新形势下湖北省水稻育种的发展趋势和对策

陈志军 王睛芳 游艾青

[摘要]分析了全国和湖北省水稻产业存在的问题，针对湖北省水稻育种指出高产、优质、环保、安全的水稻新品种选育、高档优质稻的新品种选育、适合全程机械化的水稻新品种选育的三个发展方向，并提出充分利用籼粳杂种优势、提升水稻育种技术手段、发掘和创制优异种质资源的应对策略。

[关键词]湖北;粮食;水稻育种;策略

[中图分类号]S334;S338[文献标识码]B

1 中国水稻产业的结构性问题

2019年1-8月，我国农产品进出口额1478.8亿美元。其中，出口497.3亿美元，进口981.5亿美元，贸易逆差484.2亿美元，同比增加13.0%，其中大豆进口5631.5万t，表明中国农产品在相当长时间内还将依赖国际市场（海关总署数据），粮食特别是主粮的安全更显重要。2018年中国粮食产量突破6.63亿t，连续4年稳定在6.5亿t以上，稻谷、小麦、玉米三大谷物自给率保持在98%以上，口粮在数量上已经得到保障。

水稻是我国最主要的粮食作物，三分之二的人口以稻米为主食，因此水稻在保障我国粮食安全的重大战略需求中具有举足轻重的地位。而2019年1-8月份大米进口154.8万t，出口206.1万t，中国自2011年以来首次成为大米净出口国，水稻在三大粮食作物中率先实现净出口。

当前，我国稻谷供求的主要问题不在于总量，而在于结构。在水稻连年丰收的同时，水稻供求结构性矛盾愈加突出，表现为稻谷供大于求，2018年国内稻谷产量21213万t，消费量18678万t，结余2535万t，多年积累下来导致稻谷库存积压严重，生产过于重数量轻质量，高层次的消费需求得不到满足，而品质低劣的大米大量收储，占用大量财政资金。

为调整水稻生产结构，减库存，2018年国家调减水稻种植面积，2018年水稻播种面积3018.9万hm2，比2017年减少55.8万hm2。2018年稻谷总产量为21212.90万t，比2017年减少54.69万t，而水稻平均单产从2017年的6.92t/hm2增至7.03t/hm2，结果水稻总产量仅下降54.69万t。王微等人研究表明过去几十年水稻总产量增长主要源于单产提高，区域种植结构调整对总产提高的促进效应较小，同时水稻专业化生产越来越向单产高的地区集中。中国水稻播种面积1000千hm2以上的有9个省份，稻谷播种面积占全国的80.77%，比较2016年和2017年这9个省份的播种面积、总产、单产和播种面积变化，可以看出湖北、湖南、江西、安徽和黑龙江水稻播种面积在增长，而这5个省的单产都较高，中国水稻生产形成以黑龙江为主的粳稻优势区和长江中下游流域的籼稻优势区，并且随着生产技术的进步，向优势区集中的趋势将更加明显。湖北水稻面积排全国第6位，总产排全国第4位，单产排全国第2位，在全国水稻主产省份中占有重要地位（表1）。

2 湖北省水稻面临的问题

受种植成本不断攀升及国际粮价持续下跌的双重挤压，近年来，我国粮食生产效益不断下滑，直接导致农民种粮积极性降低，土地抛荒增多。尽管如此，与同属长江中下游的湖南省、安徽省、江西省相比，湖北省水稻单产要高出0.67～1.07t/hm2，生产效益相对较高。而同小麦和玉米相比，水稻的种植效益相对较好，受此影响，湖北省水稻播种面积不降反升。但和其他行业相比，种稻的比较效益还是过低，种粮积极性难有提升。而过去几十年水稻单产的快速增长也带来了一系列问题，如土地超负荷生产造成的土壤肥力衰退、化肥和农药的过量使用带来的农业面源污染，农业生态压力持续加大，水稻生产的可持续性问题日益凸显，通过增加生产要素投入来提高单产的途径不再可行，急需探索新的增产路径来维持主粮较高的自给率以确保粮食安全水平，同时提高农业生产的可持续性。

2019年中央一号文件指出要调整优化农业结构，大力发展紧缺和绿色优质农产品生产，推进农业由增产导向转向提质导向。在这种新形势下，湖北水稻产业是机遇也是挑战。对于湖北省水稻育种学科来说不仅要面临水稻种植结构、种植方式的调整问题，还要面对环境、资源、安全的问题。

3 湖北省水稻育种的发展趋势

3.1 继续加强高产、优质、环保、安全的水稻新品种选育

2018年我国谷物净进口1795.8万t，植物油净进口779.1万t，油籽净进口9448.9万t，其中大豆进口8803.1万t（海关总署数据）。按大豆平均单产2.25t/hm2计算，僅进口的大豆就需要3912万hm2的耕地面积来生产，比全国水稻播种面积都高近900万hm2。我国以占世界不到8%耕地面积养活了世界人口的1/5，最主要的还是依赖单产的提升，为保障我国口粮安全，高产永远是中国水稻育种的第一选择。

随着国民经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，稻米品质越来越为人们所关注。以前为解决温饱问题，育种主要以高产为主要目标，导致了生产上优质水稻品种所占比重低，市场大部分为低端大米，过去几年被越南的低价低端大米严重冲击，影响了中国稻谷的生产。稻米品质不仅仅是要求稻米的外观品质和口感，还要求要好的加工品质如整精米率等。好的外观和口感可以提升大米的商品性，好的加工品质还可以提高稻米加工企业的效益。

2015年湖北水稻单产达到8.06t/hm2，与之相对应的是肥料的高投入，湖北水稻耕地化肥（折纯量）和农药施用量分别达到971.55kg/hm2和35.10kg/hm2，远超国际公认的安全标准，也高于全国平均水平。这种水肥、农药等高投入、低产出以及牺牲资源环境的粗放式生产，造成土壤肥力衰退、农业面源污染，加大农业生态压力，加剧了农业持续发展与自然资源、环境之间的巨大矛盾。急需培育抗病、抗虫的水稻新品种以减少农药的施用，培育少施肥能增产的水稻新品种以降低肥料用量，培育可以和杂草竞争的水稻新品种以减少除草剂的使用，改善农业生态环境，保障稻米质量安全。

湖北被东、西、北三面山陵包围，天气变化频繁，农业灾害多发，主要表现为春季低温阴雨、梅雨，夏季洪涝、持续高温，秋季干旱等。对湖北水稻生产影响最大的就是夏季持续高温和秋天干旱。最近10年湖北异常高温天气越来越频繁，在湖北水稻主产区江汉平原和鄂东北地区极端高温事件更是频发，并且出现极端高温天气发生时间越来越早，结束时间越来越晚的趋势。严重影响水稻产量的稳定性，给粮食安全带来隐患。因此在湖北生产使用的水稻品种必须耐得住高温。

湖北省在2000年启动优质稻工程，经过近20年的研究，建立了比较好的研究基础，选育出一批既优质又高产的水稻新品种，如被农业部认定的超级稻品种两优187、广两优272、广两优香66、紅莲优6号分别达到国家优质稻米标准的1级、2级、2级、3级，实现了优质和高产的协调统一。未来水稻育种的目标就是要在优质和高产协调统一的基础上实现资源节约和环境友好。

3.2 全力推动高档优质稻的选育

目前国际市场交易的高档优质稻米主要有泰国茉莉香米和泰国白糯米、印度和巴基斯坦的巴斯马蒂香米、柬埔寨的Pkha，泰国香米占比最大，其中泰国白糯米价格最高，离岸价达1550美元/t，柬埔寨的Pkha价格最低，离岸价达900美元/t。我国每年需要进口泰国大米100多万t主要用于满足我国高消费层次人们的需要，随着国内高收入群体的不断扩大，高档优质稻米的需求还将迅速增多。

泰国很早就有了KDML105、SP60，后来育成了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等优质稻品种。但目前种植面积最大的还是KDML105与Basmati370，其后的品种虽产量有所提高，但米质改进不明显，综合食味还有所下降，一段时间内还很难取代传统品种。

2004年湖北省育成了高档优质稻新品种鄂中5号，鄂中5号获得多个优质稻评比的金奖，以鄂中5号为基础也打造出了“京山乔米”“福娃大米”“瓦仓大米”等多个高档优质大米的知名品牌。但自鄂中5号以后，湖北省再也没有审定过高档优质稻品种。湖北省素有“鱼米之乡”的美誉，是我国长江中下游平原粮油优势产区的重要组成部分，省内多个水稻种植区域有非常适合高档优质稻米的生产条件，急需要培育一批适应当地生产条件的高档优质稻米，积极发展高档优质稻米产业，挖掘高档优质稻米的内在价值，增加稻米的附加值，提升湖北省大米在国内和国际市场的竞争力。

2019年湖北省“虾稻共作”面积高达50多万hm2，占湖北省水稻播种面积的1/4。在“虾稻共作”模式中，水稻生长过程中产生的微生物及害虫为小龙虾提供了充足饵料，而小龙虾的排泄物又为水稻提供了生物肥，为了保护经济效益更高的小龙虾，水稻基本不打农药不施化肥。“虾稻”可以说是一种纯绿色的水稻，完全可以打造成一个具有湖北特色的高端有机绿色大米品牌。目前“虾稻”品种多而杂，大多数没有达到高档优质米的标准，急需适合虾田使用的高档优质稻新品种。

3.3 积极开展适合全程机械化的水稻新品种选育

近年来，我国经济社会快速发展，农村优质劳动力大量向二、三产业转移，许多地方农业劳动力短缺问题凸显，尤其是水稻育插秧时期劳动力短缺问题尤为突出，迫切需要提高水稻生产全程机械化水平。目前湖北水稻耕整地和收割的机械化水平基本达到100%，而水稻种植是推进湖北省水稻生产全程机械化的“卡脖子”环节。水稻种植目前主要有两种方式：直播和机插秧。直播与人工移栽相比，具有省工、省秧田等优点，受外出务工人员增多和栽插成本大幅增长的影响，大部分农民和部分种田大户选择直播生产。而机插秧种植技术要求高，主要是一些技术水平较高的种田大户、水稻专业合作社以及专业农业服务组织采用。直播稻会引起田间杂草发生严重，导致除草剂的大量使用，除草剂的过量使用进而会带来食品安全性问题和农田污染问题，但直播稻生产还将在相当长的时间存在，毕竟事关农民的切身利益。因此要通过采取政策引导，加强技术培训，大力发展和促进机插稻生产。

生产中直播稻面临的主要问题是根系入土浅抗倒伏能力不强、杂草管理难度大、幼苗期耐涝能力弱、稻田通风透光差病虫发生重。直播稻新品种的选育要针对这些缺点进行有目的研究，并引进和筛选出扎根能力强的种质、拮抗杂草或可以和杂草竞争的种质、耐涝的种质、多抗病虫的种质，并利用到直播稻的育种中。

机械秧的主要问题漏插和分蘖推迟。机插育秧中出现的缺苗、秧苗不整齐、秧块缺边掉角都会导致插秧机漏插，导致基本苗不够而影响产量。造成漏插有机械、育秧管理、水稻品种不适宜等多种因素，机插秧一般是秧盘育秧，要求水稻品种苗期根系发育快，易于形成秧毯而使得大田移栽质量好。目前普遍实行的是中小苗带土移栽，由于秧龄小、秧苗弱，秧田不带分蘖，移栽后要经过1～2个叶龄长出大田根系、稻株体内营养状况良好后，才能分蘖，造成分蘖推迟。分蘖推迟的另外一个原因是秧苗移栽后会有一定程度的植伤，使得群体茎蘖数也会有一定程度的增长停滞或下降过程，植伤越严重，恢复期越长。分蘖推迟会显著延长返青期，推迟生育进程，降低低位分蘖发生，从而影响稻谷产量。适应机插秧水稻生产需要的生育期短、早生快发、抗倒伏能力强的中籼杂交稻新品种。

4 湖北省水稻育种发展对策

4.1 充分利用籼粳亚种间的杂种优势

在中国耕地面积有限的条件下，为了保障中国人的口粮安全，必须努力提高水稻单产水平，水稻单产水平的提升主要依靠水稻杂种优势的利用。水稻杂种优势的大小往往取决于双亲的遗传差异以及性状互补等因素，杂交稻双亲之间的亲缘距离是杂种一代产生杂种优势的遗传基础。亚种间杂种优势的强弱有如下趋势：籼粳交>籼爪交>粳爪交>籼籼交>粳粳交，目前籼粳杂种优势利用方法主要有“籼中掺粳”、“粳中掺籼”、典型的籼粳交三种，目的都在于扩大双亲的亲缘距离，增加杂种优势。目前具有籼粳亚种间杂种优势的杂交稻组合，已在水稻增产增收方面发挥了很大的作用，绝大部分超级稻都不再是纯粹的籼稻或粳稻，区别只在于谁的籼稻成分多些，谁的粳稻成分多些。因此，杂交稻杂种优势的进一步增强必须继续通过扩大亲本间的亲缘距离来实现，充分利用籼粳亚种间的杂种优势。

4.2 提升水稻育种技术手段

随着现代水稻分子遗传学飞速发展，不仅克隆和定位了大批重要的农艺性状关键基因，也发展出了多种多样的分子遗传学技术，如分子标记技术、基因组编辑技术、基因组测序技术等等，将这些分子技术和花药培养技术以及传统的杂交育种技术综合运用可以将多个重要农艺性状关键基因定向高效聚合，从而加速作物超级新品种培育的进程，不仅克服了传统育种的偶然性大和育種效率低下等缺点，容易实现多个优良基因（性状）的聚合，缩短育种周期。更为重要的是，目前已在水稻中建立了基因组编辑技术体系，能够完成基因的敲除、激活、抑制、替换，可以快速实现水稻特定农艺性状的定向改良。

目前基因编辑技术和转基因技术在水稻育种中的应用受限于国家相关政策只能作为技术储备，短时间还无法应用到生产中。分子标记技术在水稻育种中最成功的应用是质量性状遗传的抗生物胁迫（病、虫等）育种，已辅助选育出了很多优良水稻新品种，在水稻育种中已成为一种常规手段，但对于数量性状遗传的重要农艺性状目前还无能为力。水稻的重要农艺性状如抗非生物胁迫（高温、低温、干旱、盐碱、涝等）、稻米品质、营养高效利用（氮、磷、钾等）、重金属低积累、高光效、早生快发、根系生态等等对于实现资源节约和环境友好都是非常重要的关键性状，但这些性状绝大多数都是数量性状遗传，对于水稻育种来说不仅仅要发展出有效的表型鉴定技术筛选鉴定出来具有这些重要性状表型的水稻资源材料，更需要发展出高效和成本低廉的表型鉴定技术和手段用于水稻育种实践当中。

4.3 发掘和创制优异种质资源

水稻种质资源是育种和新基因发掘的重要物质基础，是维护国家粮食安全和种业健康发展的重要战略性资源。尽管不同时期水稻育种目标各不同，但我国水稻育种的重大突破，都与优异种质资源的发掘和利用密切相关。上世纪50年代水稻矮化育种源于矮脚南特、低脚乌尖等矮秆资源的发掘利用，上世纪70年代杂交三系成功配套源于一株野败不育株的发现，上世纪80年代杂交两系成功配套源于一株光温敏雄性不育株的发现。

中国水稻生产受耕地面积、农业资源、生态环境的压力，不再单纯追求产量增加。如今的水稻育种对产量、品质、抗非生物胁迫（高温、低温、干旱、盐碱、涝等）、生物胁迫（病、虫等）、营养高效利用（氮、磷、钾等）、高光效等都有紧迫的需求，需要从水稻资源库中筛选或创造出优异资源，利用筛选出优异资源在育种中作亲本利用，创制出综合农艺性状优良的优异种质，用于杂交稻育种和生产当中。湖北省水稻育种目前处于一个瓶颈期，要及时开展关于营养高效利用、抗非生物胁迫（高温、低温、干旱、盐碱、涝等）、高光效等特异资源的挖掘和鉴定技术研究，并创制出可用于育种和生产应用的优异种质。

[参考文献]

[1] 王薇，张淑雯，田旭.三大主粮增产原因及潜力分析—基于单产增长的内部贡献分解[J].农林经济管理学报，2019，18（04）：441-452.

[2] 万丙良，游艾青.湖北水稻种植业发展对策思考[J].农业科技管理，2018，37（1）：56-59.

[3] 胡雅杰，张洪程.长江经济带水稻生产机械化绿色发展战略研究[J].扬州大学学报（农业与生命科学版），2019，40（5）：1-8.

[4] 张培江，付强，李霞红，等.安徽省直播和机插水稻生产存在问题及对策[J].安徽农业科学，2012，40（10）：5820-5823.

[5] 袁隆平.两系法杂交水稻研究的进展[J].中国农业科学，1990，23（3）：1-6.

[6] 宋昕蔚，林建荣，吴明国.水稻籼粳亚种间杂种优势利用研究进展与展望[J].科学通报，2016（61）：3778-3786.