中國水稻育種百年發展與展望

程式華

（中國水稻研究所/國家水稻改良中心，杭州310006；作者：chengshihua@caas.cn）

中國是水稻大國，是世界上最大的稻米生產國和消費國，年均稻谷產量和消費量均占世界近三成，60%以上的人口以稻米為主食，水稻事關國家口糧絕對安全和百姓福祉。

中國同時是稻作文明古國、稻種資源富國和水稻科技強國。悠久的稻作歷史和豐富的稻種資源為中國成為水稻科技強國奠定了文化和物質基礎。追蹤歷史，中國現代水稻育種起步于20 世紀20 年代，已有百年歷程[1]。百年來，水稻育種技術不斷得到創新和發展，水稻新品種對增產的貢獻率超過了60%，推動了中國水稻生產躍上了世界先進水平。

1 水稻育種技術百年發展史

中國與世界各主要產稻國的水稻育種技術發展史，都是從選擇和利用自然變異的純系育種起步的，其后雜交育種成為主流，隨之各具特色的誘變育種、細胞工程育種、分子育種等技術紛紛呈現（表1）。

表1 水稻育種技術發展及特點[2]

1.1 純系育種

純系育種又稱系統育種，指的是從品種原始群體中選擇優異變異單株或單穗，通過穗行、小面積等種植，考察其農藝性狀和進行產量比較，從而育成新品種的方法。丹麥植物學家JOHANNSEN 于1909 年提出純系學說和首次采用“基因型”“表現型”等新詞匯，無疑促進了有計劃的水稻純系育種的興起。1919 年，南京高等師范農科（后更名為東南大學農科）原頌周、周拾祿、金善寶等征集全國各地水稻良種進行品種比較試驗，并于1924 年培育出改良江寧洋秈與改良東莞白，成為中國用近代育種方法育成的第一代水稻良種。1924 年東南大學農科（后更名為中央大學農學院）首先采用穗行純系育種法，于1929 年從安徽當涂的農家品種帽子頭中選育出中大帽子頭，成為我國第1 個大面積推廣的水稻良種。1928 年中央大學農學院在江蘇昆山建立稻作試驗場，進行秈、粳稻育種工作。1930年，趙連芳等育成了一批優良品種在長江中下游地區推廣，取得了單產提高10%的顯著成效。1933—1936年間，中央農業試驗所先后從國內外征得2 120 個水稻品種，從1936 年起分別在12 省28 個合作試驗場進行連續3 年的“全國各地著名品種比較試驗”，成為中國大規模水稻品種區域試驗的開端。葉常豐和許傳禎育成的南特號脫穎而出并迅速在湖南、江西推廣，成為新中國成立以前推廣面積最大的改良稻種[3]。此后，隨著各省農事試驗場、稻麥改進所等機構的相繼創辦，促進了水稻育種人才的培養、育種理論與技術的創新以及育種方法的改進。雖然現代水稻育種技術已日趨多樣化，目前應用純系育種技術培育的品種比例不到10%[4]，但純系育種因為容易穩定、見效快，至今仍不失其利用價值。

1.2 雜交育種

雜交育種是通過不同親本間的有性雜交導致遺傳基因重組，經若干世代的性狀分離、選擇和鑒定以獲得符合育種目標新品種的方法。從親本親緣關系的遠近著眼，品種間雜交是最為常用的方法，亞種間雜交育種往往用于某一特定目的，而種間雜交正處于日漸受重視的地位。1865 年孟德爾提出“遺傳分離規律”，1926年摩爾根發表的“基因論”所揭示的基因與性狀間種種聯系和規律等無疑對于始于20 世紀初期雜交育種的發展具有指導意義。中國的水稻雜交育種以臺灣和廣東兩省開展最早。臺中區農業改良場于1929 年從“龜治/神力”組合中選育了臺中65，于1936 年登記推廣。丁穎在廣州于1926 年發現野生稻并于當年獲得天然雜交種子，經多年分離比較，篩選出的優良品系于1933 年定名為中山1 號；1928 年起又陸續進行栽培稻與野生稻間以及栽培稻間的有計劃雜交試驗工作，又先后育成了一批水稻新品種，開創了中國水稻雜交育種之先河[5]。據統計，雜交育成品種在20 世紀50 年代占 44.5%，60 年代為 60.3%，70 年代為 64.0%，80 年代為70.1%，目前超過80.0%，是育種方法的絕對主流。在雜交的方式方面，單交育成的品種占95.0%，三交和雙交育成的品種各占2.0%，回交育成的品種占1.0%。單交是水稻雜交育種取得成效的主要方式[4]。在20 世紀50 年代之前，對雜交分離后代均采用1 年1 個世代進行連續多代單株選擇法，其后加速世代進程法和集團選擇法漸趨普遍，在60 年代初海南開始成為中國水稻冬育的主要基地，被稱為加速育種進程的“天然溫室”，加速了水稻雜交世代穩定的進程。

1.3 誘變育種

誘變育種是指利用物理、化學因素誘發作物產生性狀突變，并從中鑒定、選拔優良品種的方法。自發突變是植物進化的動力，但其頻率很低，一般為10-6。利用χ 射線、γ 射線等電離射線以及各種化學誘變劑處理水稻種子、活體、器官與組織，以至細胞和DNA 分子，能誘發各種突變，大幅度提高誘變頻率，產生一系列有用突變體，一部分可直接在生產上推廣利用，一部分成為育種的寶貴資源或用以克隆變異基因的優異材料。1928 年美國科學家斯塔特勒證實χ 射線對玉米和大麥有誘變效應，20 世紀50 年代以后，誘變育種方法得到改進，成效更為顯著。日本于1934 年首次利用χ射線照射水稻種子, 并成功地誘發了早熟突變，1966年利用γ 射線育成了矮稈、抗倒、耐寒和高產的優良品種黎明，在日本北方稻區種植。我國水稻誘變育種起步于20 世紀60 年代[2]，浙江省農業科學院原子能研究所和浙江農業大學核農業科學研究所在國內水稻輻射誘變育種起步較早，成效較大，分別于1975 年和1984 年育成早秈突變品種原豐早和浙輻802，曾經都是長江中下游稻區的主栽品種，其中原豐早于1983 年獲得國家技術發明一等獎。誘變育種一度風靡育種界，但育成品種不多，占5.0%左右，育成品種性狀主要表現為株高降低或早熟、高產、品質的改進，抗病蟲能力增強，落粒性減輕和耐貯性提高等方面。

20 世紀80 年代末興起的水稻航天育種，也屬于誘變育種范疇。水稻航天育種指的是利用返回式衛星或宇宙飛船將水稻種子帶到200~400 km 太空環境，利用外太空的微重力、宇宙射線、高真空、弱磁場和太陽粒子等誘導種子發生可遺傳的變異，經選育或選配育成新品種的方法，育成品種有常規稻華航1 號、雜交稻特優航 1 號等[5]。

1.4 細胞工程育種

水稻細胞工程育種是以細胞的全能性為理論依據，在細胞、染色體水平上對水稻進行操作的育種方法，包括原生質體培養、無性系篩選、體細胞雜交、花藥培養和多倍體育種等[2]。1970 年，中國科學院開始了水稻花藥培養研究，1975 年，天津市農業科學研究所與中國科學院遺傳研究所合作，用單倍體育種法育出了花育1 號和花育2 號。20 世紀80 年代中國在遺傳操作技術方面的突破為細胞工程在水稻育種中的應用創造了條件，40 多年來育種家把細胞組織、花藥以及原生質體培養與常規育種相結合，育成了一批新品種和新品系，如中國農業科學院的中花系列粳稻品種和中國水稻研究所的中組系列早秈品種等。由于該項技術本身不創造變異，且培養效率普遍不高，因此利用細胞工程培育的品種數量有限，影響較小。

1.5 分子育種

分子育種是指對植物DNA 片段、基因乃至單個堿基進行精確轉移而創造變異，從而選育新品種的技術，包括分子標記輔助育種技術、轉基因技術、基因編輯技術等。分子育種技術從20 世紀90 年代開始進入到水稻育種領域，大大提高了育種的定向性和效率。在分子標記輔助育種方面，中國水稻研究所培育了攜帶白葉枯病抗性基因Xa21 的恢復系中恢8006，進而育成國稻1 號、國稻6 號等超級雜交稻品種[6]。轉基因技術突破了種間基因交流的限制，育種潛力巨大，抗除草劑轉基因水稻和抗蟲的Bt 轉基因水稻已被批準可進行大田試驗。基因編輯技術由于其精準化和高效率，近年來成為水稻育種的寵兒。由于涉及水稻基因的安全性問題，除了分子標記輔助選擇技術培育的品種，利用轉基因技術和基因編輯技術創制的水稻材料在中國均未進入商業化生產階段。

2 水稻育種百年突破性成就

隨著科學技術水平的提高，其技術要素不斷向育種領域滲透，形成了各種育種技術，盡管在各個歷史階段有不同的育種技術主體，但往往不是單一的育種技術在發揮作用，而是不同技術的相互交融、共同作用，推進了育種效率不斷提升，育成品種在產量等方面不斷提高（圖 1）。

圖1 新中國建立以后水稻育種技術主體及成效

2.1 矮化育種[2]

20 世紀50 年代，中國通過大規模的地方品種評選和新品種的省際間引種，普及了高稈良種，改變了生產上品種多亂雜現象，但總體上看，高稈品種和農家自留種易倒伏，施肥受限，單產較低。與高稈品種相比，矮稈品種表現為耐肥抗倒、葉挺穗多、收獲指數高，單位面積產量能顯著增加。以矮稈水稻作為育種目標是在中國首先提出并獲得劃時代成就的。臺中在來1 號、廣場矮和矮腳南特等3 個矮稈稻種的首先育成，不僅標志著水稻矮化育種的新紀元，而且也引導了世界性水稻育種方向的轉變。

臺中在來1 號是中國臺灣省臺中區農業改良場用矮稈、分蘗力強的低腳烏尖作母本，與高稈、抗病品種菜園種雜交育成，1957 年正式登記，并引向南亞、東南亞及印度進行推廣。在此啟示之下，國際水稻研究所才利用低腳烏尖為矮源與印尼高稈品種皮泰雜交，在1966 年育成該所第1 個矮稈稻種IR8，俗稱“奇跡稻”，拉開了全球綠色革命的序幕。

廣東省農業科學院（原華南農業科學研究所）黃耀祥等為了解決水稻的倒伏問題，于1955 年從廣西引入矮仔占進行純系選育，獲得矮仔占4 號作為矮源親本，并于1959 年從矮仔占4 號/廣場13 號組合中育成高產穩產早秈品種廣場矮，種植面積一度達到66.7 萬hm2。1962 年又育成珍珠矮（矮仔占4 號/惠陽珍珠早），因其適應性廣，在南方稻區最大推廣面積達300 萬hm2。矮仔占4 號是中國大陸最早用于矮化育種并育成最多矮稈品種的主體親本，在中國水稻育種史上作出了重大貢獻。

矮腳南特是由廣東潮陽縣農民洪春利、洪群英于1956 年在高稈品種南特16 大田中發現的自然突變體，株高70~80 cm，生育期較短而產量高，引入長江中下游稻區作為早稻廣泛種植后，單產比同熟期高稈早秈增產30%~35%，從而開創了連作早稻生產新局面，對擴大雙季稻面積和早秈高產栽培新技術的形成產生巨大的影響。在20 世紀60 年代中期，其推廣面積高達333.4 多萬hm2，不僅是當時的主栽品種，而且是矮化育種初期的杰出矮源。通過系統選擇或雜交育種，從矮腳南特中衍生出一大批矮稈良種，包括浙江省農業科學院育成而在長江中下游連作稻區普遍推廣應用的矮南早、二九青、圭陸矮等早熟早秈良種。

大量遺傳試驗證明，上述秈稻矮源的矮生基因都是等位的，均由隱性單基因sd1 控制，此基因主要對出穗前節間長度的縮短有作用，特別是對靠近地面的兩節，而這與抗倒伏性密切相關，同時分蘗勢也較強，而對穗長或穗粒數并無影響。中國矮稈粳稻分別通過秈粳交從矮稈秈稻中和從日本矮稈粳稻中轉育而成，日本矮稈粳稻品種如黎明所攜帶的矮稈基因與秈稻的sd1 是復等位關系，而20 世紀50 年代末從日本引進的世界稻（引入編號為農墾58），矮生性為微效基因累積作用，屬于數量性狀遺傳。

2.2 雜交稻育種[5]

水稻的雜種優勢研究始于20 世紀初，美國的JONES 首先報道了水稻的雜種優勢，他發現一些雜種F1與其親本相比分蘗數更多、產量更高。

在發現水稻也存在雜種優勢現象后，印度、美國、日本和中國于20 世紀60 年代都提出了水稻雜種優勢生產應用的設想，其中日本新城長友在1968 年育成了具有欽蘇拉包羅Ⅱ細胞質的不育系臺中65，雖然首先實現了粳型雜交水稻的三系配套，但由于親本的同質性而沒有優勢等問題，未能在生產上利用。

1964 年，袁隆平開始了中國雜交水稻育種工作。1966 年，他在《科學通報》發表了著名論文“水稻的雄性不孕性”，指明了雜交水稻育種發展的戰略方向。1970 年，李必湖在海南崖縣普通野生稻自然群落中發現花粉敗育型不育材料。以此為契機，通過全國的協作攻關，用浙江培育的二九南、珍汕97 等早秈品種轉育成了一批雄性不育系，1973 年廣西農學院等單位先后篩選出一批強恢復系，其中以分布于東南亞的秈稻品種泰引1 號、IR24、IR26 和IR661 等具有較強的恢復能力，從而成功地實現了秈型雜交水稻的三系配套，1975年又實現雜交粳稻三系配套。選育出的不同類型的雜交水稻組合于1976 年開始在生產上大面積推廣，使中國成為世界上第一個成功進行水稻雜種優勢商品化利用的國家。1981 年，秈型雜交水稻獲國家技術發明特等獎。

此后，中國雜交稻品種選育理論和技術不斷創新發展，在雜交秈稻不育細胞質源發掘方面，實現了由野敗型向野敗型、岡型、D 型、矮敗型、紅蓮型、印水型等多類型多質源并行開發的局面，保障了雜交水稻的遺傳多樣性。在雜交水稻恢復系改良方面，注重配合力、抗性和品質的綜合提高，明恢63、蜀恢527 等一批綜合性狀優良的恢復系在雜交水稻育種與生產中發揮了重要作用，其中，汕優63 總面積超過6 667 萬hm2，年最大種植面積超過667 萬hm2，是世界上種植面積最大的水稻品種。在雜交水稻三系法育種成功的基礎上，中國于20 世紀80 年代后期又成功選育出兩系雜交稻并逐步占據雜交稻的半壁江山。2020 年，在國家審定的574 個水稻品種中，雜交稻493 個，占85.9%，其中秈型兩系雜交稻270 個、占雜交稻的54.8%，秈型三系雜交稻208 個、占雜交稻的42.2%。2013 年，兩系法雜交水稻獲國家科技進步特等獎。

2.3 超級稻育種[6]

水稻是世界特別是亞洲地區最重要的糧食作物。為保障糧食安全，多數亞洲國家將高產作為水稻育種的首要目標。日本于20 世紀80 年代初率先開展水稻超高產育種研究。1989 年，國際水稻研究所開始了水稻新株型育種，后被媒體宣傳為“超級稻”。為保障我國的糧食安全，借鑒我國水稻超高產育種及國際水稻研究所的新株型育種經驗，原農業部于1996 年正式啟動旨在提高水稻產量潛力的“中國超級稻研究”重大項目，明確超級稻是通過理想株型塑造與強雜種優勢利用相結合的技術路線，培育的單產大幅度提高、品質優良、抗性較強的新型水稻品種，包括了超級常規稻和超級雜交稻。

中國超級稻育種技術路線首先是產生強雜種優勢。傳統的秈秈交或粳粳交因親本間遺傳距離過窄，難以產生強大的雜種優勢。因此，需要擴大雙親的遺傳距離。但由于秈與粳屬兩個亞種，雜交子一代營養優勢很強，株高和生育期超親，存在部分生殖障礙，表現花粉部分敗育，結實率低下，無法直接利用。而用秈粳中間型作親本能最大程度協調雜種產量潛力的提高與株型理想配置的統一，因此，超級稻育種中大量使用了秈粳中間材料。

在株型塑造方面，由于我國幅員遼闊，氣候生態各異，各地在實施超級稻育種計劃時，均因地制宜地提出了理想株型模式，如東北稻區的直立大穗型、華南稻區的早長根深型、西南稻區的稀植重穗型、長江中下游稻區的后期功能型。從狹義的株型概念看，株型主要指地上部的葉形和穗形，而從廣義的株型概念來看，根系的形態及功能也屬于株型的一部分。由于根系生長環境的復雜性及根系研究方法和手段的局限性，水稻根系性狀的遺傳研究相對滯后。近年來，隨著超級稻育種的深入，大穗早衰的矛盾越來越突出，根系的重要性及根系遺傳育種的迫切性引起了育種家極大的關注，而且往往將其獨立于地上部株型開展研究。

項目實施以來，我國科學家已在超級稻技術創新、品種培育與應用方面取得了巨大成就，育成協優9308、兩優培九、沈農265 和甬優12 等一批超級稻品種。通過良種良法相結合，實現了超級稻單產和效益“雙增一百”的目標，并不斷帶動全國水稻單產和效益顯著提高。據統計，超級稻迄今在全國累計推廣面積超過5 334 萬hm2，帶動水稻全國平均單產從1996 年的414.1 kg/667 m2躍升到 2019 年的 470.6 kg/667 m2新臺階，2020 年為469.6 kg/667 m2，為保障我國的糧食安全提供了堅實的科技支撐。

3 未來百年水稻育種展望

水稻育種的內涵就是創造變異、重組變異、選擇變異和穩定變異，最后達到培育出在綜合性狀上全新的品種。回顧過去百年的水稻育種發展，技術的變革著重于三個方面：一是提高變異產生的頻度和性狀重組率，如誘變技術、雜交技術等；二是提高選擇穩定變異的效率，包括選擇的定向性和精確度，如分子標記輔助選擇技術、基因編輯技術等；三是克服種間生殖隔離，如細胞融合技術、轉基因技術等。展望未來百年水稻育種，在育種技術創新上仍將圍繞以上三方面，重點是從現代水稻品種、古老農家品種、野生稻及遠緣種中挖掘新基因，通過現代物理和化學技術，創造新的變異，采用分子設計育種技術等手段，加速新基因的利用，培育新型水稻品種，解決未來水稻產業發展的重大問題。

3.1 C4 水稻

20 世紀中國的矮化育種和雜交水稻育種將全國水稻平均單產從200 kg/667 m2的平臺推進到了400 kg/667 m2平臺，超級稻育種則推動水稻平均單產再向500 kg/667 m2平臺沖擊。三次育種變革其核心是提高水稻的光合效率。

面向未來對稻米數量增加的需要，科學界正在尋找水稻新綠色革命的突破口，試圖在群體最適葉面積的基礎上提高單葉光合速率，以進一步提高水稻的生產力。據研究，與C3 植物相比，C4 植物在提高生產力、高效利用資源和保護環境上更為有效，其光合速率高1 倍，氮素需求降低40%，水分利用效率高1 倍，光合生產力高50%。粗略估算，如果C4 水稻在現有基礎上的光合生產力提高50%[7]，按收獲指數0.5 算，稻谷產量可提高25%，在全國水稻種植面積3 000 萬hm2不變的基礎上，全年可增產稻谷500 多億kg。此外，由于C4 植物PEP 羧化酶與CO2的親和力比C3 植物約高60 倍，能夠吸收大氣中更多的CO2，放出更多的O2，減輕了地球的溫室效應，調節了人類生存的環境。因此，通過現代分子育種技術，如能將C3 水稻改造成C4 水稻，除了可進一步提高水稻產量外，還可大大減少溫室效應。因此，C4 水稻的成功培育意義深遠。

3.2 固氮水稻

水稻是需氮作物。第一次綠色革命表現上是降低了水稻株高，其實質是通過降低株高而提高了抗倒性，因而可以大量施用氮肥，氮肥施用為水稻的增產作出了重大貢獻。但氮肥施用同時帶來了負面效應，一方面是增加了種稻成本，另一方面是由于過量施氮，造成了面源污染。通過培育固氮水稻以降低稻田的氮肥施用量，減輕稻農的種稻成本，減少環境污染，是科學家們孜孜追求的目標。可以預想，如果水稻固氮量占總施用量（按15 kg/667 m2氮計算）的1/3，則全國稻田可少施尿素近50 億t，數量相當可觀。

固氮水稻研究主要包括兩個研究方向[8]。一是將根瘤菌導入水稻中，在水稻與根瘤菌之間形成共生關系，由此形成根瘤，實現其固氮效應。二是采用先進的生物技術進一步對固氮放線菌Frankia 的生物學特性及其應用價值進行研究，以便挖掘Frankia 菌在水稻上的固氮潛力，由此形成水稻固氮的新技術體系。從目前的研究現狀來看，兩種途徑實現水稻固氮的難度均比較大，在短期內很難實現，但可以肯定，隨著生物固氮研究的不斷深入，育成固氮水稻的美好愿望在未來百年必將取得突破。

3.3 耐鹽堿水稻（海水稻）

我國現有內陸鹽堿地面積近1 億hm2，灘涂面積233.4 萬hm2，在灘涂上發現的水稻耐鹽堿農家品種或種植的耐鹽堿現代品種，一度被稱為“海水稻”。水稻作為沿海灘涂和鹽堿地改良的首選糧食作物，研究其耐鹽堿機理，提高其耐鹽堿能力，培育耐鹽堿新品種并推廣應用，是保障我國糧食安全的重要舉措。

我國鹽堿地主要分布在西北、東北、華北及濱海地區在內的17 個省區。鹽堿地可以分為輕鹽堿地、中度鹽堿地和重鹽堿地。輕鹽堿地pH 值為7.1~8.5、含鹽量在0.3%以下，中度鹽堿地pH 值為8.5~9.5、含鹽量在0.3%~0.6%，重鹽堿地pH 值為9.5 以上、含鹽量超過0.6%。水稻耐鹽品種培育已有70 多年的歷史，已選育出不少綜合性狀優良的耐鹽品種，并在生產上大面積推廣應用。水稻耐鹽性是多種耐鹽生理生化反應的綜合表現，是由多個基因控制的數量性狀，遺傳基礎復雜，可供育種利用的耐鹽基因研究緩慢，培育的耐鹽堿品種主要在含鹽量0.3%以下，且有淡水資源的輕鹽堿地上種植[9]。因此，耐鹽堿水稻要突破含鹽量0.3%以上的界限，還需加強耐鹽堿遺傳機理、資源挖掘等方面的研究，特別是應用現代生物技術將水稻的近緣種、遠緣種中的高耐鹽堿基因導入到水稻中，培育中度以上耐鹽堿水稻并大力推廣的夢想并不遙遠。

3.4 耐旱水稻（沙漠稻）

水稻之所以稱為水稻，當然是需水作物。我國的水資源無論是總量還是分布，都與農業發展相左。從總量上看，淡水資源總量2.8 萬億m3，人均占有量2 240 m3，僅為世界人均占有量的1/4，每年農業生產缺水超過300 億m3。從分布上看，北方耕地占全國3/5，但水資源不足全國1/5，造成黑龍江“井灌稻”占70%以上，持續發展存在較大隱患。近年來，熱帶非洲沙漠國家急需發展水稻，因此將能在沙漠中正常生長的耐旱水稻稱為“沙漠稻”，但“沙漠稻”真正的含義是在沙漠上種植的水稻，主要是通過栽培技術（鋪設隔水層等）的應用，而非水稻品種特性的改變。如1995 年內蒙古通遼市奈曼旗開發沙漠水稻80.9 hm2，平均單產480 kg/667 m2，純收入 600 元/667 m2。

日本科學家通過基因改良開發出了一種耐旱水稻，這種水稻的根部能夠深深扎入土壤中吸收水分，因此在干旱條件下也能生長[10]。水稻的根是橫向伸展的，所以在土壤中扎根很淺，而旱稻的根則扎得很深。研究發現，旱稻擁有一種DRO1 基因。這種基因感知重力后,可以使旱稻根部向下伸展，吸收深層土壤的水分。熱帶沙漠環境更為復雜，如迪拜沙漠地區，晝夜溫差30℃，白天達50℃，濕度20%以下，沙漠土有機質含量低，且地下7.5 m 就是海水，因此在那些地區發展水稻，除了要耐干旱外，還要有耐脊、耐高溫和耐鹽堿的特性，培育這類品種難度會更大。

3.5 一系雜交稻

雜交水稻從遺傳學講是一個雜合體，由于遺傳分離，雜交種后代會發生性狀分離，無法保持其雜種優勢，因此無論是三系法還是兩系法雜交稻，育種家必須每年花費大量的人力、物力和財力進行制種工作。同時由于雜交種不能留種，使得農民每年必須購買新的種子。發展機械化制種是降低雜交稻制種成本的有效手段，但不是根本手段。因此，科學家們長期探索如何生產出不需年年制種雜交稻種子的技術，其中利用無融合生殖特性研發一系雜交稻被稱為是最有可能的技術途徑[5]。

無融合生殖是指不發生雌雄配子核融合而產生種子的一種無性繁殖過程。在無融合生殖植物中，種子的形成沒有經歷減數分裂過程中的交換，可實現雜種優勢的固定。但是，水稻中一直未發現無融合生殖特性，而且無融合生殖特性的遺傳機制也很復雜，常規育種手段難以將存在于其他作物中的無融合生殖特性轉入到水稻中。最近，中國水稻研究所的科學家在利用基因編輯技術獲得水稻無融合生殖特性上取得了突破性進展。他們利用CRISPR/Cas9 基因編輯技術在春優84 雜交稻中敲除了數個減數分裂相關基因，獲得了雜合基因型得到固定的一系雜交稻[11]。預期通過技術的不斷改進，結實正常的一系雜交稻在生產上大面積應用不會等待太久。