陳志軍 王睛芳 游艾青

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

[關鍵詞]湖北;糧食;水稻育種;策略

[中圖分類號]S334;S338[文獻標識碼]B

1 中國水稻產業(yè)的結構性問題

2019年1-8月，我國農產品進出口額1478.8億美元。其中，出口497.3億美元，進口981.5億美元，貿易逆差484.2億美元，同比增加13.0%，其中大豆進口5631.5萬t，表明中國農產品在相當長時間內還將依賴國際市場（海關總署數據），糧食特別是主糧的安全更顯重要。2018年中國糧食產量突破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，口糧在數量上已經得到保障。

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現凈出口。

當前，我國稻谷供求的主要問題不在于總量，而在于結構。在水稻連年豐收的同時，水稻供求結構性矛盾愈加突出，表現為稻谷供大于求，2018年國內稻谷產量21213萬t，消費量18678萬t，結余2535萬t，多年積累下來導致稻谷庫存積壓嚴重，生產過于重數量輕質量，高層次的消費需求得不到滿足，而品質低劣的大米大量收儲，占用大量財政資金。

為調整水稻生產結構，減庫存，2018年國家調減水稻種植面積，2018年水稻播種面積3018.9萬hm2，比2017年減少55.8萬hm2。2018年稻谷總產量為21212.90萬t，比2017年減少54.69萬t，而水稻平均單產從2017年的6.92t/hm2增至7.03t/hm2，結果水稻總產量僅下降54.69萬t。王微等人研究表明過去幾十年水稻總產量增長主要源于單產提高，區(qū)域種植結構調整對總產提高的促進效應較小，同時水稻專業(yè)化生產越來越向單產高的地區(qū)集中。中國水稻播種面積1000千hm2以上的有9個省份，稻谷播種面積占全國的80.77%，比較2016年和2017年這9個省份的播種面積、總產、單產和播種面積變化，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個省的單產都較高，中國水稻生產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)，并且隨著生產技術的進步，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，總產排全國第4位，單產排全國第2位，在全國水稻主產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持續(xù)下跌的雙重擠壓，近年來，我國糧食生產效益不斷下滑，直接導致農民種糧積極性降低，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，湖北省水稻單產要高出0.67～1.07t/hm2，生產效益相對較高。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的快速增長也帶來了一系列問題，如土地超負荷生產造成的土壤肥力衰退、化肥和農藥的過量使用帶來的農業(yè)面源污染，農業(yè)生態(tài)壓力持續(xù)加大，水稻生產的可持續(xù)性問題日益凸顯，通過增加生產要素投入來提高單產的途徑不再可行，急需探索新的增產路徑來維持主糧較高的自給率以確保糧食安全水平，同時提高農業(yè)生產的可持續(xù)性。

2019年中央一號文件指出要調整優(yōu)化農業(yè)結構，大力發(fā)展緊缺和綠色優(yōu)質農產品生產，推進農業(yè)由增產導向轉向提質導向。在這種新形勢下，湖北水稻產業(yè)是機遇也是挑戰(zhàn)。對于湖北省水稻育種學科來說不僅要面臨水稻種植結構、種植方式的調整問題，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)加強高產、優(yōu)質、環(huán)保、安全的水稻新品種選育

2018年我國谷物凈進口1795.8萬t，植物油凈進口779.1萬t，油籽凈進口9448.9萬t，其中大豆進口8803.1萬t（海關總署數據）。按大豆平均單產2.25t/hm2計算，僅進口的大豆就需要3912萬hm2的耕地面積來生產，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的提升，為保障我國口糧安全，高產永遠是中國水稻育種的第一選擇。

隨著國民經濟的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，稻米品質越來越為人們所關注。以前為解決溫飽問題，育種主要以高產為主要目標，導致了生產上優(yōu)質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低端大米嚴重沖擊，影響了中國稻谷的生產。稻米品質不僅僅是要求稻米的外觀品質和口感，還要求要好的加工品質如整精米率等。好的外觀和口感可以提升大米的商品性，好的加工品質還可以提高稻米加工企業(yè)的效益。

2015年湖北水稻單產達到8.06t/hm2，與之相對應的是肥料的高投入，湖北水稻耕地化肥（折純量）和農藥施用量分別達到971.55kg/hm2和35.10kg/hm2，遠超國際公認的安全標準，也高于全國平均水平。這種水肥、農藥等高投入、低產出以及犧牲資源環(huán)境的粗放式生產，造成土壤肥力衰退、農業(yè)面源污染，加大農業(yè)生態(tài)壓力，加劇了農業(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藥的施用，培育少施肥能增產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，改善農業(yè)生態(tài)環(huán)境，保障稻米質量安全。

湖北被東、西、北三面山陵包圍，天氣變化頻繁，農業(yè)災害多發(fā)，主要表現為春季低溫陰雨、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)，并且出現極端高溫天氣發(fā)生時間越來越早，結束時間越來越晚的趨勢。嚴重影響水稻產量的穩(wěn)定性，給糧食安全帶來隱患。因此在湖北生產使用的水稻品種必須耐得住高溫。

湖北省在2000年啟動優(yōu)質稻工程，經過近20年的研究，建立了比較好的研究基礎，選育出一批既優(yōu)質又高產的水稻新品種，如被農業(yè)部認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號分別達到國家優(yōu)質稻米標準的1級、2級、2級、3級，實現了優(yōu)質和高產的協(xié)調統(tǒng)一。未來水稻育種的目標就是要在優(yōu)質和高產協(xié)調統(tǒng)一的基礎上實現資源節(jié)約和環(huán)境友好。

3.2 全力推動高檔優(yōu)質稻的選育

目前國際市場交易的高檔優(yōu)質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，其中泰國白糯米價格最高，離岸價達1550美元/t，柬埔寨的Pkha價格最低，離岸價達900美元/t。我國每年需要進口泰國大米100多萬t主要用于滿足我國高消費層次人們的需要，隨著國內高收入群體的不斷擴大，高檔優(yōu)質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，其后的品種雖產量有所提高，但米質改進不明顯，綜合食味還有所下降，一段時間內還很難取代傳統(tǒng)品種。

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

2019年湖北省“蝦稻共作”面積高達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，為了保護經濟效益更高的小龍蝦，水稻基本不打農藥不施化肥?！拔r稻”可以說是一種純綠色的水稻，完全可以打造成一個具有湖北特色的高端有機綠色大米品牌。目前“蝦稻”品種多而雜，大多數沒有達到高檔優(yōu)質米的標準，急需適合蝦田使用的高檔優(yōu)質稻新品種。

3.3 積極開展適合全程機械化的水稻新品種選育

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

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

機械秧的主要問題漏插和分蘗推遲。機插育秧中出現的缺苗、秧苗不整齊、秧塊缺邊掉角都會導致插秧機漏插，導致基本苗不夠而影響產量。造成漏插有機械、育秧管理、水稻品種不適宜等多種因素，機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量好。目前普遍實行的是中小苗帶土移栽，由于秧齡小、秧苗弱，秧田不帶分蘗，移栽后要經過1～2個葉齡長出大田根系、稻株體內營養(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原因是秧苗移栽后會有一定程度的植傷，使得群體莖蘗數也會有一定程度的增長停滯或下降過程，植傷越嚴重，恢復期越長。分蘗推遲會顯著延長返青期，推遲生育進程，降低低位分蘗發(fā)生，從而影響稻谷產量。適應機插秧水稻生產需要的生育期短、早生快發(fā)、抗倒伏能力強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水平，水稻單產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等因素，雜交稻雙親之間的親緣距離是雜種一代產生雜種優(yōu)勢的遺傳基礎。亞種間雜種優(yōu)勢的強弱有如下趨勢：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)勢的進一步增強必須繼續(xù)通過擴大親本間的親緣距離來實現，充分利用秈粳亞種間的雜種優(yōu)勢。

4.2 提升水稻育種技術手段

隨著現代水稻分子遺傳學飛速發(fā)展，不僅克隆和定位了大批重要的農藝性狀關鍵基因，也發(fā)展出了多種多樣的分子遺傳學技術，如分子標記技術、基因組編輯技術、基因組測序技術等等，將這些分子技術和花藥培養(yǎng)技術以及傳統(tǒng)的雜交育種技術綜合運用可以將多個重要農藝性狀關鍵基因定向高效聚合，從而加速作物超級新品種培育的進程，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，容易實現多個優(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體系，能夠完成基因的敲除、激活、抑制、替換，可以快速實現水稻特定農藝性狀的定向改良。

目前基因編輯技術和轉基因技術在水稻育種中的應用受限于國家相關政策只能作為技術儲備，短時間還無法應用到生產中。分子標記技術在水稻育種中最成功的應用是質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，但對于數量性狀遺傳的重要農藝性狀目前還無能為力。水稻的重要農藝性狀如抗非生物脅迫（高溫、低溫、干旱、鹽堿、澇等）、稻米品質、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)等等對于實現資源節(jié)約和環(huán)境友好都是非常重要的關鍵性狀，但這些性狀絕大多數都是數量性狀遺傳，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和手段用于水稻育種實踐當中。

4.3 發(fā)掘和創(chuàng)制優(yōu)異種質資源

水稻種質資源是育種和新基因發(fā)掘的重要物質基礎，是維護國家糧食安全和種業(yè)健康發(fā)展的重要戰(zhàn)略性資源。盡管不同時期水稻育種目標各不同，但我國水稻育種的重大突破，都與優(yōu)異種質資源的發(fā)掘和利用密切相關。上世紀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70年代雜交三系成功配套源于一株野敗不育株的發(fā)現，上世紀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。

中國水稻生產受耕地面積、農業(yè)資源、生態(tài)環(huán)境的壓力，不再單純追求產量增加。如今的水稻育種對產量、品質、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)制出綜合農藝性狀優(yōu)良的優(yōu)異種質，用于雜交稻育種和生產當中。湖北省水稻育種目前處于一個瓶頸期，要及時開展關于營養(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研究，并創(chuàng)制出可用于育種和生產應用的優(yōu)異種質。

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