中国科学院院士谢华安是我国著名的水稻育种专家,他在接受央视采访时表示:目前我国种植的水稻几乎全是矮秆水稻,中国是水稻矮化育种技术发展最快的国家。
矮秆水稻是指整体株高较低的水稻品种,这种水稻茎秆粗短,生物量小,看起来不如高秆水稻长势茂盛。但在我国的水稻产业中,矮秆水稻的出现具有跨时代的意义,我国的育种专家最先提出培育矮秆水稻的目标,深刻影响了世界的水稻育种方向。
2022年,中国水稻的总产量达到了2.08亿吨,平均单产高达7.079吨/公顷(944斤/亩),比1949年的1.89吨/公顷(252斤/亩)提高了2.7倍。单产持续增高的背后,暗含矮秆水稻品种的推广与普及。
矮秆水稻的栽培历史可追溯到1950年代,当时新中国刚成立不久,粮食生产成为经济发展的首要目标。水稻、小麦、玉米作为我国的三大主粮,纷纷走上了高产育种之路,水稻是其中单产最高、且唯一能直接食用的粮食作物,产量占谷物总产量的30%以上,水稻的亩产量、千粒重向来深受关注。
由于我国幅员辽阔,生态复杂,各省区气候条件不一,农户保留的小麦品种多而杂乱,很多品种的经济效益较差。50年代初,我国通过地方品种评选完成了良种更替,在省际间推广并普及了高秆良种。但高秆品种存在固有缺陷:抗倒伏能力差、施肥量受限(不耐肥)、单产较低,生长后期时常遭遇风雨天气,适应性较差,亩产量迟迟难以提升。
据记载,当时常规稻田的亩产量只有400斤左右。为解决高秆水稻后期倒伏等限制性难题,从50年代中期开始,我国育种专家将重点转移到了矮秆水稻上。
1955年,广东朝阳县的稻农洪春利、洪群英在高秆品种“南特16”的大田中发现了几株株高只有70~80cm的突变体,这种水稻矮小粗壮,生育期短,并且穗粒饱满,产量很高。我国将这一品种保种后引入长江中下游作为早稻广泛栽培,结果发现亩产量远高于同期成熟的高秆品种,增产幅度达30%~35%,开创了连作早稻的高产局面。
广东省的农业团队则是从马来西亚引入了矮秆水稻的种子,以此作为矮源开展育种工作,系统选育出了“矮仔占4号”品种。为适应我国的气候条件,育种专家将其和我国的传统高秆品种“广场13”杂交,最终在1959年成功培育出第一个用杂交育种方法培育的矮秆水稻:“广场矮”。
矮化育种工作在中国水稻界掀起了第一次高产浪潮,水稻育种从此进入矮秆时代。
但要发挥矮秆水稻的单产潜力,还需要配套实施栽培技术。我国学者陈永康针对矮秆水稻的特性,总结出了“三黄三黑”的栽培技术,在分蘖期、节间形成到幼穗分化期、穗发育期三个阶段分别促进“发棵”、“壮秆”、“长穗”,此举将矮秆水稻的穗数由240~255万穗/公顷提高到306~336万穗/公顷,每穗结实数由50~60粒提升到76~104粒,百万亩示范田的平均产量高达6.8吨/公顷,相当于亩产量906斤。
矮秆品种搭配高产技术,使我国水稻的收获指数从原来的0.2~0.3提高到了0.5~0.55,平均单产几乎翻了一番,提升到了800斤/亩的水平。
我国的矮秆水稻增产效益突出,世界水稻产业为之震动,第一次“绿色革命”由此生成。
我国台湾省台中区培育的“台中在来1号”、“台州本地1号”等优良品种被引入到南亚、东南亚国家,获得引种国的一致认可。在矮化思路的启示下,国际水稻研究所利用“低脚乌尖”作为矮源,和印度的高秆品种“皮泰”杂交,培育出了著名的矮秆水稻品种:IR8,这一品种使东南亚国家的水稻普遍增长9%以上,深受国际好评。
看到中国矮秆水稻的优异表现,美国专家也开始从中国引种研究。在1985~1988年,美国四个州引入了我国的矮秆水稻品种“桂朝”,经过四年的试验性栽培,朝桂品种夺得美国水稻的高产冠军,美国专家将其誉为“神奇种子”。
Charlie Bollich是美国卓有成就的水稻育种学家,他对中国的矮秆水稻同样青睐有加,甚至给出了高度评价:
“谈到今后10年甚至20年以后的水稻品种,我会考虑已在进行试验的中国品种桂朝和特青,它们的株型改变了我对水稻产量提高的某些看法。”
矮秆水稻的价值远不止于此,它还为众多的新品种提供了重要的杂交素材。科学院院士谢华安也表示:矮化水稻品种为第二次“绿色革命”中的杂交水稻奠定了重要基础。
20世纪60年代,“杂交水稻之父”袁隆平院士着手培育中国的杂交水稻,并于1966年在《科学通报》上发表了著名论文:《水稻的雄性不孕性》,指明了杂交水稻育种的方向。70年代末,我国在矮秆水稻的基础上培育出了三系杂交稻,使水稻单产再次提高了20%。
和常规的矮秆稻相比,杂交水稻表现出根系发达、分蘖力强、叶片面积大、生物量高等多种优势,收获指数和矮秆品种相近。专家认为,杂交水稻的高产原理主要是通过提高生物量获得,矮秆水稻则是通过提高收获指数获得,二者的生长特性不同,对应的栽培技术也应有所不同。
根据杂交稻的生长特点,我国发明出了配套的高产技术,比如二段育秧技术:稀播培育壮秧,稀植促进大穗,显著提高了杂交稻的产量。
考虑到三系法杂交稻培育周期长,制种成本高,我国又在1986年启动了863计划,决定开展两系法杂交稻的培育。这种杂交稻不仅稻种利用率高,制种成本低,选出优良组合的几率更高,更关键的是米质优、产量高,为后期培育超级稻奠定了基础。
不可否认,我国绝大部分的高产水稻品种都和矮秆水稻有关,目前育种水平最高的品种类型是矮秆高产两系杂交品种,在产量、抗病能力、品质方面均有所改善。新兴的育种方向还有碳四水稻、固氮水稻、耐旱水稻(沙漠稻),耐盐碱水稻(海水稻)、一系杂交稻等,矮秆水稻还将发挥更可观的增产潜力。
2018年,美国国家医学图书馆发表了一篇在线论文:《从基础研究到分子育种—中国科学家在推动世界水稻生产中发挥核心作用》。综合矮秆水稻、杂交水稻等优良品种的贡献来看,这种评价其实是对中国育种成就的客观写照。
中国的水稻育种不会因为既有成绩就沾沾自喜,止步不前,国内水稻专家认为,中国水稻育种业正在发生两个方面的变革:一是追求品质的优质育种,二是追求产量的高产育种,丰产、优质、抗病、香米将成为育种的主流方向。在水稻增产的道路上,只有重视良种培育,才能让中国人端牢饭碗,实现产量与品质的双丰收。