摘 要 雜交水稻是我國糧食生產(chǎn)的主力軍，其抗病蟲性直接影響我國糧食的產(chǎn)量水平和種植可持續(xù)性。為提高河南省信陽市乃至全國雜交水稻抗病蟲育種水平，以信陽市雜交水稻種植現(xiàn)狀和主要病蟲害為切入點，分析了其當前雜交水稻抗病蟲育種中存在的抗源種質(zhì)資源相對單一、抗性遺傳基礎(chǔ)研究滯后、抗性鑒定評價手段落后及育種理論模式和技術(shù)陳舊等問題，并提出挖掘創(chuàng)新優(yōu)良抗源種質(zhì)、加強抗源基因系統(tǒng)研究、加大抗性評價和分子檢測力度及集成多學科理論創(chuàng)新技術(shù)等對策。

關(guān)鍵詞 雜交水稻；抗病蟲育種；河南省信陽市

中圖分類號：S511 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.23.024

信陽市位于河南省南部，處于鄂豫皖三省交界處，屬亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，光照充足，雨量適中，日照時間長，無霜期在220～230 d，可為水稻生長發(fā)育提供有利的自然環(huán)境。信陽市是全國重要的優(yōu)質(zhì)稻米產(chǎn)區(qū)之一。2023年，該市水稻種植面積約84.18萬hm2，糧食總產(chǎn)量581.76萬t。雜交水稻因其顯著的種植優(yōu)勢在信陽市大面積推廣種植，占據(jù)了水稻生產(chǎn)的主導地位。然而，稻瘟病、紋枯病、稻飛虱等病蟲害的嚴重危害制約了信陽市雜交水稻單位面積產(chǎn)量水平和穩(wěn)產(chǎn)能力的進一步提高。加強雜交水稻抗病蟲育種，培育具有廣譜持久抗性的優(yōu)異品種，對維護信陽市乃至豫南地區(qū)傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)米產(chǎn)區(qū)聲譽、促進水稻綠色高產(chǎn)高效生產(chǎn)、實現(xiàn)良性循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1" 雜交水稻種植概況

信陽市地處河南省南部，地理位置優(yōu)越，氣候條件適宜，是我國重要的雜交水稻生產(chǎn)基地之一。近年來，信陽市大力推廣應用雜交水稻，種植面積持續(xù)擴大。2022年，信陽市雜交水稻種植面積達到10萬hm2，占該市水稻種植總面積的80%以上，主要種植的雜交組合有汕優(yōu)63、岳優(yōu)103、中優(yōu)63等，涵蓋了不同類型的雜交稻品種[1]。其中，汕優(yōu)63仍是信陽市種植面積最大的品種，占比約30%。由于良好的生態(tài)環(huán)境和先進的栽培模式，信陽市雜交水稻平均667 m2產(chǎn)量保持在600 kg左右，遠高于國家平均水平，為確保我國糧食安全做出了重要貢獻。然而，病蟲害危害日益嚴重，抑制了水稻產(chǎn)量的進一步提高，抗病蟲育種工作迫在眉睫。

2" 雜交水稻病蟲害情況及危害

信陽市雜交水稻生產(chǎn)面臨著嚴峻的病蟲害風險。稻瘟病、紋枯病等主要病害和稻飛虱、稻縱卷葉螟等危險蟲害頻發(fā)，給當?shù)仉s交水稻生產(chǎn)帶來了巨大威脅。稻瘟病會導致雜交水稻葉片和穗部出現(xiàn)病斑，影響光合作用和籽粒灌漿。紋枯病主要侵染雜交水稻莖稈部位，使植株分蘗力和抗倒伏能力下降，病情加重的話會導致水稻嚴重減產(chǎn)。稻飛虱為主要蟲害，集群吸食會造成雜交水稻大面積絕收，還能傳播多種病毒病。稻縱卷葉螟屬小型蛾類，幼蟲吐絲卷葉為害，抑制雜交水稻分蘗和灌漿。信陽市的氣候環(huán)境和種植模式為這些主要病蟲害的發(fā)生流行提供了有利條件，加之大面積連片種植，疫情一旦暴發(fā)，防治難度大、成本高、風險高。然而，當?shù)刂饕N植的雜交水稻品種缺乏有效抗性，防治手段單一且效果有限，給雜交水稻生產(chǎn)帶來嚴重風險。因此，從源頭培育抗病蟲水稻品種是解決此困境的關(guān)鍵，對保障信陽市實現(xiàn)雜交水稻可持續(xù)生產(chǎn)至關(guān)重要。

3" 雜交水稻抗病蟲育種面臨的主要問題

3.1" 抗源種質(zhì)資源相對單一

抗源種質(zhì)資源匱乏，一直是信陽市雜交水稻抗病蟲育種的主要瓶頸之一。長期重視商業(yè)化育種，忽視抗源基因的創(chuàng)新，導致目前信陽市可利用的抗源種質(zhì)庫相對單一。大量推廣應用的品種所攜帶的抗性基因來源于少數(shù)幾個熱點抗源，遺傳背景單一化趨勢明顯。這不僅增加了抗性基因喪失的風險，也限制了后續(xù)育種的發(fā)展空間。對于一些重大病蟲害，信陽市尚未發(fā)掘到優(yōu)異的抗性基因[2]。以稻瘟病為例，雖然已經(jīng)鑒定到多個抗性基因，但都存在不同程度的缺陷，如抗性水平不夠、效果不穩(wěn)定、抗譜窄等，難以滿足廣適性和持久性的育種需求。對于紋枯病、飛虱等病蟲害，更缺乏理想的抗源。此外，野生稻和一些非常規(guī)種質(zhì)雖然蘊藏豐富的抗性基因，但由于種間或?qū)匍g隔離，這些優(yōu)異基因難以被有效利用。抗源挖掘的窄化和單一化已成為信陽市雜交水稻抗病蟲育種的關(guān)鍵瓶頸，需要通過多種手段加以突破，從根本上扭轉(zhuǎn)被動局面。

3.2" 抗性遺傳基礎(chǔ)研究滯后

抗性遺傳基礎(chǔ)研究的滯后極大地制約了信陽市雜交水稻抗病蟲育種的發(fā)展。由于種質(zhì)復雜、抗性基因多數(shù)為質(zhì)量性狀，水稻抗病蟲機理研究進展緩慢。例如，對主要病蟲害的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解還停留在表面層次，很多關(guān)鍵基因及其作用機制仍是一個“黑箱”。缺乏對抗性基因遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的深入認知，就難以準確評估種質(zhì)的抗性潛能，并針對性地利用優(yōu)異基因開展分子育種。對抗性遺傳本質(zhì)的不了解，也制約了抗源創(chuàng)新的深度和廣度，很多非常規(guī)種質(zhì)中潛在的抗性資源無法被充分挖掘利用。同時，缺乏高效鑒定分子標記，在很大程度上限制了分子輔助育種的推廣應用。由于對抗性分子標記的開發(fā)質(zhì)量把控不足，很多標記缺乏穩(wěn)定性和可移植性，應用價值較低。這就使育種工作難以高效開展，大量的精力被耗費在傳統(tǒng)的人工鑒定和表型選擇上，整體育種效率不高。

3.3" 抗性鑒定評價手段落后

當前，信陽市對種質(zhì)抗性水平的評價主要依賴人工接種鑒定，這種傳統(tǒng)方法不僅費時費力，而且受人為主觀因素影響很大，結(jié)果的可靠性和重復性較差。對于某些病蟲害，由于缺乏高效的人工誘導手段，評價工作更是陷入被動。以稻瘟病為例，目前廣泛使用的評價方法是在人工氣候箱內(nèi)對植株進行離體接種，這種方式對誘導條件的控制要求極為苛刻，評價效率低下。而對于稻飛虱等害蟲，更缺乏成熟可靠的評價體系。此外，育種實踐中經(jīng)常會遇到不同地點、不同年份評價結(jié)果出現(xiàn)明顯分化的情況，給抗性鑒定帶來很大困擾，影響了種質(zhì)資源的準確判讀和高效利用。評價方法的主觀性和局限性，制約了信陽市雜交水稻抗性種質(zhì)的快速發(fā)掘和高效鑒選，是育種工作中無法回避的難題。

3.4" 育種理論模式和技術(shù)陳舊

陳舊的育種理論模式和技術(shù)路線嚴重制約了信陽市雜交水稻抗病蟲育種的發(fā)展。目前，信陽市育種工作過于依賴傳統(tǒng)的單體選擇模式，忽視了分子育種等現(xiàn)代育種理念的應用。這種傳統(tǒng)路線效率低下、周期漫長，難以滿足當前對雜交水稻優(yōu)良品種的迫切需求。同時，分子育種技術(shù)在抗性育種中的應用遠遠滯后于其他作物。分子標記輔助選擇（Marker-Assisted Selection，MAS）、基因組選擇（Genomic Selection，GS）等前沿技術(shù)應用有限，基因組編輯等新興技術(shù)則幾乎還處于空白[3]。信陽市在育種親本的分子設(shè)計、新型分子育種群體的構(gòu)建、分子標記的高效利用等方面，與國際先進水平相比都存在較大差距。此外，抗性育種對基因組學、生物信息學等交叉學科的需求越來越迫切，但這些領(lǐng)域的研究在信陽市起步較晚，應用程度較低，制約了抗性育種的多學科交叉融合發(fā)展。由于理論模式和技術(shù)路線的落后，一些具有重大應用前景的創(chuàng)新成果很難在實際育種中得到充分的轉(zhuǎn)化和應用。

4" 對策建議

4.1" 挖掘創(chuàng)新優(yōu)良抗源種質(zhì)

加強抗源種質(zhì)挖掘創(chuàng)新將是信陽市突破雜交水稻抗病蟲育種瓶頸的關(guān)鍵一環(huán)。信陽市應充分利用當?shù)刎S富的水稻遺傳資源，系統(tǒng)評價和深度挖掘具有抗性潛力的種質(zhì)資源，發(fā)掘新型優(yōu)異抗源。同時，要重視對外省資源的引進利用，整合全國乃至全球范圍內(nèi)的優(yōu)異抗源種質(zhì)，為育種工作提供多元化的遺傳基礎(chǔ)。在常規(guī)種質(zhì)利用的基礎(chǔ)上，信陽市還應加大對野生稻、旱育種質(zhì)等非傳統(tǒng)抗源材料的關(guān)注力度[4]。這些遺傳背景復雜、性狀多樣的種質(zhì)往往隱藏著一些新奇獨特的抗性基因，是發(fā)掘創(chuàng)新抗源基因的寶貴遺傳資源庫。通過產(chǎn)學研用相結(jié)合，系統(tǒng)挖掘這些材料中的抗源基因，信陽市將有望實現(xiàn)抗性基因的重大突破。除了上位種質(zhì)外，信陽市應重視利用現(xiàn)代生物技術(shù)手段，通過基因編輯、基因組設(shè)計等途徑創(chuàng)制全新的抗性基因型。同時，加強對抗性基因的發(fā)掘和克隆，是解析抗性機理、精準利用抗源基因的前提條件。只有從多層次、多途徑入手，信陽市才能真正構(gòu)建起抗源基因庫，為培育優(yōu)異抗性品種奠定堅實的種質(zhì)基礎(chǔ)。

4.2" 加強抗源基因系統(tǒng)研究

信陽市應重視對重大病蟲害的抗性基因及其作用機理開展系統(tǒng)解析，深入闡明其遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和分子調(diào)節(jié)機制，為精準利用抗源基因奠定基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，信陽市還需要加大對新型抗源基因的發(fā)掘，不斷豐富抗源基因庫。對于那些在傳統(tǒng)種質(zhì)中難以發(fā)掘的理想抗源，可嘗試對野生稻或遠緣種進行全基因組關(guān)聯(lián)分析，尋找潛在的候選基因；也可通過新技術(shù)手段，如基因組編輯、合成生物學等，從根本上重塑新型抗源基因。同時，應重視抗性相關(guān)分子標記的研發(fā)和應用。通過對抗源基因進行深入解析，開發(fā)高效可靠的功能標記，為分子標記輔助選擇奠定基礎(chǔ)。此外，要注重抗性標記在分子育種中的實際應用，建立起以標記輔助選擇為核心的現(xiàn)代化育種流程，助力高效培育優(yōu)異抗性品種。只有從源頭上加強對抗源基因的系統(tǒng)性研究，信陽市才能真正掌握抗性遺傳的本質(zhì)規(guī)律，開創(chuàng)性地拓展抗源基因庫，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建高效的分子育種體系，從根本上提升雜交水稻抗病蟲育種的科學性和前瞻性，為實現(xiàn)育種目標的突破貢獻力量。

4.3" 加大抗性評價和分子檢測力度

加大抗性評價和分子檢測力度，是信陽市提升雜交水稻抗病蟲育種效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對現(xiàn)有人工鑒定方法的不足，信陽市急需開發(fā)建立一批高效、精準、可控的新型評價體系，提高抗性鑒定的客觀性和重復性。以稻瘟病為例，可借助現(xiàn)代生物技術(shù)手段，構(gòu)建誘導體系更加可控的新型接種評價平臺，實現(xiàn)對誘導條件的精準調(diào)控，從而確保評價結(jié)果的一致性和可靠性。對于那些難以人工誘導的病蟲害，則應開發(fā)利用高分辨率的分子標記進行間接評價，規(guī)避評價環(huán)節(jié)的被動局面。同時，信陽市應重視分子評價手段的研發(fā)應用，充分發(fā)揮分子標記在育種過程中的輔助作用[5]。通過開發(fā)一批高效、特異、多態(tài)性強的功能分子標記，提高種質(zhì)抗性鑒定的準確性和高通量性。這不僅有助于抗源基因的快速分子鑒定，也將推動MAS等前沿技術(shù)在實際育種中的廣泛應用，提高育種精度和效率。同時，加強對抗性相關(guān)代謝組學和蛋白質(zhì)組學等分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的分析研究，從分子水平上揭示抗性的形成機制，為開發(fā)創(chuàng)新的分子評價策略提供理論支撐。

4.4 集成多學科理論創(chuàng)新技術(shù)

集成多學科理論和創(chuàng)新技術(shù)是信陽市加快雜交水稻抗病蟲育種現(xiàn)代化進程的必由之路?？剐杂N已逐漸發(fā)展成為一個系統(tǒng)工程，需要基因組學、生物信息學、分子生物學等多個學科的理論和技術(shù)支撐。因此，信陽市需要加強多學科交叉融合，推動理論模式和技術(shù)路線整體創(chuàng)新升級。在理論層面，要積極吸納基因組學、系統(tǒng)生物學等先進理念，構(gòu)建起適應現(xiàn)代抗性育種需求的新型育種模型。例如，基于抗源基因組學信息，通過基因組設(shè)計和分子育種設(shè)計等手段，精準規(guī)劃育種過程，實現(xiàn)對抗性基因的高效利用。同時，借助人工智能等新興技術(shù)，開展抗性育種的智能化設(shè)計，提高育種質(zhì)量和效率。在技術(shù)層面，信陽市要大力推廣GS、分子模擬育種等前沿分子育種技術(shù)在抗性育種中的應用，實現(xiàn)從經(jīng)驗主義育種向精準分子設(shè)計育種的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。同時，要積極布局基因組編輯等新興生物技術(shù)的創(chuàng)新應用，開辟抗源基因創(chuàng)制和改良的新路徑。此外，信陽市需要加強抗性育種與基因組學、蛋白質(zhì)組學等學科的深度融合，發(fā)掘多組學數(shù)據(jù)所蘊含的抗性調(diào)控規(guī)律，為建立新型分子評價體系提供系統(tǒng)理論支持。

5" 結(jié)語

信陽市雜交水稻抗病蟲育種面臨著種質(zhì)資源單一、遺傳基礎(chǔ)研究滯后、鑒定評價手段落后、理論模式和技術(shù)陳舊等嚴峻挑戰(zhàn)。加強雜交水稻抗病蟲育種對提高當?shù)厮井a(chǎn)量、保障糧食安全、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。因此，信陽市應該系統(tǒng)挖掘創(chuàng)新優(yōu)良抗源種質(zhì)、加強抗源基因系統(tǒng)研究、加大抗性評價和分子檢測力度及集成多學科理論與創(chuàng)新技術(shù)，全面提升水稻抗性育種的基礎(chǔ)理論和現(xiàn)代技術(shù)水平。通過實施綜合舉措，必將為培育出具有持久廣譜抗性的優(yōu)質(zhì)雜交水稻品種奠定堅實基礎(chǔ)，從根本上解決信陽市當前抗病蟲育種面臨的瓶頸，引領(lǐng)信陽市雜交水稻產(chǎn)業(yè)行穩(wěn)致遠。

參考文獻：

[1] 張翔，康圣好，張奎，等.科技創(chuàng)新視域下雜交水稻育種技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展[J].鄉(xiāng)村科技，2023，14（7）：94-97.

[2] 趙健，尹合興，朱承祺，等.中國水稻百年育種的一些標志性品種[J].中國稻米，2022，28（5）：66-73.

[3] 劉定富，應繼鋒.雜交水稻育種的新賽道[J].中國種業(yè)，2022（2）：13-18.

[4] 張現(xiàn)偉，李經(jīng)勇，唐永群，等.雜交水稻新組合的測配取穗方法[Z].重慶：重慶市農(nóng)業(yè)科學院，2021-04-30.

[5] 謝華安.雜交水稻抗病蟲育種實踐與思考[J].中國稻米，2020，26（1）：1-5.

（責任編輯：張春雨）