我国的水稻育种经历了矮化育种、杂种优势利用和绿色超级稻培育3次飞跃,其间伴随矮化育种(第一次绿色革命)、三系杂交稻培育、二系杂交稻培育、亚种间杂种优势利用、理想株型育种和绿色超级稻培育等6个重要历程.育种目标从唯产量是举到高抗、优质和高产并重,育种理念从高产优质逐步提升为"少投入,多产出,保护环境".水稻功能基因组研究为第二次绿色革命准备了大量的有重要利用价值的基因,水稻育种正迈向设计育种的新时代.基因组选择技术和转基因技术将为培育"少打农药,少施化肥,节水抗旱,优质高产"绿色超级稻保驾护航.本文对我国水稻遗传育种的发展历程进行了概括,指出了各种育种方法和育种技术的优缺点,系统介绍了水稻细胞质雄性不育和光温敏雄性核不育以及籼粳杂种不育的分子机制的研究进展,综述了水稻株型、穗型、粒形和养分高效利用相关的重要功能基因,阐明了产量与开花期联动的关系,凸显了我国水稻基础研究在国际上的重要地位.特别指出,近年来,我国水稻生产方式发生了或正在发生巨大变革,育种理念也要与时俱进.未来,杂交育种技术要与现代育种技术紧密结合,选育水稻品种不仅要满足市场需求,而且更要具备绿色健康的特点,同时还要适应新耕作制度和新耕作方法.

绿色超级稻育种策略是应对未来全球粮食安全问题的有效途径,水稻种质资源中丰富的遗传多样性为绿色超级稻的培育提供了坚实的遗传基础.近年来,水稻基因组研究取得了重大进展,特别是“3 000份水稻基因组计划”的完成,充分揭示了水稻种内丰富的遗传多样性,绘制了全球首个接近完整、高质量的亚洲栽培稻泛基因组图谱,为绿色超级稻的培育提供了更加完整的数据平台与理论基础.现介绍“3 000份水稻基因组计划”的最新研究进展及其对绿色超级稻育种的应用意义.

阐明水稻绿色性状形成的生理基础对于指导绿色超级稻品种的选育及其栽培均有重要意义.该文以“抗旱性强、水分高效、营养高效”等绿色性状为重点,从叶片生理性状、内源激素水平、根系形态生理、群体冠层特征等方面概述了水稻绿色性状形成的生理机制.叶片蒸腾效率和碳、氮代谢相关酶活性较高,激素之间平衡特别是脱落酸与乙烯比值及精胺或亚精胺与腐胺比值高,根量大、根系扎得深、根系活性强,根尖细胞中的线粒体、高尔基体等数目多,根系分泌物中苹果酸和琥珀酸浓度较高,群体冠层质量好尤其是粒叶比、糖花比和收获指数高是高产优质、抗旱性强、水分和养分高效利用等绿色性状形成的重要生理基础.今后需要深入研究各绿色性状形成的生理生化机制及其相互关系,各绿色性状协调形成的生理基础、环境适应性和栽培调控的作用及其调控原理.

水稻是亚洲人民的主要粮食作物,也逐渐成为非洲人民增长最快的食物来源.随着人口增长、土地减少以及资源环境的不断恶化,如何进一步保障稻米生产能力的可持续增长是我们面临的最大挑战.为了应对该挑战,中国科学家提出了“绿色超级稻”的概念.在中国政府和比尔及梅琳达·盖茨基金会的支持下,2008年启动了“为非洲和亚洲资源贫瘠地区培育绿色超级稻”的重大国际合作项目,项目执行10年来,绿色超级稻品种在亚非目标国家的适应性试验与示范推广成效显著,产生了良好的社会经济效益.现对绿色超级稻项目实施的改良回交育种技术、绿色超级稻在亚洲和非洲目标国家的品种试验、审定和推广情况及产生的社会经济效益等进行概述,并指出目前存在的问题及其对策.

绿色性状的遗传改良为绿色超级稻的培育奠定了坚实的基础.绿色性状,如高产、抗病、抗逆、氮磷高效利用等,大多是受多基因控制的复杂性状.关联分析和基因组选择是对植物复杂数量性状进行遗传解析和改良的重要方法.在绿色超级稻的育种实践中,需要同时改良多个绿色性状.然而,目前关联分析和基因组选择方法大多仍专注于对单个性状的分析,忽略了性状间的相关性.现分别提出关联分析和基因组选择的多性状方法,两者充分利用了性状之间的遗传相关和环境相关信息;而模拟研究和实证研究均表明,多性状方法能有效提高基因定位和表型预测的准确性,为绿色性状的遗传改良提供重要技术支撑.

水稻(Oryza SativaL.)是重要的粮食作物之一.面对农业生产与资源环境日益突出的矛盾,我国科学家提出了“绿色超级稻”的理念,并开展了卓有成效的系统研究与实践,在发掘与利用高产、优质、抗病虫、抗逆和营养高效等重要性状基因、建立全基因组育种技术平台、培育与应用绿色超级稻等方面取得了一系列的重大成果.“绿色超级稻”已经成为全球作物育种的新目标和农业可持续发展的重要举措.现概要介绍我国绿色超级稻的理论与实践的近期研究进展以及绿色超级稻选育与应用的主要成果.