曹黎明 程 燦 周繼華 儲(chǔ)黃偉 牛付安 袁 勤

（上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種栽培研究所，上海201106）

粳米供應(yīng)安全保障是中國(guó)今后糧食安全的重點(diǎn)，也是未來(lái)國(guó)家糧食安全供需的主要矛盾。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部韓長(zhǎng)賦部長(zhǎng)指出，確保國(guó)家糧食安全的核心是口糧，口糧供給的重點(diǎn)是稻米，稻米供給的關(guān)鍵是粳稻。全球粳米的生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)僅有中國(guó)、日本、韓國(guó)、美國(guó)、澳大利亞、埃及等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家[1]，全球粳稻種植比例8.8%，總產(chǎn)占14.2%。2007-2015年國(guó)際市場(chǎng)稻米的貿(mào)易總量從3200萬(wàn)t增加到4167萬(wàn)t，但是全年粳米貿(mào)易比例卻從10.9%下降到2015年的8.1%，僅350萬(wàn)t左右，不及中國(guó)粳米消費(fèi)量的5%。中國(guó)是世界上粳稻種植面積最大、總產(chǎn)量最高的國(guó)家，粳米的安全必須立足本國(guó)生產(chǎn)，國(guó)際可調(diào)節(jié)的空間極為有限。為了滿(mǎn)足中國(guó)日益增長(zhǎng)的粳米需求，近年來(lái)南方秈稻區(qū)改粳稻種植的比例越來(lái)越高。

水稻雜種優(yōu)勢(shì)利用是中國(guó)水稻育種的重大突破，雜交水稻的推廣為中國(guó)糧食生產(chǎn)作出了巨大貢獻(xiàn)，目前雜交秈稻已占中國(guó)秈稻面積的80%左右[2]。全國(guó)的粳稻面積目前達(dá)933.34萬(wàn)hm2左右，但雜交粳稻面積種植比例僅占粳稻生產(chǎn)面積的5%左右，未來(lái)發(fā)展空間和應(yīng)用潛力很大。袁隆平院士就曾經(jīng)指出，雜交粳稻是未來(lái)30年最有可能取得跨越性突破的領(lǐng)域。長(zhǎng)江流域是中國(guó)粳稻的主產(chǎn)區(qū)之一，也是中國(guó)雜交粳稻種植比例最高的地區(qū)，位于長(zhǎng)江下游的上海地區(qū)耕地面積逐年減少，要保障上海地區(qū)的糧食自給，必須通過(guò)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，大力開(kāi)展粳稻雜種優(yōu)勢(shì)利用研究，加快雜交粳稻組合的選育和應(yīng)用。

1 中國(guó)雜交粳稻研究歷史與應(yīng)用現(xiàn)狀

中國(guó)雜交粳稻研究始于1965年，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)李錚友[3]在云南高海拔粳稻臺(tái)北8號(hào)田中發(fā)現(xiàn)天然自交不育株，用粳稻紅帽纓為父本對(duì)該不育株進(jìn)行核置換，育成滇型紅帽纓粳稻不育系。滇型不育系現(xiàn)主要在云貴高原雜交粳稻區(qū)和浙江部分地區(qū)應(yīng)用，是中國(guó)雜交粳稻產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用面積僅次于BT型的細(xì)胞質(zhì)源。

1972年中國(guó)從日本引進(jìn)BT型細(xì)胞質(zhì)源。1975年遼寧農(nóng)科院用秈粳架橋方法育成C57并與BT型不育系黎明A配組育成第1個(gè)大面積推廣的黎優(yōu)57，實(shí)現(xiàn)三系配套，1980年正式通過(guò)鑒定，成為中國(guó)第一個(gè)也是世界上第一個(gè)應(yīng)用于生產(chǎn)的雜粳組合[4-6]。除目前生產(chǎn)上大面積應(yīng)用的BT型和滇型不育系外，還有野敗型、里德型、紅蓮型雜交粳稻在研究和小面積應(yīng)用。此外，中國(guó)也大量利用光敏核不育系配組兩系雜交粳稻。1985年中國(guó)育成第一個(gè)粳型光敏核不育系，主要來(lái)源于農(nóng)墾58S，湖北省20世紀(jì)90年代育成的5088S、安徽省育成的7001S等都投入了生產(chǎn)應(yīng)用。

目前中國(guó)雜交粳稻從生態(tài)區(qū)劃分，主要有北方粳稻、長(zhǎng)江流域雜交晚粳、江淮華北中粳、云貴高原粳稻等四大地區(qū)（表1）。其中長(zhǎng)江流域雜交晚粳是中國(guó)雜交粳稻影響最大、推廣面積最廣最大的地區(qū)，年推廣面積在20萬(wàn)hm2左右，主要有上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院的花優(yōu)14、上海市閔行區(qū)農(nóng)科所的秋優(yōu)金豐、浙江寧波市農(nóng)科所的甬優(yōu)系列、中國(guó)水稻所的春優(yōu)系列、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院常熟農(nóng)科所的常優(yōu)系列等；云貴高原的雜交粳稻主要應(yīng)用滇型雜交粳稻和兩系雜交粳稻，包括云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的云光系列、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)的滇雜系列，年推廣面積超過(guò)6.67萬(wàn)hm2；中粳主要有黃淮稻區(qū)天津的天隆優(yōu)系列、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院徐州所的9優(yōu)418等組合；北方早粳主要有遼寧農(nóng)科院的屜優(yōu)418等。

表1 中國(guó)雜交粳稻應(yīng)用現(xiàn)狀

2 上海雜交粳稻研究歷史與發(fā)展現(xiàn)狀

上海市民歷來(lái)喜歡以粳米為主食，自從20世紀(jì)80年代中后期秈改粳以來(lái)，上海郊區(qū)全部種植粳稻。20世紀(jì)90年代水稻面積一直在20萬(wàn)hm2以上，進(jìn)入21世紀(jì)，隨著城市工業(yè)化發(fā)展及種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，水稻種植面積不斷下降，近年來(lái)水稻種植面積一直穩(wěn)定在10萬(wàn)hm2（150萬(wàn)畝）左右（圖1）。雖然水稻總面積降低，但是水稻單產(chǎn)一直穩(wěn)步提升，每667m2的產(chǎn)量從90年代初的500kg左右提高到570kg左右。上海良種覆蓋、種子統(tǒng)供率持續(xù)保持高位水平。2004年以來(lái)，以市主導(dǎo)品種和區(qū)縣認(rèn)定品種為主體的水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)良種覆蓋率和種子統(tǒng)供率持續(xù)保持在97%以上。

圖1 上海市歷年來(lái)粳稻種植面積及單產(chǎn)

在雜交粳稻研究上，上海于1971年用普通野生稻的紅芒野生稻為原始材料，同北方的早粳品種雜交，1973年育成京引59、農(nóng)墾四號(hào)等野栽型雄性不育系，經(jīng)過(guò)測(cè)配，初步實(shí)現(xiàn)了上海地區(qū)野栽型粳稻三系配套[7]。1977年開(kāi)始，上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種栽培研究所利用國(guó)內(nèi)多種細(xì)胞質(zhì)源不育系分別與粳7623、7624、7696等恢復(fù)系組配，成功選育得BT型雜交粳稻組合黎雜23（黎明A×粳7623），但因熟期晚、抗病性不佳沒(méi)有推廣。1985年利用自選優(yōu)質(zhì)米品種寒豐成功轉(zhuǎn)育了BT型不育系寒豐A，之后還轉(zhuǎn)育了8204A等一批BT型不育系，同時(shí)利用秈粳架橋等方式育成了一批強(qiáng)優(yōu)勢(shì)粳稻恢復(fù)系 R1027、R161、申恢1號(hào)、申恢 254、R192等，育成了雜交粳稻組合寒優(yōu)1027、8優(yōu)161、申優(yōu)1號(hào)、申優(yōu)693等[8]。上海市閔行區(qū)農(nóng)科所用不育系寒豐A和恢復(fù)系湘晴4144組配的晚熟雜交粳稻寒優(yōu)湘晴，于1989年通過(guò)上海市品種審定，由于米質(zhì)優(yōu)、優(yōu)勢(shì)突出成為主推品種，目前依然是郊區(qū)優(yōu)質(zhì)米專(zhuān)用雜交稻組合之一。之后上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種栽培研究所育成的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)兼顧的強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交粳稻組合8優(yōu)161在長(zhǎng)三角地區(qū)產(chǎn)生了巨大影響，獲得1999年度上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

上海雜交粳稻自20世紀(jì)90年代起近20年種植面積一直穩(wěn)定在2萬(wàn)～ 3.33萬(wàn)hm2，占上海水稻面積的10%～30%，雜交粳稻種植比例20年來(lái)一直處于全國(guó)最高水平。隨著上海實(shí)施糧油作物統(tǒng)一供種政策，上海雜交粳稻發(fā)展迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。2006年閔行區(qū)農(nóng)科所培育的秋優(yōu)金豐通過(guò)上海市品種審定[9]，2008年上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育的優(yōu)質(zhì)、強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交粳稻品種花優(yōu)14通過(guò)上海市品種審定[10]，2個(gè)組合米質(zhì)優(yōu)，主要指標(biāo)達(dá)國(guó)家《優(yōu)質(zhì)稻谷》標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)，適口性佳、抗性佳，抗倒性強(qiáng)，田間病蟲(chóng)害輕。其中花優(yōu)14累計(jì)推廣面積近13.34萬(wàn)hm2，是我國(guó)推廣面積最大的雜交粳稻組合之一。2010年上海雜交粳稻種植面積1.25萬(wàn)hm2左右，占水稻總面積的11.9%，到2017年雜交粳稻種植面積3.73萬(wàn)hm2左右，種植比例達(dá)到了40.7%（圖2）。2017年上海郊區(qū)雜交粳稻主栽品種主要是花優(yōu)14、秋優(yōu)金豐等，推廣面積分別為2.57萬(wàn)hm2和1.03 萬(wàn) hm2。

圖2 2010-2017年上海市雜交粳稻種植比例

近年上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的早熟、優(yōu)質(zhì)雜交粳稻新組合申優(yōu)26等，品質(zhì)、生育期等重要性狀得到優(yōu)化，熟期較生產(chǎn)主栽組合提早8d左右，米質(zhì)達(dá)到國(guó)標(biāo)1級(jí)米標(biāo)準(zhǔn)，且適宜機(jī)械化制種和生產(chǎn)，目前已在浙江、江西、安徽等地示范種植。

3 上海雜交粳稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望

3.1 上海雜交粳稻育種

3.1.1 現(xiàn)代分子生物技術(shù)隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)前世界作物育種研究已從傳統(tǒng)的常規(guī)育種進(jìn)入現(xiàn)代分子生物育種階段。分子標(biāo)記輔助選擇育種是當(dāng)前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的分子生物育種技術(shù)之一。由于分子標(biāo)記是DNA水平上遺傳多樣性的直接反映，因此將分子標(biāo)記應(yīng)用于雜交粳稻育種能顯著提高育種效率[11]。目前分子生物育種主要以聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記的應(yīng)用為主，如簡(jiǎn)單序列重復(fù)（SSR，simple sequence repeats）等，但以生物信息學(xué)和二代基因組測(cè)序技術(shù)為基礎(chǔ)的標(biāo)記以其位點(diǎn)豐富、檢測(cè)通量高等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到育種家的青睞，如單核苷酸多 態(tài) 性（SNP，single nucleotide polymorphisms）等。上海粳稻雜種優(yōu)勢(shì)利用應(yīng)充分發(fā)揮分子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)育種的親本改良、有利基因的定向?qū)氲冉Y(jié)合起來(lái)，建立高效的現(xiàn)代分子生物育種技術(shù)體系。

3.1.2 優(yōu)質(zhì)雜交粳稻育種水稻生產(chǎn)已由單一追求高產(chǎn)向高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)并重，甚至優(yōu)質(zhì)主導(dǎo)的方向轉(zhuǎn)變。雜交粳稻產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)較為明顯，今后更應(yīng)以?xún)?yōu)質(zhì)和適宜機(jī)械化生產(chǎn)為主要目標(biāo)，兼顧抗性育種等指標(biāo)。稻米品質(zhì)是一個(gè)綜合概念，包含外觀品質(zhì)、碾磨品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)，其中蒸煮食味品質(zhì)是其中最重要的一項(xiàng)。牛付安等[12]通過(guò)對(duì)上海市粳稻品種品質(zhì)性狀的主成分分析和聚類(lèi)分析發(fā)現(xiàn)，上海市粳稻品種的蒸煮品質(zhì)已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，但外觀品質(zhì)總體較差。因此，上海雜交粳稻育種應(yīng)通過(guò)在恢復(fù)系（不育系）中導(dǎo)入香味、低直鏈淀粉、低堊白率等米質(zhì)有關(guān)的優(yōu)良基因，在改良雜交粳稻三系親本蒸煮食味品質(zhì)的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)堊白等外觀品質(zhì)的改良，再利用聚合優(yōu)質(zhì)基因的親本材料交叉配組，培育優(yōu)質(zhì)、強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交粳稻新組合。

3.1.3 適宜機(jī)械化直播雜交粳稻生產(chǎn)不僅要有優(yōu)質(zhì)、強(qiáng)優(yōu)勢(shì)新組合，還要依賴(lài)于種子生產(chǎn)和現(xiàn)代栽培技術(shù)的不斷完善，其中最主要的是解決全程機(jī)械化制種技術(shù)和現(xiàn)代農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝配套栽培技術(shù)。上海用工成本高，水稻生產(chǎn)機(jī)械化水平相對(duì)較高。在雜交粳稻育種過(guò)程中，應(yīng)力爭(zhēng)培育出父母本花期、花時(shí)相遇良好、開(kāi)花習(xí)性好、易于機(jī)械化制種和苗期分蘗力強(qiáng)、灌漿速度快、抗倒性強(qiáng)、水肥管理簡(jiǎn)便、用種量少、易于機(jī)械化生產(chǎn)（機(jī)插秧、機(jī)直播）的雜交粳稻組合，則可以加快推進(jìn)水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化，破解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的誰(shuí)來(lái)種地、怎么種地的難題。

3.1.4 秈粳交雜種優(yōu)勢(shì)利用雜交粳稻由于親本來(lái)源范圍較窄，其優(yōu)勢(shì)不如雜交秈稻，一直是影響雜粳發(fā)展的主要問(wèn)題。目前生產(chǎn)上應(yīng)用的雜交粳稻組合，一般比常規(guī)水稻增產(chǎn)10%左右，產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)相對(duì)雜交秈稻還不夠。因此有必要進(jìn)一步利用秈粳交雜種優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)制優(yōu)質(zhì)、強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交粳稻三系親本材料及新組合。在雜交粳稻親本中導(dǎo)入秈稻的有利基因，擴(kuò)大其遺傳背景，提高育種水平。通過(guò)創(chuàng)制偏秈型粳稻恢復(fù)系或不育系與粳稻親本雜交配組，有效提升雜交粳稻的產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)等潛力，培育生育期適宜、品質(zhì)優(yōu)良的雜交粳稻新組合。上海重視秈粳交雜交水稻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近年來(lái)培育出了早豐優(yōu)69、浦優(yōu)22[13]等一批強(qiáng)優(yōu)勢(shì)秈粳交新組合，這些組合的產(chǎn)量有了大幅度提高，但是生產(chǎn)中秈粳交組合的應(yīng)用還存在制種產(chǎn)量不高、稻米品質(zhì)不佳，特別是食味品質(zhì)改良難度更高、稻米不耐儲(chǔ)藏、影響后茬水稻生產(chǎn)整齊度等多方面的問(wèn)題需要解決。

3.2 上海雜交粳稻種業(yè)發(fā)展對(duì)策上海水稻產(chǎn)業(yè)圍繞優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)的發(fā)展理念，突出生態(tài)環(huán)境保護(hù)、全程機(jī)械化生產(chǎn)以及地產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大米產(chǎn)業(yè)化發(fā)展三大重點(diǎn)，以保護(hù)生態(tài)、改善品質(zhì)和提升效率為目標(biāo)，努力提升上海水稻機(jī)械化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)水平。

3.2.1 加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)雜交粳稻種質(zhì)創(chuàng)新培育適宜機(jī)械化種植和機(jī)械化制種的優(yōu)質(zhì)，特別是優(yōu)良食味的強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交粳稻組合。在產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮分子育種的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)入優(yōu)良食味基因，重點(diǎn)培育適宜機(jī)械化直播和機(jī)械化高產(chǎn)制種的優(yōu)質(zhì)食味雜交粳稻組合，在南方粳稻區(qū)和南方秈稻改粳稻區(qū)域示范推廣，滿(mǎn)足區(qū)域優(yōu)良粳米供應(yīng)的市場(chǎng)需求。選育適宜消費(fèi)市場(chǎng)稻米品質(zhì)高端化新品種，實(shí)現(xiàn)由為市場(chǎng)生產(chǎn)稻谷到為市場(chǎng)提供高品質(zhì)大米的轉(zhuǎn)變。

3.2.2 完善雜交粳稻全程機(jī)械化制種技術(shù)體系雜交粳稻生產(chǎn)不僅要有優(yōu)質(zhì)、強(qiáng)優(yōu)勢(shì)新組合，還要依賴(lài)于種子生產(chǎn)和現(xiàn)代栽培技術(shù)的不斷完善，其中最主要的是解決全程機(jī)械化制種技術(shù)和現(xiàn)代農(nóng)機(jī)農(nóng)藝配套栽培技術(shù)。近年來(lái)，在設(shè)施糧田建設(shè)的基礎(chǔ)上，上海因地制宜建立了較為完善的全程機(jī)械化雜交粳稻制種技術(shù)體系，集成機(jī)械化插秧、機(jī)械化植保、機(jī)械化輔助授粉等繁制種關(guān)鍵技術(shù)，建立雜交粳稻全程機(jī)械化制種技術(shù)體系，在繁制種過(guò)程中解決播種、栽插、趕粉、收割等全程機(jī)械化環(huán)節(jié)技術(shù)配套。建成了一批全程機(jī)械化制種基地，制種產(chǎn)量水平每667m2可達(dá)到175kg左右，高產(chǎn)制種基地可達(dá)250kg。

3.2.3 建立優(yōu)質(zhì)雜交粳稻綠色生產(chǎn)技術(shù)體系圍繞優(yōu)質(zhì)雜交粳稻產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)，開(kāi)展配套生產(chǎn)技術(shù)的集成和示范，結(jié)合品種特征特性，在糧食作物茬口模式、精確定量化栽培、新肥料和新技術(shù)應(yīng)用、生態(tài)種植、耕地質(zhì)量保護(hù)等方面開(kāi)展技術(shù)研究和集成，努力提高肥料利用率，減少化學(xué)肥料投入量，降低面源污染。加強(qiáng)水稻機(jī)械化穴播、機(jī)械化施肥、高效植保機(jī)械研發(fā)和示范推廣，形成農(nóng)機(jī)農(nóng)藝配套技術(shù)規(guī)范，進(jìn)一步提升糧食機(jī)械化生產(chǎn)水平。

3.2.4 建立優(yōu)質(zhì)雜交粳稻稻米產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)體系以?xún)?yōu)質(zhì)稻米產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?、品牌化建設(shè)為重點(diǎn)，繼續(xù)開(kāi)展優(yōu)質(zhì)稻米原糧貯運(yùn)保鮮、稻米加工以及產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系等技術(shù)的研究，著力扶持一批地產(chǎn)化優(yōu)質(zhì)稻米生產(chǎn)加工企業(yè)，力爭(zhēng)初步構(gòu)建起上海市優(yōu)質(zhì)稻米產(chǎn)業(yè)化發(fā)展框架，以及周年供應(yīng)技術(shù)模式，不斷提高上海市優(yōu)質(zhì)稻米產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)水平。