都在于擴(kuò)大雙親的親緣距離，增加雜種優(yōu)勢。目前具有秈粳亞種間雜種優(yōu)勢的雜交稻組合，已在水稻增產(chǎn)增收方面發(fā)揮了很大的作用，絕大部分超級稻都不再是純粹的秈稻或粳稻，區(qū)別只在于誰的秈稻成分多些，誰的粳稻成分多些。因此，雜交稻雜種優(yōu)勢的進(jìn)一步增強(qiáng)必須繼續(xù)通過擴(kuò)大親本間的親緣距離來實(shí)現(xiàn)，充分利用秈粳亞種間的雜種優(yōu)勢。

4.2 提升水稻育種技術(shù)手段

隨著現(xiàn)代水稻分子遺傳學(xué)飛速發(fā)展，不僅克隆和定位了大批重要的農(nóng)藝性狀關(guān)鍵基因，也發(fā)展出了多種多樣的分子遺傳學(xué)技術(shù)，如分子標(biāo)記技術(shù)、基因組編輯技術(shù)、基因組測序技術(shù)等等，將這些分子技術(shù)和花藥培養(yǎng)技術(shù)以及傳統(tǒng)的雜交育種技術(shù)綜合運(yùn)用可以將多個(gè)重要農(nóng)藝性狀關(guān)鍵基因定向高效聚合，從而加速作物超級新品種培育的進(jìn)程，不僅克服了傳統(tǒng)育種的偶然性大和育種效率低下等缺點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)多個(gè)優(yōu)良基因（性狀）的聚合，縮短育種周期。更為重要的是，目前已在水稻中建立了基因組編輯技術(shù)體系，能夠完成基因的敲除、激活、抑制、替換，可以快速實(shí)現(xiàn)水稻特定農(nóng)藝性狀的定向改良。

目前基因編輯技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)在水稻育種中的應(yīng)用受限于國家相關(guān)政策只能作為技術(shù)儲備，短時(shí)間還無法應(yīng)用到生產(chǎn)中。分子標(biāo)記技術(shù)在水稻育種中最成功的應(yīng)用是質(zhì)量性狀遺傳的抗生物脅迫（病、蟲等）育種，已輔助選育出了很多優(yōu)良水稻新品種，在水稻育種中已成為一種常規(guī)手段，但對于數(shù)量性狀遺傳的重要農(nóng)藝性狀目前還無能為力。水稻的重要農(nóng)藝性狀如抗非生物脅迫（高溫、低溫、干旱、鹽堿、澇等）、稻米品質(zhì)、營養(yǎng)高效利用（氮、磷、鉀等）、重金屬低積累、高光效、早生快發(fā)、根系生態(tài)等等對于實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約和環(huán)境友好都是非常重要的關(guān)鍵性狀，但這些性狀絕大多數(shù)都是數(shù)量性狀遺傳，對于水稻育種來說不僅僅要發(fā)展出有效的表型鑒定技術(shù)篩選鑒定出來具有這些重要性狀表型的水稻資源材料，更需要發(fā)展出高效和成本低廉的表型鑒定技術(shù)和手段用于水稻育種實(shí)踐當(dāng)中。

4.3 發(fā)掘和創(chuàng)制優(yōu)異種質(zhì)資源

水稻種質(zhì)資源是育種和新基因發(fā)掘的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是維護(hù)國家糧食安全和種業(yè)健康發(fā)展的重要戰(zhàn)略性資源。盡管不同時(shí)期水稻育種目標(biāo)各不同，但我國水稻育種的重大突破，都與優(yōu)異種質(zhì)資源的發(fā)掘和利用密切相關(guān)。上世紀(jì)50年代水稻矮化育種源于矮腳南特、低腳烏尖等矮稈資源的發(fā)掘利用，上世紀(jì)70年代雜交三系成功配套源于一株野敗不育株的發(fā)現(xiàn)，上世紀(jì)80年代雜交兩系成功配套源于一株光溫敏雄性不育株的發(fā)現(xiàn)。

中國水稻生產(chǎn)受耕地面積、農(nóng)業(yè)資源、生態(tài)環(huán)境的壓力，不再單純追求產(chǎn)量增加。如今的水稻育種對產(chǎn)量、品質(zhì)、抗非生物脅迫（高溫、低溫、干旱、鹽堿、澇等）、生物脅迫（病、蟲等）、營養(yǎng)高效利用（氮、磷、鉀等）、高光效等都有緊迫的需求，需要從水稻資源庫中篩選或創(chuàng)造出優(yōu)異資源，利用篩選出優(yōu)異資源在育種中作親本利用，創(chuàng)制出綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良的優(yōu)異種質(zhì)，用于雜交稻育種和生產(chǎn)當(dāng)中。湖北省水稻育種目前處于一個(gè)瓶頸期，要及時(shí)開展關(guān)于營養(yǎng)高效利用、抗非生物脅迫（高溫、低溫、干旱、鹽堿、澇等）、高光效等特異資源的挖掘和鑒定技術(shù)研究，并創(chuàng)制出可用于育種和生產(chǎn)應(yīng)用的優(yōu)異種質(zhì)。

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