钱前院士课题组综述中国杂交水稻育种史——中国为世界水稻育种贡献中国经验

水稻是最重要的粮食作物之一。新中国成立后，在黄耀祥院士等育种工作者的共同努力下矮化育种在中华大地率先兴起，成功掀起并引领了第一次绿色革命；在此基础上，以袁隆平先生为代表的几代科学家开拓创新、接续奋斗，创新研发三系法、两系法、一系法，我国杂交水稻和超级稻育种从无到有，促进我国自主研发的水稻品种持续升级换代。70多年以来，中国水稻育种历经三次里程碑式飞跃，水稻单产提高至3.4倍，总产提高至3.8倍，实现了“谷物基本自给、口粮绝对安全”的目标。

图1. 中国矮化育种及三系杂交稻育种史

近日，崖州湾国家实验室钱前院士课题组在Journal of Integrative Plant Biology在线发表了题为A historical review of hybrid rice breeding的综述文章。该文通过系统梳理水稻产量三次飞跃的重要资源发现和理论创新，阐述了中国水稻领域持续的种质资源创新、优异农艺性状基因利用，是推动矮化育种、杂交水稻育种和超级稻育种发展应用的重要动力。文章着重描述了中国科学家在矮化育种、杂交水稻育种和超级稻育种中的重要科学发现和相关育种历程，并探讨了未来水稻育种的发展策略，期待能为国际水稻育种持续贡献中国经验。

图2. SD1基因的8种等位基因

研究指出，中国科学家在矮化育种中率先发现并利用具有革命性和颠覆性绿色革命基因sd1的种质资源，利用该基因首创了矮杆、抗倒伏的水稻新品种并大规模应用于生产，同时为国际水稻所育成“奇迹稻”IR8提供重要种质资源和可借鉴路径，因此中国是第一次绿色革命的重要引领者和推动者。同时，在中国和东南亚，半矮杆水稻的推广普及也为第二次绿色革命的开展奠定了重要的材料基础。第二次绿色革命时期，中国作为水稻杂种优势利用的先锋，发现了“野败”等不育种质资源，通过全国科研大协作攻关完成籼型杂交水稻三系配套，使我国走在杂交水稻育种理论创新和实践应用的前列。中国科学家提出了由三系到二系最终到一系的杂交水稻发展路径，并通过实践证实其科学性和可行性。创新性的提出了中国的超级稻育种理论，提出了“理想株型塑造与亚种间杂种优势利用相结合”的中国超级稻育种路线，对理想株型和杂种优势利用进行了有益的探索，形成了一套比较完善的理论和技术体系。

图3. 利用三系法、两系法和一系法进行杂交水稻育种

研究还探讨了未来中国水稻育种的发展策略：一是在全球范围内构建种质资源，尤其是野生稻收集交换的跨国网络体系，强化国家种质资源库（圃）建设，提升我国种质资源保存的数量和质量，提高种质资源的储备、研究和管理能力；二是加强水稻种质资源挖掘与创新利用，进一步深挖野生稻优异基因，瞄准产业发展，挖掘表型上发芽整齐，苗期早生、快长、根深的种质资源，优化组培和生物技术建立一系法杂交种。三是建立不同水稻种质大数据，促进机器学习对水稻机械化、智能化育种的应用，加强水稻前沿育种关键技术攻关，推动水稻育种效率提升，持续优化综合育种体系。

图4. 水稻细胞质雄性不育和育性恢复的机制

本文由崖州湾国家实验室钱前院士课题组发表在杂交水稻三系配套成功50周年之际，以此纪念1973年中国籼型杂交水稻“三系”成功配套这座历史性丰碑。崖州湾国家实验室钱前院士课题组主要从事野生稻种质资源的开发和利用；致力于野生稻优异基因的挖掘和育种应用，强化野生稻种质资源库（圃）的建设。

以CMS-WA型“野败”胞质不育系为代表的三系杂交水稻育种正是野生稻种质资源成功利用的典型案例。

图5. 未来水稻育种

中国农业科学院作物科学研究所郑晓明研究员、卫斐副研究员和崖州湾国家实验室博士后程成为该论文的共同第一作者，崖州湾国家实验室钱前院士为通讯作者。该论文得到国家自然科学基金、海南省重点研发计划，以及主要粮油作物珍稀濒危种质资源的抢救性保护等科研项目的支持。

https://doi.org/10.1111/jipb.13598