超高產(chǎn)育種.doc

超高產(chǎn)是相對現(xiàn)有品種水平而言的.日本20世紀80年代制定超高產(chǎn)水稻育種研究計劃，其目標是在15年內(nèi)育成比現(xiàn)有品種增產(chǎn)50%的品種，之后中國也提出作物超高產(chǎn)育種計劃.作物“超級種”育種的概念也首先用于水稻.1994年，國際水稻研究所通報了該所育成的“新株型稻”，新聞傳媒以“超級稻將有助于多養(yǎng)活近5億人口”為題進行報道，從而引起了世界各產(chǎn)稻國的極大關(guān)注，“超級稻”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時推廣的對照品種穩(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)定地達到15000kg/hm2，稱為超高產(chǎn)“.大豆超級種”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）實收單產(chǎn)超過“八五”國家育種攻關(guān)所定標準仍可作為超高產(chǎn)標準，因已有高產(chǎn)記錄的可重復(fù)性差，未能穩(wěn)定實現(xiàn).2水稻超高產(chǎn)育種2.1我國水稻超高產(chǎn)育種的歷史及現(xiàn)狀20世紀80年代中期，中國沈陽農(nóng)業(yè)大學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年分別在國際水稻研究大會和日本育種學雜志上發(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)育種研究被納入國家重點科技攻關(guān)計劃，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“中國超級稻研討論證會”，正式確立并啟動了“中國超級稻育種及栽培技術(shù)體系研究”重大科技計劃，組織全國性大型協(xié)作攻關(guān).1999年和2001年，北方粳型超級稻育種基礎(chǔ)與育種技術(shù)研究又分別得到國家自然科學基金和國家“863”計劃的支持，超級雜交粳稻育種也被正式納入研究計劃.經(jīng)過20多年的努力，北方粳型超級稻在育種理論、育種技術(shù)及育種實踐等方面均已取得明顯進展4.到目前為止，已育成并推廣超級稻新品種8個，超級雜交粳稻新組合2個，累計推廣面積超過130多萬公頃.2.2超級稻育種目標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稻育種目標：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)定地實現(xiàn)600700kg.到2005年突破800kg，到2015年躍上900kg的臺階，并形成超級稻良種配套栽培技術(shù)體系.在試驗和示范中.培育的超級稻材料最高畝產(chǎn)到2000年達到800kg.到2005年達到900kg.到2015年達到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)用超級稻品種，推動我國水稻平均畝產(chǎn)水平到2010年達到460kg，并為在2030年躍上500kg的新臺階作好技術(shù)儲備5.2.3北方粳型超級稻育種實踐2.3.1新株型優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)造沈陽農(nóng)業(yè)大學利用秈粳稻亞遠緣雜交后代瘋狂分離和地理遠緣雜交后代變異幅度大的特點，有意識地創(chuàng)造、篩選具有特異性的新株型優(yōu)異種質(zhì)，并嘗試在超級稻育種實踐中利用這些新種質(zhì)培育理想株型與優(yōu)勢相結(jié)合的超級稻新品種.到20世紀末期，已經(jīng)創(chuàng)制出矮壯稈、長葉大穗型的沈農(nóng)89366，穗型直立、株型緊湊、個體競爭力極小的沈農(nóng)95008，分蘗力和分蘗勢極強、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)用于超級雜交稻育種.例如，IRRI育成的所謂“新株型超級稻”的核心親本之一就是沈農(nóng)89366.沈陽農(nóng)業(yè)大學育成的超級稻也都是來自于上述新株型育種材料6.2.3.2超級稻新品種選育沈陽農(nóng)業(yè)大學利用已有的高產(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)勢相結(jié)合理論，于20世紀90年代中期率先育成了直立大穗型超級稻沈農(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年被列入國家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金重點支持項目，2004年被農(nóng)業(yè)部確定為“水稻綜合生產(chǎn)能力科技提升行動計劃”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)指標均達到了部頒一級優(yōu)質(zhì)粳米標準.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)勢技術(shù)以來,美國玉米品種的產(chǎn)量潛力提高了6倍,我國則提高了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,對保障我國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)有不同的既先進超前,又切實可行的育種目標,采用雜種優(yōu)勢利用、分子生物學、科技創(chuàng)新,不斷實現(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、新材料的引進和創(chuàng)新是玉米雜交種產(chǎn)量突破的必然之路.我國玉米種質(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.在引進種質(zhì)方面,20世紀90年代以前,美國玉米種質(zhì)Reid和Lancaster種質(zhì)、90年代后78599的引進；在南方地區(qū)熱帶種質(zhì)Tuxp ino和Suwan的引進利用等,都為我國玉米的育種和生產(chǎn)作出了巨大的貢獻.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)育種提供強有力的技術(shù)支撐.按照中期或長期目標進行群體改良,選擇符合要求的優(yōu)異種質(zhì),通過合成新的群體并進行馴化和改良,創(chuàng)造符合當?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)性等方面實現(xiàn)新的突破.根據(jù)雜種優(yōu)勢模式原理,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、病害嚴重等癥狀,耐密性差和抗逆性不足,嚴重制約了新品種的推廣應(yīng)用區(qū)域,降低了新品種的國際競爭能力.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)異基本株機會增加.在選二環(huán)系早代時,S0群體含量300600株,下一代仍在高密度下進行家系選擇,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)選擇適當干旱、冷涼、陰雨寡照、多風、多病害等逆境,營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,再進行種質(zhì)混合和交流,通過多點次多區(qū)域聯(lián)合選育和鑒定,以空間換時間,可使所選育的自交系適應(yīng)性廣、抗性豐富,特別是去除對光照溫度的敏感性,擴大適應(yīng)區(qū)域和增強綜合抗性,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)和遺傳機制要不同8.嚴格選擇標準,對影響總體育種目標和生產(chǎn)上可能造成嚴重減產(chǎn)風險的不良性狀，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,但又有許多缺點的材料是很危險的,因為攜帶有不良基因的材料,一旦進入育種過程,只要經(jīng)過一次配子自由組合,就可達到基因的動態(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分子標記輔助選擇分子標記是指反映生物個體或種群間基因組差異特征的DNA片斷,在育種過程中對目標性狀進行選擇是新品種培育的中心環(huán)節(jié),利用遺傳標記進行輔助選擇,可以極大地提高選擇的效率,減少育種過程中的盲目性.把與目標性狀緊密連鎖的基因進行遺傳標記,對目標性狀進行跟蹤選擇,把常規(guī)育種中的表型選擇轉(zhuǎn)化為基因型選擇,通過與目標基因緊密連鎖的分子標記所構(gòu)建的分子遺傳圖譜,可為育種者指明育種目標及達到目標的最佳途徑.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、抗倒狀性強、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行選拔鑒定,產(chǎn)量要達到200kg/667m2.因為現(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,同時要選擇每次重復(fù)均顯著優(yōu)于對照的品系.參加全國和省區(qū)域試驗.決選時除產(chǎn)量為主要目標外,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中國大豆高產(chǎn)理想型的研究與高產(chǎn)實踐“七五”期間主要通過研究現(xiàn)時不同產(chǎn)量水平品種群體的株型和生理特點去推論高產(chǎn)理想株型.但所得的結(jié)論是概念性的，未能提出定量的標準，因為從現(xiàn)有品種研究性狀間的相關(guān)去推論尚未實現(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)實的.因此“八五”國家育種攻關(guān)期間提出創(chuàng)造高產(chǎn)基因型，從實現(xiàn)的高產(chǎn)結(jié)果回過來歸納驗證理想型的形態(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)標準10,11，實踐證明這個標準很難突破.參考文獻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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