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攻克软米与抗病虫融合选育技术难题,引领杂交稻优质化发展新方向
  • 发布单位:水稻研究所
  • 2023-06-09 17:33:13
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聚焦一流  创新引领│2022年度广西科技进步奖励获奖项目系列报道之三

攻克软米与抗病虫融合选育技术难题,引领杂交稻优质化发展新方向

     ——记2022年度广西科技进步一等奖“绿色超级稻丰田优553等系列品种选育与应用”

2023年广西科学技术奖励大会上,我院牵头完成的“绿色超级稻丰田优553等系列品种选育与应用”项目获2022年度广西科技进步一等奖。

粮食安全国之大者,水稻挑起国家粮食安全“压舱石”重任,地位举足轻重。广西是我国传统籼稻主要种植区,年播种面积约3000万亩,占粮食作物总面积的67%;但受高温高湿气候影响,生产上主推优质品种产量偏低、抗性偏差,导致化肥、农药施用量大,严重制约水稻绿色健康发展。因此选育优质、高产、抗病、抗虫等性状集于一体的“绿色水稻”品种是必然方向。

项目组围绕产量、抗性协同提升,收集优异种质、挖掘主效基因,通过杂交、回交等技术手段开展有利基因聚合,借助特色育种圃进行表型性状加压决选,创制“绿色水稻”骨干亲本,历经16年育成以“丰田优553”为代表的高产优质绿色杂交稻新品种7个,实现了软米优质、高产稳产、抗病虫能力的协调提升,取得了一系列重要创新,引领华南优质杂交稻发展新方向。

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绿色超级稻品种“丰田优553”田间种植

破解了华南水稻两段灌浆、穗基部充实度低对高产的制约

华南稻区水稻灌浆成熟期气温较高、历期较短,极易导致两段灌浆、穗基部充实度不够,限制了产量进一步提升。项目组分析多年多点水稻区试数据,明确华南双季稻产量与穗/平方(分蘖率)、小穗/穗(穗粒数)的相关性较大,而且单位穗长的小穗/穗(穗粒数)对产量的影响更大;根据源流库协调互作原理,提出“控穗长、增枝梗、促灌浆”的产量提升育种新思路;即分蘖力、粒型等选择标准不变,控制穗长、增加单位穗长的二次枝梗来增加穗粒数,通过提升灌浆速度保障结实率达90%,破除了长穗多粒型品种灌浆慢结实差对产量的影响,为优质品种产量提高开拓了一条新途径。

构建了基于多性状定向选择的高效育种技术体系

针对软米优质、抗病抗虫等优良农艺性状协调选育难以快速稳定,项目组充分运用新一代基因组学技术和水稻功能基因组学的研究成果,通过功能变异位点标记对育种材料进行已知功能基因的精准鉴定,挑选携带多个目标基因的材料作供体亲本,以本土优质软米型骨干材料做受体亲本,开展软米型育种材料抗病虫等分子遗传改良。选育过程中按照早世代采用功能标记跟踪检测目标基因,从中世代(BC2F1)起通过全基因组芯片进行目标基因和遗传背景纯合度检测,选取聚合多个目标基因且遗传背景趋于纯合的单株进一步回交,自BC4F1起对自交后代开展目标基因跟踪检测和特色育种圃抗病抗逆等加压决选,不仅实现了软米优质、高抗病虫、高产稳产等多个性状有利基因的快速聚合,而且相比传统标记辅助改良更加准确、高效。

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多性状定向选择育种技术体系

育成华南第一个抗褐飞虱软米不育系“丰田1A”,攻克了华南稻区杂交稻软米优质和高抗病虫难以兼顾的难题

广泛引进新质源与自有优质材料杂交,后代群体采用“早期跟踪基因、中期检测背景纯合度、后期加压决选”进行抗病虫、氮肥利用率和软米优质的定向改良,历经6年12代育成抗病虫能力强、外观晶莹透亮、口感Q弹香甜、营养高效且聚合16个绿色性状基因的三系不育系“丰田1A(B)”,2012年通过广西技术鉴定、2014年通过广东技术鉴定,2016年获得国家植物新品种权。利用该不育系配组的杂交稻品种,优质二等食用长粒籼稻品质标准达标率100%,主要指标可达部颁一级标准。

创制出多二次枝梗型强优恢复系“ 桂恢 553”等一批抗病虫且氮素利用率高的丝苗米粒型水稻核心种质

利用多穗型恢复系广恢998与软米恢复系桂1025杂交,再与R6547(较高粳稻成分的偏籼恢复系)、R456(茎秆粗壮、多小穗的热带粳型材料)复交,后代群体遵循“控穗长、增枝梗、补产量”的育种原则,将分子标记和特色育种圃结合,选育出抗倒伏能力强、光合效率高、二次枝梗多的重穗型软米多抗恢复系R553;引进含多个抗性基因的材料,采用“早期跟踪基因、中期检测背景纯合度、后期加压决选”的多性状定向选择育种方法进一步改良R553的抗病虫性,最终育成二次枝梗多、穗粒数多、结实率高、兼抗病虫(中抗褐飞虱和稻瘟病)、氮素高效协调(NUE提高31%)的软米优质恢复系“桂恢553”;并以桂恢553为核心种质基础,创制出多个二次枝梗超长粒、香型优质多抗恢复系,解决了高产、抗病虫、氮高效等有利基因快速聚合与多性状同步选择的难题。

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选育出广西第一个获认定绿色超级稻品种“丰田优553”

利用不育系“丰田1A”和恢复系“桂恢553”配组育成杂交品种“丰田优553”,兼抗病虫、国标1级优质米、减氮30%栽培比对照增产10%、百亩方平均产量697.3公斤/亩,2013年通过审定、2014年入选广西十大优质米品种、2015年入选农业主推品种、2016年通过超级稻认定、2019年被认定为绿色超级稻;相比过去生产上主推品种,平均增产7.5%、稻米品质更优、抗病虫抗逆境能力显著增强、常规栽培节氮30%。2016年“丰田优553”独家生产经营权以一千五百万元成功转让,创造了国内单品种单区域转让价格新高。

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丰田优553品种权使用许可签约仪式

项目成果在产量提升、多基因聚合和育成品种特征特性等方面创新显著,不仅攻克了优质、高产、抗病虫融合选育的技术难题,极大提升了杂交稻优质化育种水平;而且育成亲本和集成技术被33家研究机构引进应用,引领了优质杂交稻产业发展新方向。此外,该成果以广西、广东为中心辐射海南、福建、江西、贵州、云南以及越南、老挝、柬埔寨等国应用,实现亩减施尿素6.5公斤、减药1-2次,产出稻谷被以高出市场价0.4元/公斤争相收购,近三年累计推广1173.3万亩,新增优质稻谷5.7亿公斤,节约成本4.61亿元,新增产值46.0亿元,不仅降低种稻成本、保护生态环境,而且有利于稳定水稻种植面积、保障国家粮食安全。


团队介绍:

优质杂交稻育种团队,现有科技人员7人,高级职称5人。主要围绕软米型优质杂交稻,开展重要性状分子遗传研究、优质高产抗病杂交稻亲本创制及新品种选育、杂交稻轻简高效高质繁制种技术研究。团队成员先后主持国家“863”、重点研发专项及广西科技重大攻关等各类项目45项;育成8个野败型三系不育系通过技术鉴定、20多个优质杂交稻品种通过国家/省级审定,累计推广8000万亩以上;获国家科技进步特等奖、二等奖各1项,广西科学技术特别贡献奖1项、科技进步一等奖2项、二等奖3项、三等奖2项;发表论文48篇(SCI收录8篇)。

水稻所  廖张波供稿/韦宇供图

一审一校:李丹婷

二审二校:薛臣艺

三审三校:杨景峰