水稻育种思考

转型期水稻育种思考中国水稻研究所一、水稻产业发展概况与问题（一）生产稳定发展，为口粮安全贡献大1997-2003年因结构调整等因素导致生产大幅下滑，但2004年以来全国水稻稳定发展，总产已经连续七年稳定在2亿吨以上水平。18000.018500.019000.019500.020000.020500.021000.02900.02920.02940.02960.02980.03000.03020.03040.02008200920102011201220132014201520162017总产（万t）面积（万hm2）总产面积2008－2017年我国水稻面积、总产年份总产年际差值200316065.5200417908.81843.3200518059.2150.4200618171.9112.7200718603.5431.6200819189.6586.1200919510.3320.7201019576.165.8201120100.2524.1201220423.6323.4201320361.2-62.4201420650.7289.5201520824.5173.8201620693.4-129.1201720856.0162.62015年，水稻总产20824.5万吨，创历史新高，比2003年增产4759.0万吨，增幅达到30%。2017年水稻总产达20856.0万吨，再创历史新高。（二）生产稳定发展，但进入平台期稻谷产量、全国人口数量均来自国家统计局稻谷消费量数据来自国家粮油信息中心稻谷产量（万吨）全国人口（万人）人均占有量（公斤）人均消费量（公斤）200018790.8126743148.3151.3200117758.1127627139.1152.8200217454.0128453135.9150.9200316065.5129227124.3145.9200417908.8129988137.8141.3200518059.2130756138.1135.7200618171.9131448138.2136.7200718603.5132129140.8140.6200819189.6132802144.5138.9200919510.3133450146.2137.7201019576.1134091146.0144.6201120100.1134735149.2145.6201220423.6135404150.8145.5201320361.2136072149.6144.5201420650.7136782151.0144.92015201620824.520693.4137462151.5141.8（三）资源错配、库存饱满，大量进口按照世界粮农组织(FAO)的标准，库存消费比在17%—18%属于安全区域目前稻谷库存约1.2亿吨，远高于FAO标准国家储存补贴12元/担/年，财政不堪重负大量进口：2017年大米进口量首次突破400万吨，达402.6万吨主要问题：水稻产业链短、竞争力低、成本高、效益差、优质品牌缺乏（四）农药与化肥投入与环境污染•化肥用量434KG/公顷，国际公认化肥使用上限225公斤/公顷1.93倍•中国用世界8%的耕地养活了世界22%的人口，消费了世界35%的化肥和33%的农药（进口农药占四分之一）。•《农产品质量安全法》、《食品质量安全法》•粮食安全，生态安全，食品安全在成本快速上涨、国家托市收购影响下，我国籼稻米价格已远高于国际市场，出现“国粮入库、洋粮入市”现象，特别是“一带一路”零关税政策实施可能加剧籼米进口，增加籼米库存，反过来打压南方水稻生产积极性，影响农民增收。中国水稻美国水稻总成本1151.111059.37物耗费用449.68571种子费51.5783.29化肥费138.98114.12农药费49.4184.03外包作业费170.5658.29燃料动力费2.93144.9人工成本489.3175.03土地成本193.28219.8间接费用18.84193.54（五）种粮效益越来越低（六）农产品市场竞争力总体不强---优质化率低日本优质米率70%中国大陆优质米率36.5%台湾优质米率84.6%重金属污染面积占农田灌溉区64.8％，其中镉是最主要污染物（罗锡文院士（2011）报告）据陈同斌推算，我国仅重金属镉污染农田面积就达8000万亩据国土资源部，我国重金属中重度污染达5000万亩（2013）稻田镉污染面积呈上升趋势（七）稻米安全——稻田重金属污染•农业的主要矛盾由总量不足转变为结构性矛盾，突出表现为阶段性供过于求和供给不足并存•优化产品产业结构，着力推进农业提质增效•粮食作物要稳定水稻、小麦生产，确保口粮绝对安全，重点发展优质稻米和强筋弱筋小麦，继续调减非优势区籽粒玉米关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干意见（2017年1号文件）•发展不平衡不充分问题在乡村最为突出•农产品阶段性供过于求和供给不足并存，农业供给质量亟待提高；农村环境和生态问题比较突出•实施质量兴农战略：深入推进农业绿色化、优质化、特色化、品牌化•坚持质量兴农、绿色兴农、效益优先关于实施乡村振兴战略的意见（2018年）粮食问题多方协调（质量、绿色）•政府要粮：口粮100%安全（水稻、小麦）•农民要钱：效益是农民从事粮食生命线•居民要命：吃饱后，吃好，吃的安全三者矛盾解决是水稻科技考虑基本点是强化中国稻米质量时候了1.口粮相对充裕(国家关注)2.生产方式变化需要(农民关注)3.满足消费者需要(消费者关注)政府要粮、农民要钱、居民要命二、育种技术层面几个关系•理论与技术关系•常规稻与杂交稻关系•常规技术与分子技术关系•现在与将来关系尽管水稻高产纪录不断突破，但450公斤/亩产量平台突破需要理论技术支撑。目前除了籼粳杂交稻突破外，水稻优势种群、杂种优势等理论研究有差距甬优12：百亩产量千公斤相对容易超级水稻研发“捷报频传”理论与技术关系生物育种技术进步快速广粘63-4SB5Bph68S广粘63-4SB5Bph68S广粘63-4SB5Bph68SCRISPR/Cas9介导的基因组编辑分子标记选择技术培育抗BPH生物育种飞速发展有利于水稻育种理论发展，提升推动水稻育种水平常规稻和杂交稻关系（水涨船高）•印度2013年杂交水稻面积288万ha，占水稻总面积的6.55%；孟加拉79.8万ha，占7%；越南约74.7万ha，占10.0%；印度尼西亚约64.5万ha，占5%；美国58.5万ha，约占45%；菲律宾约19.8万ha，占水稻总面积的4.4%；缅甸约8万ha，占1%。•常规稻面积近年不断提升,特别优质、高产晚稻和早稻191971882123935205911983553.5%59.6%65.8%17000180001900020000210002200023000240002500020002001200220032004200520062007200820092010201120122013201450.0%52.0%54.0%56.0%58.0%60.0%62.0%64.0%66.0%68.0%杂交稻推广面积（万亩）占全国10万亩以上品种推广面积的比重2014年，10万亩以上杂交稻品种推广面积1.92亿亩，比最多的2008年减少了4738万亩；占全国比重为53.5%，比最高的2003年下降了12.3个百分点。大面积推广的杂交稻品种面积比重下降我国杂交稻机械化制种技术一直未大进展Clearfield®cultivars近年杂交稻面积呈现持续下降趋势常规育种与分子育种关系：高度重视基因组进展，但不迷信123456789101211IPA1DEP1Wxxa21Ghd7Pi-25Bph14Gn1新超级稻?(Super)nRice?S5从GW2到GW8、IPA1、DEP1、Gn1等高产基因多达十余个，多增产10%以上国内外一批分子生物学家提出超级稻杂交稻育种理论、育种模式栽培学进展对育种启示：分子育种与传统育种尤如个体与群体关系水稻功能基因组学及基因克隆研究国际领先分蘖数穗粒数粒重水稻单株产量＝分蘖数x穗粒数x粒重qGL3(2012,中国)MADS29(2012,中国）GW8(2013,中国)TGW6(2013,日本）JMJ703(2013,中国)TUD1(2013,中国）OsFIFE2(2013,美国)(5/7)TAD1/TE(2012,中国）MADS57(2012,中国）GSK2(2012,中国）LIC(2012,中国）OsPIL1(2012,日本）CYP714B1,CYP714B2(2013,日本）DRO1(2013,日本）BC1(2013,中国）D14(2013,日本)(5/9)TOB1(2012,日本)SHAT1(2012,中国)CHD3(2012,中国)AN-1(2013,中国)EHD4(2013,中国)LG1(2013,中国,日本)TWA1(2013,日本)DST(2013,中国)(6/9)发表水稻国际高水平论文（IF9）2012-2013年25篇,中国占68%资料来源：万建民NatureBiotech2015,33:301-307（JMWan)抗褐飞虱基因Bph3克隆与应用利用已报道的12个功能标记，在中嘉早17中初步检测到Pi-d2、Pi-d3、Pi-5、Pi-b和Pi-9等5个抗性基因，其中Pi-d2、Pi-d3和Pi-9位于第6染色体，Pi-b位于第2染色体，Pi-5位于第9染色体。Pi-9是一个具有广谱抗性的稻瘟病抗性基因。中嘉早17携多个稻瘟病抗性基因M、1、2、3、4、5、6、7分别代表DNAMarker、阳性对照、ddH2O（阴性对照）、中早39、中嘉早17、台早733、嘉育66、中组1号；阳性对照是各个抗性基因导入系或抗性基因来源品种：LR2（Pid2）、谷梅2号（Pid3）、LR20（Pi5）、LR14（Pib）、LR22（Pi9）Pid2Pid3Pi5PibPi9现在与将来关系---可持续发展•2013年1号文件：家庭农场、土地流转•2014年农村工作：生态农业、可持续发展•2015年1号文件：生产方式变革，可持续发展三、转型时期水稻育种思考•水稻生产逐步改变“一家一户”模式•土地流转政策•与农业企业、家庭农场（大户）、农业合作社等水稻生产者从“农民身份”转化“职业农民”（除了生产外，还要懂经营）谁来种稻（用户为王）•规模化•轻简化•职业化收入=产量×价格—投入如何种稻（效益）•转基因专项启示•水稻是商品，有商品一切特性•水稻又是主粮，好吃、安全•除食用外，大约20%它用（米粉稻、酒稻、功能稻）消费者才是真正上帝生产方式变革对品种提出了更高要求！•经营规模化：没有规模就没有效益，经营规模化是必由之路•栽培轻简化：直播和全程机械化是提高效益最重要的技术保障•服务社会化：耕地、播种、植保、收割等过程服务社会化•农业专业化：规模化、机械化和社会化生产需要农民专业化水稻生产方式变革核心—效益土地流转政策，家庭农场（大户）、农业合作社等推进，水稻生产者从“农民身份”转化“职业农民”（除了生产外，还要懂经营）•安全高效：抗倒、稳产、好种、好收、好买•优质多用：品种对优质化要求越来越高•轻简低本：水肥高效、抗逆、适合机械化生产•卫生安全：污染源低积累（重金属等污染）•农业现代化16字：“产出高效、产品安全、资源节约、环境友好”可持续发展道路品种需求变化趋势---广适：安全、优质、绿色、高效•组织上重视企业与科研机构命运共同体，加强科企结合•技术上高度重视基因组研究进展，加强常规与分子结合•目标上：1.生物胁迫和非生物胁迫水稻研发2.适合直播等轻简化生产水稻研发3.优质多用途水稻研发4.肥水高效利用水稻研发5.适合杂交稻机械化制种水稻研发主攻方向mesocotyl•2013年起种业进入冬天，现在是倒春寒•科研单位生成之困：2017年国审水稻品种186个，绝大多数是企业（166/178）,隆平高科（59/178）水稻所（3/1