超高產(chǎn)育種.doc

超高產(chǎn)是相對(duì)現(xiàn)有品種水平而言的.日本20世紀(jì)80年代制定超高產(chǎn)水稻育種研究計(jì)劃，其目標(biāo)是在15年內(nèi)育成比現(xiàn)有品種增產(chǎn)50%的品種，之后中國(guó)也提出作物超高產(chǎn)育種計(jì)劃.作物“超級(jí)種”育種的概念也首先用于水稻.1994年，國(guó)際水稻研究所通報(bào)了該所育成的“新株型稻”，新聞傳媒以“超級(jí)稻將有助于多養(yǎng)活近5億人口”為題進(jìn)行報(bào)道，從而引起了世界各產(chǎn)稻國(guó)的極大關(guān)注，“超級(jí)稻”這一名稱也因此傳遍全球1.其他作物有的借鑒水稻提出了“超級(jí)種”概念，有的則仍引用“超高產(chǎn)”的概念.玉米一般新品種比當(dāng)時(shí)推廣的對(duì)照品種穩(wěn)定增產(chǎn)10%,可稱為高產(chǎn)，若比同生育期主栽對(duì)照品種增產(chǎn)20%以上或在適宜生態(tài)區(qū)和優(yōu)化可行的栽培技術(shù)條件下,可較穩(wěn)定地達(dá)到15000kg/hm2，稱為超高產(chǎn)“.大豆超級(jí)種”可定義為品質(zhì)符合優(yōu)質(zhì)要求的超高產(chǎn)大豆品種，與現(xiàn)有高產(chǎn)水平相比大面積可增產(chǎn)30%以上，小面積（667m2以上）實(shí)收單產(chǎn)超過“八五”國(guó)家育種攻關(guān)所定標(biāo)準(zhǔn)仍可作為超高產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，因已有高產(chǎn)記錄的可重復(fù)性差，未能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn).2水稻超高產(chǎn)育種2.1我國(guó)水稻超高產(chǎn)育種的歷史及現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代中期，中國(guó)沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)率先開展了北方粳稻超高產(chǎn)育種理論與方法的研究，并于1987年分別在國(guó)際水稻研究大會(huì)和日本育種學(xué)雜志上發(fā)表了題為Trends in breeding rice for super highyieldcombine ideal plant type with desirable vigor的論文2,3“.八五”期間，超高產(chǎn)育種研究被納入國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃，開始育種理論與種質(zhì)創(chuàng)新研究.1996年，農(nóng)業(yè)部在沈陽召開“中國(guó)超級(jí)稻研討論證會(huì)”，正式確立并啟動(dòng)了“中國(guó)超級(jí)稻育種及栽培技術(shù)體系研究”重大科技計(jì)劃，組織全國(guó)性大型協(xié)作攻關(guān).1999年和2001年，北方粳型超級(jí)稻育種基礎(chǔ)與育種技術(shù)研究又分別得到國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家“863”計(jì)劃的支持，超級(jí)雜交粳稻育種也被正式納入研究計(jì)劃.經(jīng)過20多年的努力，北方粳型超級(jí)稻在育種理論、育種技術(shù)及育種實(shí)踐等方面均已取得明顯進(jìn)展4.到目前為止，已育成并推廣超級(jí)稻新品種8個(gè)，超級(jí)雜交粳稻新組合2個(gè)，累計(jì)推廣面積超過130多萬公頃.2.2超級(jí)稻育種目標(biāo)1996年，農(nóng)業(yè)部組織有關(guān)專家論證和討論，初步形成了如下超級(jí)稻育種目標(biāo)：通過各種途徑的品種改良，在較大面積(百畝連片)水稻畝產(chǎn)到2000年穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)600700kg.到2005年突破800kg，到2015年躍上900kg的臺(tái)階，并形成超級(jí)稻良種配套栽培技術(shù)體系.在試驗(yàn)和示范中.培育的超級(jí)稻材料最高畝產(chǎn)到2000年達(dá)到800kg.到2005年達(dá)到900kg.到2015年達(dá)到1000kg，并在特殊的生態(tài)地區(qū)創(chuàng)造1150kg的世界記錄.通過推廣應(yīng)用超級(jí)稻品種，推動(dòng)我國(guó)水稻平均畝產(chǎn)水平到2010年達(dá)到460kg，并為在2030年躍上500kg的新臺(tái)階作好技術(shù)儲(chǔ)備5.2.3北方粳型超級(jí)稻育種實(shí)踐2.3.1新株型優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)造沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)利用秈粳稻亞遠(yuǎn)緣雜交后代瘋狂分離和地理遠(yuǎn)緣雜交后代變異幅度大的特點(diǎn)，有意識(shí)地創(chuàng)造、篩選具有特異性的新株型優(yōu)異種質(zhì)，并嘗試在超級(jí)稻育種實(shí)踐中利用這些新種質(zhì)培育理想株型與優(yōu)勢(shì)相結(jié)合的超級(jí)稻新品種.到20世紀(jì)末期，已經(jīng)創(chuàng)制出矮壯稈、長(zhǎng)葉大穗型的沈農(nóng)89366，穗型直立、株型緊湊、個(gè)體競(jìng)爭(zhēng)力極小的沈農(nóng)95008，分蘗力和分蘗勢(shì)極強(qiáng)、主穗與分蘗穗差異很小的沈農(nóng)9660等.這些新株型優(yōu)異育種材料有的已被應(yīng)用于超級(jí)稻新品種選育并取得了明顯的效果，有的正在作為選育秈粳亞種間雜交稻的橋梁親本應(yīng)用于超級(jí)雜交稻育種.例如，IRRI育成的所謂“新株型超級(jí)稻”的核心親本之一就是沈農(nóng)89366.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)育成的超級(jí)稻也都是來自于上述新株型育種材料6.2.3.2超級(jí)稻新品種選育沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)利用已有的高產(chǎn)品種與上述新株型種質(zhì)及其他地理遠(yuǎn)緣材料雜交，再經(jīng)過復(fù)交優(yōu)化性狀組配，按照理想株型與優(yōu)勢(shì)相結(jié)合理論，于20世紀(jì)90年代中期率先育成了直立大穗型超級(jí)稻沈農(nóng)265.20002001年連續(xù)兩年在遼寧盤錦稻區(qū)試種示范，百畝連片平均單產(chǎn)達(dá)到11.1tha-1和13.2tha-1.該品種2001年12月通過遼寧省審定后，20022003年被列入國(guó)家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金重點(diǎn)支持項(xiàng)目，2004年被農(nóng)業(yè)部確定為“水稻綜合生產(chǎn)能力科技提升行動(dòng)計(jì)劃”的主推品種，同年又通過吉林省審定，在吉林稻區(qū)大面積推廣.繼沈農(nóng)265之后，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)又先后育成了沈農(nóng)606、沈農(nóng)9741、沈農(nóng)016、沈農(nóng)6014等，吉林省水稻所育成了吉粳88等,遼寧省水稻所也育成了超級(jí)雜交粳稻遼優(yōu)1052和遼優(yōu)5218等.其中沈農(nóng)606不但產(chǎn)量潛力高，連續(xù)三年百畝以上連片示范畝產(chǎn)超12tha-1，而且主要米質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到了部頒一級(jí)優(yōu)質(zhì)粳米標(biāo)準(zhǔn).特別是2002年在海城作蟹田稻種植19.2ha,平均單產(chǎn)12.4tha-1，真正實(shí)現(xiàn)了超高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)與環(huán)境友好的和諧統(tǒng)一6.3玉米超高產(chǎn)育種3.1玉米超高產(chǎn)概述玉米是高產(chǎn)之王,有著重要的生態(tài)穩(wěn)定功能.自推廣雜交種優(yōu)勢(shì)技術(shù)以來,美國(guó)玉米品種的產(chǎn)量潛力提高了6倍,我國(guó)則提高了4倍多,玉米雜交育種的效率從初期的十萬分之一以下,已經(jīng)提高到現(xiàn)在的萬分之五,說明玉米增產(chǎn)潛力還非常大.玉米超高產(chǎn)育種是育種工作者面臨的重大課題,對(duì)保障我國(guó)糧食安全具有重要意義.超高產(chǎn)育種因不同鮮食方式、糧飼兼用、工業(yè)、青飼等用途與適應(yīng)性的要求不同,應(yīng)有不同的既先進(jìn)超前,又切實(shí)可行的育種目標(biāo),采用雜種優(yōu)勢(shì)利用、分子生物學(xué)、科技創(chuàng)新,不斷實(shí)現(xiàn)玉米單位面積的高產(chǎn),更高產(chǎn),才能大幅度增加玉米總產(chǎn)量.3.2超高產(chǎn)育種技術(shù)途徑與方法3.2.1發(fā)掘和創(chuàng)新玉米新種質(zhì)種質(zhì)資源的利用與改良、新材料的引進(jìn)和創(chuàng)新是玉米雜交種產(chǎn)量突破的必然之路.我國(guó)玉米種質(zhì)資源利用的典型例子如唐四平頭、旅大紅骨種質(zhì)的改良利用.在引進(jìn)種質(zhì)方面,20世紀(jì)90年代以前,美國(guó)玉米種質(zhì)Reid和Lancaster種質(zhì)、90年代后78599的引進(jìn)；在南方地區(qū)熱帶種質(zhì)Tuxp ino和Suwan的引進(jìn)利用等,都為我國(guó)玉米的育種和生產(chǎn)作出了巨大的貢獻(xiàn).玉米種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)狹窄,資源利用率低是限制玉米產(chǎn)量進(jìn)一步提高的主要因素7.發(fā)掘和創(chuàng)造新的種質(zhì),拓寬玉米種質(zhì)基礎(chǔ),改良和培育一大批優(yōu)質(zhì)、抗病、耐旱、耐貧瘠和資源高效利用型的育種材料,為超高產(chǎn)育種提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐.按照中期或長(zhǎng)期目標(biāo)進(jìn)行群體改良,選擇符合要求的優(yōu)異種質(zhì),通過合成新的群體并進(jìn)行馴化和改良,創(chuàng)造符合當(dāng)?shù)匦枰男掠N材料.改良外來種質(zhì)的適應(yīng)性或?qū)胪鈦矸N質(zhì)的某些優(yōu)良基因,創(chuàng)造新的玉米種質(zhì)素材.應(yīng)用現(xiàn)代基因工程技術(shù),將某種生物的有利基因轉(zhuǎn)移到玉米上,培育具有新的特異性狀的材料或品種,在產(chǎn)量、抗逆性、適應(yīng)性等方面實(shí)現(xiàn)新的突破.根據(jù)雜種優(yōu)勢(shì)模式原理,將熱帶、亞熱帶自交系與溫帶系雜交,產(chǎn)生半外來群體,經(jīng)過簡(jiǎn)單改良,選育新型自交系.3.2.2高密度大群體多數(shù)品種在高密度下表現(xiàn)空稈、禿尖、倒伏、病害嚴(yán)重等癥狀,耐密性差和抗逆性不足,嚴(yán)重制約了新品種的推廣應(yīng)用區(qū)域,降低了新品種的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力.高耐密植自交系的選育是高耐密品種育成的基礎(chǔ),采取高密度條件下選育出的自交系抗倒伏,耐低光照,不易空稈和禿尖,適宜密植.通過增大早代特別是S1的選擇群體,使基因重組類型增多、變異范圍加大,選擇優(yōu)異基本株機(jī)會(huì)增加.在選二環(huán)系早代時(shí),S0群體含量300600株,下一代仍在高密度下進(jìn)行家系選擇,早代群體密度13.5萬株/hm2,或更高密度,S3降到6萬株/hm2,完成后續(xù)選擇.高密度大群體育種法除鑒定抗性外,還可以鑒定第5期王秀香等：作物超高產(chǎn)育種的理論與實(shí)踐523基因?qū)ξh(huán)境的反應(yīng),如穗位整齊度、果穗大小整齊度、結(jié)實(shí)率、禿尖、虛尖、子粒灌漿與脫水速度、生育期與環(huán)境的互作等,可以淘汰對(duì)微環(huán)境敏感的基因型.3.2.3異地環(huán)境穿梭選擇異地環(huán)境穿梭育種應(yīng)選擇適當(dāng)干旱、冷涼、陰雨寡照、多風(fēng)、多病害等逆境,營(yíng)造自然而充分的地區(qū)從事育種和材料鑒定.通過早代S1S3變換不同的生態(tài)條件選系,或者多個(gè)不同生態(tài)區(qū)的育種單位將同一基本材料分別在各自不同區(qū)域選擇,再進(jìn)行種質(zhì)混合和交流,通過多點(diǎn)次多區(qū)域聯(lián)合選育和鑒定,以空間換時(shí)間,可使所選育的自交系適應(yīng)性廣、抗性豐富,特別是去除對(duì)光照溫度的敏感性,擴(kuò)大適應(yīng)區(qū)域和增強(qiáng)綜合抗性,可使育種效率和育成新優(yōu)系的幾率增高.3.2.4多類型嚴(yán)選擇多類型是玉米超高產(chǎn)育種的遺傳基礎(chǔ),不僅親本要高產(chǎn)、綜合抗性好,而且表現(xiàn)和遺傳機(jī)制要不同8.嚴(yán)格選擇標(biāo)準(zhǔn),對(duì)影響總體育種目標(biāo)和生產(chǎn)上可能造成嚴(yán)重減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的不良性狀，如抗倒性差、高感絲黑穗病、易空稈、禿尖、不易制種等要完全淘汰9.在育種過程中,直接使用雖有優(yōu)點(diǎn),但又有許多缺點(diǎn)的材料是很危險(xiǎn)的,因?yàn)閿y帶有不良基因的材料,一旦進(jìn)入育種過程,只要經(jīng)過一次配子自由組合,就可達(dá)到基因的動(dòng)態(tài)平衡,要完全淘汰不利基因和完全聚合優(yōu)良基因一樣困難,甚至更困難.3.2.5分子標(biāo)記輔助選擇分子標(biāo)記是指反映生物個(gè)體或種群間基因組差異特征的DNA片斷,在育種過程中對(duì)目標(biāo)性狀進(jìn)行選擇是新品種培育的中心環(huán)節(jié),利用遺傳標(biāo)記進(jìn)行輔助選擇,可以極大地提高選擇的效率,減少育種過程中的盲目性.把與目標(biāo)性狀緊密連鎖的基因進(jìn)行遺傳標(biāo)記,對(duì)目標(biāo)性狀進(jìn)行跟蹤選擇,把常規(guī)育種中的表型選擇轉(zhuǎn)化為基因型選擇,通過與目標(biāo)基因緊密連鎖的分子標(biāo)記所構(gòu)建的分子遺傳圖譜,可為育種者指明育種目標(biāo)及達(dá)到目標(biāo)的最佳途徑.4大豆超高產(chǎn)育種4.1超高產(chǎn)品種的選育措施單株結(jié)莢要選擇數(shù)量多豐產(chǎn)性好、抗倒?fàn)钚詮?qiáng)、株高適中的推廣品種或優(yōu)良品系及原始材料做為雜交親本.雜交后代一定放在肥力高的條件下進(jìn)行選拔鑒定,產(chǎn)量要達(dá)到200kg/667m2.因?yàn)楝F(xiàn)在的材料要在5年后才能在生產(chǎn)上應(yīng)用,要有一定的超前性.決選的品系要有一定量,每年參加產(chǎn)量鑒定的材料要在80100份以上,同時(shí)要選擇每次重復(fù)均顯著優(yōu)于對(duì)照的品系.參加全國(guó)和省區(qū)域試驗(yàn).決選時(shí)除產(chǎn)量為主要目標(biāo)外,也要結(jié)合抗病性、抗倒伏性、品質(zhì)等綜合性狀來考慮.4.2中國(guó)大豆高產(chǎn)理想型的研究與高產(chǎn)實(shí)踐“七五”期間主要通過研究現(xiàn)時(shí)不同產(chǎn)量水平品種群體的株型和生理特點(diǎn)去推論高產(chǎn)理想株型.但所得的結(jié)論是概念性的，未能提出定量的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)閺默F(xiàn)有品種研究性狀間的相關(guān)去推論尚未實(shí)現(xiàn)的“高產(chǎn)理想型”是一種外推法.這種推論可以給出啟示，但不是現(xiàn)實(shí)的.因此“八五”國(guó)家育種攻關(guān)期間提出創(chuàng)造高產(chǎn)基因型，從實(shí)現(xiàn)的高產(chǎn)結(jié)果回過來歸納驗(yàn)證理想型的形態(tài)、生理構(gòu)成的思路，因而提出西北5.625t/ha、東北4.875t/ha、黃淮4.5t/ha、南方3.75t/ha的高產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)10,11，實(shí)踐證明這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)很難突破.參考文獻(xiàn)1袁隆平.雜交水稻超高產(chǎn)育種J.雜交水稻,2000,15:31-33.2守仁.超多收水稻育新向理想草型有利一體化J.Japan 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