超高产育种.doc

超高产是相对现有品种水平而言的.日本20世纪80年代制定超高产水稻育种研究计划，其目标是在15年内育成比现有品种增产50%的品种，之后中国也提出作物超高产育种计划.作物“超级种”育种的概念也首先用于水稻.1994年，国际水稻研究所通报了该所育成的“新株型稻”，新闻传媒以“超级稻将有助于多养活近5亿人口”为题进行报道，从而引起了世界各产稻国的极大关注，“超级稻”这一名称也因此传遍全球1.其他作物有的借鉴水稻提出了“超级种”概念，有的则仍引用“超高产”的概念.玉米一般新品种比当时推广的对照品种稳定增产10%,可称为高产，若比同生育期主栽对照品种增产20%以上或在适宜生态区和优化可行的栽培技术条件下,可较稳定地达到15000kg/hm2，称为超高产“.大豆超级种”可定义为品质符合优质要求的超高产大豆品种，与现有高产水平相比大面积可增产30%以上，小面积（667m2以上）实收单产超过“八五”国家育种攻关所定标准仍可作为超高产标准，因已有高产记录的可重复性差，未能稳定实现.2水稻超高产育种2.1我国水稻超高产育种的历史及现状20世纪80年代中期，中国沈阳农业大学率先开展了北方粳稻超高产育种理论与方法的研究，并于1987年分别在国际水稻研究大会和日本育种学杂志上发表了题为Trends in breeding rice for super highyieldcombine ideal plant type with desirable vigor的论文2,3“.八五”期间，超高产育种研究被纳入国家重点科技攻关计划，开始育种理论与种质创新研究.1996年，农业部在沈阳召开“中国超级稻研讨论证会”，正式确立并启动了“中国超级稻育种及栽培技术体系研究”重大科技计划，组织全国性大型协作攻关.1999年和2001年，北方粳型超级稻育种基础与育种技术研究又分别得到国家自然科学基金和国家“863”计划的支持，超级杂交粳稻育种也被正式纳入研究计划.经过20多年的努力，北方粳型超级稻在育种理论、育种技术及育种实践等方面均已取得明显进展4.到目前为止，已育成并推广超级稻新品种8个，超级杂交粳稻新组合2个，累计推广面积超过130多万公顷.2.2超级稻育种目标1996年，农业部组织有关专家论证和讨论，初步形成了如下超级稻育种目标：通过各种途径的品种改良，在较大面积(百亩连片)水稻亩产到2000年稳定地实现600700kg.到2005年突破800kg，到2015年跃上900kg的台阶，并形成超级稻良种配套栽培技术体系.在试验和示范中.培育的超级稻材料最高亩产到2000年达到800kg.到2005年达到900kg.到2015年达到1000kg，并在特殊的生态地区创造1150kg的世界记录.通过推广应用超级稻品种，推动我国水稻平均亩产水平到2010年达到460kg，并为在2030年跃上500kg的新台阶作好技术储备5.2.3北方粳型超级稻育种实践2.3.1新株型优异种质创造沈阳农业大学利用籼粳稻亚远缘杂交后代疯狂分离和地理远缘杂交后代变异幅度大的特点，有意识地创造、筛选具有特异性的新株型优异种质，并尝试在超级稻育种实践中利用这些新种质培育理想株型与优势相结合的超级稻新品种.到20世纪末期，已经创制出矮壮秆、长叶大穗型的沈农89366，穗型直立、株型紧凑、个体竞争力极小的沈农95008，分蘖力和分蘖势极强、主穗与分蘖穗差异很小的沈农9660等.这些新株型优异育种材料有的已被应用于超级稻新品种选育并取得了明显的效果，有的正在作为选育籼粳亚种间杂交稻的桥梁亲本应用于超级杂交稻育种.例如，IRRI育成的所谓“新株型超级稻”的核心亲本之一就是沈农89366.沈阳农业大学育成的超级稻也都是来自于上述新株型育种材料6.2.3.2超级稻新品种选育沈阳农业大学利用已有的高产品种与上述新株型种质及其他地理远缘材料杂交，再经过复交优化性状组配，按照理想株型与优势相结合理论，于20世纪90年代中期率先育成了直立大穗型超级稻沈农265.20002001年连续两年在辽宁盘锦稻区试种示范，百亩连片平均单产达到11.1tha-1和13.2tha-1.该品种2001年12月通过辽宁省审定后，20022003年被列入国家农业科技成果转化资金重点支持项目，2004年被农业部确定为“水稻综合生产能力科技提升行动计划”的主推品种，同年又通过吉林省审定，在吉林稻区大面积推广.继沈农265之后，沈阳农业大学又先后育成了沈农606、沈农9741、沈农016、沈农6014等，吉林省水稻所育成了吉粳88等,辽宁省水稻所也育成了超级杂交粳稻辽优1052和辽优5218等.其中沈农606不但产量潜力高，连续三年百亩以上连片示范亩产超12tha-1，而且主要米质指标均达到了部颁一级优质粳米标准.特别是2002年在海城作蟹田稻种植19.2ha,平均单产12.4tha-1，真正实现了超高产、优质与环境友好的和谐统一6.3玉米超高产育种3.1玉米超高产概述玉米是高产之王,有着重要的生态稳定功能.自推广杂交种优势技术以来,美国玉米品种的产量潜力提高了6倍,我国则提高了4倍多,玉米杂交育种的效率从初期的十万分之一以下,已经提高到现在的万分之五,说明玉米增产潜力还非常大.玉米超高产育种是育种工作者面临的重大课题,对保障我国粮食安全具有重要意义.超高产育种因不同鲜食方式、粮饲兼用、工业、青饲等用途与适应性的要求不同,应有不同的既先进超前,又切实可行的育种目标,采用杂种优势利用、分子生物学、科技创新,不断实现玉米单位面积的高产,更高产,才能大幅度增加玉米总产量.3.2超高产育种技术途径与方法3.2.1发掘和创新玉米新种质种质资源的利用与改良、新材料的引进和创新是玉米杂交种产量突破的必然之路.我国玉米种质资源利用的典型例子如唐四平头、旅大红骨种质的改良利用.在引进种质方面,20世纪90年代以前,美国玉米种质Reid和Lancaster种质、90年代后78599的引进；在南方地区热带种质Tuxp ino和Suwan的引进利用等,都为我国玉米的育种和生产作出了巨大的贡献.玉米种质遗传基础狭窄,资源利用率低是限制玉米产量进一步提高的主要因素7.发掘和创造新的种质,拓宽玉米种质基础,改良和培育一大批优质、抗病、耐旱、耐贫瘠和资源高效利用型的育种材料,为超高产育种提供强有力的技术支撑.按照中期或长期目标进行群体改良,选择符合要求的优异种质,通过合成新的群体并进行驯化和改良,创造符合当地需要的新育种材料.改良外来种质的适应性或导入外来种质的某些优良基因,创造新的玉米种质素材.应用现代基因工程技术,将某种生物的有利基因转移到玉米上,培育具有新的特异性状的材料或品种,在产量、抗逆性、适应性等方面实现新的突破.根据杂种优势模式原理,将热带、亚热带自交系与温带系杂交,产生半外来群体,经过简单改良,选育新型自交系.3.2.2高密度大群体多数品种在高密度下表现空秆、秃尖、倒伏、病害严重等症状,耐密性差和抗逆性不足,严重制约了新品种的推广应用区域,降低了新品种的国际竞争能力.高耐密植自交系的选育是高耐密品种育成的基础,采取高密度条件下选育出的自交系抗倒伏,耐低光照,不易空秆和秃尖,适宜密植.通过增大早代特别是S1的选择群体,使基因重组类型增多、变异范围加大,选择优异基本株机会增加.在选二环系早代时,S0群体含量300600株,下一代仍在高密度下进行家系选择,早代群体密度13.5万株/hm2,或更高密度,S3降到6万株/hm2,完成后续选择.高密度大群体育种法除鉴定抗性外,还可以鉴定第5期王秀香等：作物超高产育种的理论与实践523基因对微环境的反应,如穗位整齐度、果穗大小整齐度、结实率、秃尖、虚尖、子粒灌浆与脱水速度、生育期与环境的互作等,可以淘汰对微环境敏感的基因型.3.2.3异地环境穿梭选择异地环境穿梭育种应选择适当干旱、冷凉、阴雨寡照、多风、多病害等逆境,营造自然而充分的地区从事育种和材料鉴定.通过早代S1S3变换不同的生态条件选系,或者多个不同生态区的育种单位将同一基本材料分别在各自不同区域选择,再进行种质混合和交流,通过多点次多区域联合选育和鉴定,以空间换时间,可使所选育的自交系适应性广、抗性丰富,特别是去除对光照温度的敏感性,扩大适应区域和增强综合抗性,可使育种效率和育成新优系的几率增高.3.2.4多类型严选择多类型是玉米超高产育种的遗传基础,不仅亲本要高产、综合抗性好,而且表现和遗传机制要不同8.严格选择标准,对影响总体育种目标和生产上可能造成严重减产风险的不良性状，如抗倒性差、高感丝黑穗病、易空秆、秃尖、不易制种等要完全淘汰9.在育种过程中,直接使用虽有优点,但又有许多缺点的材料是很危险的,因为携带有不良基因的材料,一旦进入育种过程,只要经过一次配子自由组合,就可达到基因的动态平衡,要完全淘汰不利基因和完全聚合优良基因一样困难,甚至更困难.3.2.5分子标记辅助选择分子标记是指反映生物个体或种群间基因组差异特征的DNA片断,在育种过程中对目标性状进行选择是新品种培育的中心环节,利用遗传标记进行辅助选择,可以极大地提高选择的效率,减少育种过程中的盲目性.把与目标性状紧密连锁的基因进行遗传标记,对目标性状进行跟踪选择,把常规育种中的表型选择转化为基因型选择,通过与目标基因紧密连锁的分子标记所构建的分子遗传图谱,可为育种者指明育种目标及达到目标的最佳途径.4大豆超高产育种4.1超高产品种的选育措施单株结荚要选择数量多丰产性好、抗倒状性强、株高适中的推广品种或优良品系及原始材料做为杂交亲本.杂交后代一定放在肥力高的条件下进行选拔鉴定,产量要达到200kg/667m2.因为现在的材料要在5年后才能在生产上应用,要有一定的超前性.决选的品系要有一定量,每年参加产量鉴定的材料要在80100份以上,同时要选择每次重复均显著优于对照的品系.参加全国和省区域试验.决选时除产量为主要目标外,也要结合抗病性、抗倒伏性、品质等综合性状来考虑.4.2中国大豆高产理想型的研究与高产实践“七五”期间主要通过研究现时不同产量水平品种群体的株型和生理特点去推论高产理想株型.但所得的结论是概念性的，未能提出定量的标准，因为从现有品种研究性状间的相关去推论尚未实现的“高产理想型”是一种外推法.这种推论可以给出启示，但不是现实的.因此“八五”国家育种攻关期间提出创造高产基因型，从实现的高产结果回过来归纳验证理想型的形态、生理构成的思路，因而提出西北5.625t/ha、东北4.875t/ha、黄淮4.5t/ha、南方3.75t/ha的高产标准10,11，实践证明这个标准很难突破.参考文献1袁隆平.杂交水稻超高产育种J.杂交水稻,2000,15:31-33.2守仁.超多收水稻育新向理想草型有利一体化J.Japan Journal of Breeding,1987,37:357-358,486-487.3杨守仁.水稻超高产育种新动向理想株型与优势利用相结合J.沈阳农业大学学报,1987,18(1):1-5.4陈温福,徐正进,张步龙等.水稻新株型创造与超高产育种J.作物学报,2001,27:665-672.5程式华.我国超级稻育种的理论与实践J.中国农技推广,2005(4):27-29/6陈温福，徐正进，张龙步等.北方粳型稻超高产育种理论与实践J.中国农业科学,2007,40(5):869-874.7李明顺,谢传晓,张世煌提高玉米育种效率的技术途径与策略J.作物杂志,2007(1):4-7.8王绍萍,刘文国.提高吉林省