綠色超級稻的構(gòu)想與實踐

前言

　　2008年12月23日，“湖北省綠色超級稻工程技術(shù)研究中心”成立，并在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)舉行了揭牌儀式暨學(xué)術(shù)研討會，標(biāo)志著綠色超級稻正式有了自己的培育基地。郭生練副省長親自蒞會揭牌并發(fā)表了熱情洋溢的講話，代表省政府對綠色超級稻的培育提出了殷切的希望。參加會議的多學(xué)科專家圍繞綠色超級稻的目標(biāo)、就相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行了交流和研討，會上提出了出版一本專著以固化研討會成果的設(shè)想，并對寫作內(nèi)容進(jìn)行了分工，該書就是這次與會專家集體智慧的結(jié)晶?！　?998年，在國家“973”計劃啟動之際，李振聲院士提出農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域的主要目標(biāo)之一是為“第二次綠色革命”準(zhǔn)備基因資源。在其后一年多的時間里，許多農(nóng)業(yè)專家紛紛參與到對“第二次綠色革命”的定義和內(nèi)涵的討論和辯論中，最后就其目標(biāo)凝練成10個字的共識：“少投入、多產(chǎn)出、保護(hù)環(huán)境”。其意蘊(yùn)主要是針對在過去半個世紀(jì)風(fēng)靡世界的“綠色革命”（即第一次綠色革命）所帶來的負(fù)效應(yīng)，即主要作物中大量矮稈、耐肥的高產(chǎn)品種的培育和大面積推廣，在全球范圍內(nèi)用于作物生產(chǎn)的化肥、農(nóng)藥、水及勞動力的投入激增，產(chǎn)量增長與環(huán)境污染和資源消耗不成比例。而這種以高投入換取高產(chǎn)量，同時帶來高消耗、高污染的粗放式增產(chǎn)方式在中國表現(xiàn)得尤其突出?！暗诙尉G色革命”的基本出發(fā)點(diǎn)就是要逆轉(zhuǎn)這一趨勢。通過具有新的優(yōu)良性狀的品種培育和技術(shù)推廣，減少化肥、農(nóng)藥、水及勞動力的投入，做到資源節(jié)約、環(huán)境友好，從而實現(xiàn)水稻生產(chǎn)方式的根本轉(zhuǎn)變、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、保證國家糧食的生產(chǎn)安全?！　〉久资俏覈嗣竦闹饕Z食。水稻是我國第一大作物，其常年種植面積接近我國耕地面積的1/4，稻谷產(chǎn)量約占我國糧食產(chǎn)量的40%，水稻生產(chǎn)中的農(nóng)藥、化肥、水資源及勞動力等各項投入均在各作物之首。因此，要實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)的“第二次綠色革命”，水稻生產(chǎn)必須率先實現(xiàn)“第二次綠色革命”。針對這一重大命題，我國的水稻科研工作者們以高度的歷史責(zé)任感，進(jìn)行了多年的討論和探索，在對我國水稻生產(chǎn)、品種改良的相關(guān)科研現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢充分分析的基礎(chǔ)上，提出了綠色超級稻的構(gòu)想，并付諸實踐。綠色超級稻的目標(biāo)致力于提高產(chǎn)量，改良品質(zhì)，大幅度地減少農(nóng)藥、化肥、灌溉和勞動力的投入，即培育的新品種不但要高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，而且要具備抗多種主要病蟲害、營養(yǎng)高效、抗逆境等多種優(yōu)良性狀?！　∥覈撬緜鹘y(tǒng)育種的大國和強(qiáng)國，源于我國的矮化育種和雜交稻育種引領(lǐng)了世界水稻育種的潮流，成功地提高了我國的稻谷產(chǎn)量。與傳統(tǒng)育種相比，綠色超級稻的培育則要更多地依賴多學(xué)科的發(fā)展和整合。綠色超級稻育種體系需要以功能基因組和生物技術(shù)最新成果為引擎，充分有效地利用大自然恩賜的極為豐富的稻種資源，整合作物遺傳育種、植物病理、植物營養(yǎng)、植物生理、作物栽培與田間管理、昆蟲學(xué)、植物保護(hù)等多領(lǐng)域的研究成果。其研發(fā)和推廣還需要不斷地進(jìn)行社會經(jīng)濟(jì)效益的分析來提供原動力。

內(nèi)容概要

　　《綠色超級稻的構(gòu)想與實踐》是集水稻基因組研究、品種資源研究、分子技術(shù)育種和常規(guī)育種研究為一體的學(xué)術(shù)著作。全書由13章組成，圍繞培育“少打農(nóng)藥、少施化肥、節(jié)水抗旱、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)”的綠色超級稻這一戰(zhàn)略構(gòu)想，全面、系統(tǒng)地闡述了綠色超級稻的概念、實踐思路、相關(guān)進(jìn)展和未來發(fā)展趨勢。重點(diǎn)介紹了國內(nèi)外在水稻功能基因組學(xué)、重要農(nóng)藝性狀基因的分離和功能鑒定、種質(zhì)資源研究、水稻遺傳改良和栽培領(lǐng)域所取得的最新研究進(jìn)展，集中展示了我國水稻工作者在綠色超級稻的創(chuàng)新研究中所取得的重要科學(xué)成果，深入分析了培育綠色超級稻的可行性和實踐思路，并從社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益等多方位、多角度對綠色超級稻進(jìn)行了需求分析和展望。　　《綠色超級稻的構(gòu)想與實踐》可供從事水稻和其他農(nóng)作物研究的科研工作者、科技管理者及高等院校師生等參考使用。

書籍目錄

前言第1章　綠色超級稻的概念1.1　我國水稻育種和生產(chǎn)取得的巨大成就以及面臨的新挑戰(zhàn)1.2　綠色超級稻的概念1.3　綠色超級稻培育的策略參考文獻(xiàn)第2章　水稻抗蟲基因資源和遺傳改良2.1　水稻害蟲2.2　作物抗蟲性2.3　抗蟲資源2.4　抗蟲遺傳及抗蟲基因2.5　抗蟲育種2.6　Bt轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻研發(fā)2.7　小結(jié)參考文獻(xiàn)第3章　水稻抗病基因資源和遺傳改良3.1　水稻主要病害3.2　植物的抗病性分類3.3　抗性基因分類3.4　可用于水稻抗性改良的抗病主效基因及其最佳利用途徑3.5　具有廣譜和持久抗性特征的QTL基因及其最佳利用途徑3.6　小結(jié)參考文獻(xiàn)第4章　水稻抗旱性的分子機(jī)制與遺傳改良4.1　植物抗旱性機(jī)制概述4.2　水稻抗旱性的遺傳學(xué)基礎(chǔ)4.3　水稻抗旱相關(guān)基因的鑒定和功能分析4.4　水稻抗旱性遺傳改良策略4.5　小結(jié)參考文獻(xiàn)第5章　水稻氮磷營養(yǎng)代謝調(diào)控基因和利用效率改良5.1　我國水稻大田生產(chǎn)中氮、磷肥施用現(xiàn)狀和存在的問題5.2　氮高效利用基因的研究探索5.3　磷高效利用基因的研究探索5.4　其他途徑發(fā)掘新的氮磷高效基因資源5.5　小結(jié)參考文獻(xiàn)第6章　稻米品質(zhì)性狀和遺傳改良6.1　稻米品質(zhì)概述6.2　稻米外觀品質(zhì)研究進(jìn)展6.3　稻米蒸煮與食味品質(zhì)研究進(jìn)展6.4　稻米營養(yǎng)品質(zhì)的遺傳研究進(jìn)展6.5　稻米品質(zhì)的遺傳改良策略6.6　小結(jié)參考文獻(xiàn)第7章　水稻產(chǎn)量性狀基因和提高產(chǎn)量潛力的途徑7.1　水稻產(chǎn)量性狀和雜種優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ)7.2　株型的遺傳基礎(chǔ)7.3　QTL的標(biāo)記輔助選擇育種7.4　水稻高產(chǎn)育種策略7.5　小結(jié)參考文獻(xiàn)第8章　綠色超級稻性狀的基因資源發(fā)掘8.1　水稻種質(zhì)資源的鑒定利用8.2　水稻有利基因資源8.3　水稻基因的發(fā)掘策略8.4　小結(jié)參考文獻(xiàn)第9章　水稻功能基因組和綠色超級稻培育9.1　水稻功能基因組研究內(nèi)容和意義9.2　水稻大型突變體庫的創(chuàng)制9.3　基因的全長cDNA文庫9.4　基因表達(dá)譜的制作9.5　水稻重要農(nóng)藝性狀的功能基因9.6　小結(jié)參考文獻(xiàn)第10章　水稻育種的新趨勢和綠色超級稻的技術(shù)集成10.1　水稻生產(chǎn)的歷史成就10.2　水稻育種技術(shù)及其主要發(fā)展階段10.3　水稻育種新技術(shù)和新趨勢10.4　綠色超級稻育種進(jìn)展10.5　綠色超級稻的技術(shù)集成10.6　小結(jié)參考文獻(xiàn)第11章　綠色超級稻的生態(tài)適應(yīng)性與高產(chǎn)高效栽培11.1　水稻的生物學(xué)特性及其對生態(tài)環(huán)境的要求11.2　綠色超級稻的營養(yǎng)特性和養(yǎng)分高效管理11.3　綠色超級稻的生態(tài)適應(yīng)性11.4　綠色超級稻高產(chǎn)高效栽培技術(shù)11.5　小結(jié)參考文獻(xiàn)第12章　綠色超級稻的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會效益分析12.1　問題的提出12.2　研究內(nèi)容與方法12.3　水稻生產(chǎn)中關(guān)鍵性要素的投人情況12.4　綠色超級稻的投入產(chǎn)出期望效益12.5　水稻投入性要素的變動趨勢分析12.6　小結(jié)參考文獻(xiàn)第13章　綠色超級稻發(fā)展展望13.1　綠色超級稻的培育和應(yīng)用均富有挑戰(zhàn)性13.2　功能基因組研究將為綠色超級稻提供基因、知識和技術(shù)基礎(chǔ)13.3　綠色超級稻育種應(yīng)充分利用種質(zhì)資源的遺傳潛力13.4　新的挑戰(zhàn)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　針對上述水稻生產(chǎn)所面臨的挑戰(zhàn)，為保障我國水稻生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，我們提出了開展“綠色超級稻”培育的構(gòu)想，即水稻遺傳改良目標(biāo)除要求高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)外，還應(yīng)致力于減少農(nóng)藥、化肥和水的用量，使水稻生產(chǎn)能“少打農(nóng)藥、少施化肥、節(jié)水抗旱、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)”。要實現(xiàn)這些目標(biāo)，綠色超級稻應(yīng)在高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)上具備下述性狀：　?。?）綠色超級稻應(yīng)具備對多種病蟲的抗性。長期以來，螟蟲（稻縱卷葉螟、二化螟、三化螟）、稻飛虱、稻瘟病、水稻白葉枯病和水稻紋枯病對我國水稻生產(chǎn)危害嚴(yán)重。近年來，稻曲病、水稻條紋葉枯病在很多稻區(qū)有加重的趨勢，局部地區(qū)甚至造成嚴(yán)重減產(chǎn)。綠色超級稻應(yīng)能針對不同稻區(qū)的病蟲害發(fā)生特點(diǎn)，對各稻區(qū)主要病蟲害具有抗性。近十幾年來，通過對蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensiz，Bt）的抗蟲基因（cry）的利用，我國已經(jīng)應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出高抗螟蟲（稻縱卷葉螟、二化螟、三化螟）的多種轉(zhuǎn)基因水稻，且已進(jìn)行多年的田間實驗，抗性和農(nóng)藝性狀均表現(xiàn)良好。國內(nèi)外多年的研究發(fā)現(xiàn)和積累了一大批可利用的抗稻飛虱、稻瘟病、水稻白葉枯病等重要病蟲害的稻種資源，鑒定、定位和分離了多個抗病基因和數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL），通過轉(zhuǎn)基因和基因聚合，已培育出帶有多種抗性基因組合的水稻新材料和新品系。但對于水稻紋枯病、稻曲病和水稻條紋葉枯病等病害，目前還缺乏可利用的抗性資源?！　。?）綠色超級稻應(yīng)能對營養(yǎng)元素高效吸收和利用?？沙掷m(xù)農(nóng)業(yè)要求施肥量大幅度減少。隨著施肥量的減少，田間營養(yǎng)元素的濃度將逐漸降低。因此，從長遠(yuǎn)的角度看，綠色超級稻應(yīng)能在田間營養(yǎng)元素濃度較低的情況下保證足夠的吸收，即有高的吸收效率。對已吸收的營養(yǎng)元素能充分利用，即高的利用效率。根據(jù)我國稻田肥力的現(xiàn)狀，營養(yǎng)高效品種的培育可分兩步進(jìn)行：第一步以提高利用效率為主，即培育高效利用的品種，使品種單位養(yǎng)分的產(chǎn)出達(dá)到較經(jīng)濟(jì)的水平；第二步以提高吸收效率為主，以保證在土壤養(yǎng)分水平降低之后，植株仍有能力獲得高產(chǎn)所需的養(yǎng)分。目前國內(nèi)外在營養(yǎng)高效基因的研究方面已經(jīng)有了較好的基礎(chǔ)（Yan et al.，2006），在提高氮、磷利用效率基因的分離克隆方面也取得了一定的進(jìn)展，培育出了轉(zhuǎn)基因株系；還篩選出了一批營養(yǎng)高效吸收利用的種質(zhì)資源，并通過遺傳分析的方法，鑒定了一些氮、磷高效基因（或QTL）。但總體看來，尤其是在氮的吸收和利用方面，還缺乏可直接利用的主效基因。

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