《科学通报》
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揭秘超级杂交水稻
2020-11-23 14:02:00水稻是我国乃至全世界最主要的粮食作物之一。依靠科技进步继续大幅度提高水稻单产，是解决全球粮食安全问题的重要选择。近几十年来，不同国家纷纷提出了以提高水稻产量潜力为主要目标的育种计划。我国也于1996年启动了超级稻育种计划并后来居上，取得一系列国际领先成果。
1.概况
20世纪80年代，日本和国际水稻研究所均提出了水稻超高产育种计划，但由于难度大，至今仍没有实现生产应用。1996年我国农业部正式立项中国超级稻育种计划，其中，一季中稻相继设置了4期育种目标，分别为百亩连片平均单产10.5、12.0、13.5和15.0吨/公顷。1997年，袁隆平提出“形态改良与杂种优势利用相结合”的超高产育种技术路线，助推超级杂交稻育种发展。其中，先锋品种两优培九于2000年实现第1期超级稻育种目标，累计推广超过700万公顷;第2期超级稻育种目标于2004年实现，其代表品种Y两优1号自2010年以来成为我国年推广面积最大的杂交水稻品种，累计推广400万公顷;2011年，Y两优2号百亩连片均产13.9吨/公顷，实现了第3期超级稻育种目标;2014年，第4期超级稻代表品种Y两优900创造百亩连片均产15.4 吨/公顷的高产新纪录，两倍于中国水稻大面积平均产量。迄今为止，我国农业部已认定了125个超级稻品种，累计推广面积达7000万公顷。
2.育种技术创新分析
从高产杂交稻汕优63到第1期超级杂交稻两优培九，主要技术创新来自于两方面：一是应用了两系法的配组自由，进行广泛测交筛选;二是通过母本培矮64S的粳稻血缘渗透，部分利用了籼粳亚种间杂种优势，扩大了库容量和提高了生物学产量。
从第1期超级杂交稻两优培九到第2期超级杂交稻Y两优1号：一是通过母本Y58S引入了热带粳稻血缘，进一步提高了亚种间杂种优势利用水平;二是通过全生育期动态理想株型塑造，显著提高群体光能利用率;三是进一步协调改良“源”、“库”、“流”关系，并显著提高生态适应性。
从第2期超级杂交稻Y两优1号到第3期超级杂交稻Y两优2号，主要技术创新是进一步增“库”、扩“源”、畅“流”：Y两优2号每穗总粒数提升到230粒左右，比Y两优1号增长15%，实现增“库”;通过提升冠层光合面积，提高群体光能利用率实现扩“源”;通过增厚茎壁、缩短基部节间长度，提升维管束物质运输能力和抗倒伏能力，实现畅“流”。
从第3期超级杂交稻Y两优2号到第4期超级杂交稻Y两优900，主要技术创新有：一是大幅度提高了籼粳亚种间杂种优势利用水平;二是突破了超级杂交稻超大穗与高结实率难以协调的技术瓶颈，在高库容和耐肥抗倒的基础上进一步有效增“源”，实现了超级杂交稻超大穗同时又高结实的统一;三是Y两优900具有卓越的节间配置，既改善了冠层受光姿态，又显著增强植株抗倒伏能力，实现了超高产与强抗倒的有机结合。
3.技术进步对粮食安全的贡献
超级杂交稻产量指标是指在同一生态区两个点连续两年百亩示范片实现的平均单产，目的是在比较好的生态环境和比较高的栽培管理条件下测试品种的产量潜力(专家产量)。尽管“专家产量”在农民种植条件下很难实现，但超级杂交稻育种通过一系列技术创新，使培育的新品种不断取得产量潜力的提升，在大面积推广过程中对农民增产增收和国家粮食安全仍然做出了突出贡献。为更好地理解超级杂交稻的实际增产贡献，2014年在长沙一般生态条件下，以当地农民一般栽培水平相当的田间管理和病虫防治方式，对产量潜力不同的代表性品种汕优63、两优培九、Y两优1号、Y两优2号、Y两优900进行了对比试验，结果表明：其实际产量分别为573.3、634.8、680.6、740.0、786.7公斤/亩。虽然“农民产量”(实际产量)/ “专家产量”的折扣率从第1期超级杂交稻的90.7%逐步下降到第4期超级杂交稻的78.7%，但单位面积绝对产量始终保持了8~10个百分点的增长幅度。表明超级杂交稻不但在超高产条件下具有更高的产量潜力，在一般生态和普通栽培条件下也具有明显的增产作用。近年来，我国每年推广面积最大的杂交水稻品种都是超级杂交稻品种，这种市场选择的结果，充分说明了超级杂交稻已经为我国水稻连年增产发挥了极其重要的作用。
4.选育“三高”超级杂交稻
随着人口不断增加、耕地面积显著减少以及环境的持续恶化，进一步提高水稻产量潜力以及在不同生态环境下的多抗性和适应性仍然是超级杂交稻育种的主要挑战。总结各个时期超级杂交稻育种实践表明，“形态改良与杂种优势利用相结合”始终是杂交水稻超高产育种的灵魂思想，是贯穿各阶段超级杂交稻育种研究的核心策略。同时，通过分子生物学技术与常规育种方法相结合，在综合表现优良的超级杂交稻亲本基础上，导入单个或聚合多个病虫害抗性基因，针对性地改良现有超级杂交稻抗性和适应性，培育高产、高档优质、高生物与非生物胁迫抗性的“三高”超级杂交稻新品种，将是未来超级杂交稻的重要发展方向。
文/吴俊, 邓启云, 袁定阳
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