水稻綠色生產(chǎn)技術(shù)研究進(jìn)展

何水華 劉 偉 王 怡 薛文俠 張真雨 楊 勇

（中墾種業(yè)股份有限公司，江蘇大豐 224151）

我國(guó)現(xiàn)有水稻面積約3000 萬(wàn)hm2，單產(chǎn)世界第一，總產(chǎn)世界第一，是全球第一次水稻綠色革命源頭，也是雜交水稻的發(fā)源地，資源豐富，文化燦爛。農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展是人類綠色發(fā)展的基礎(chǔ)，是綠色發(fā)展理論在三農(nóng)領(lǐng)域的延伸和應(yīng)用，而水稻綠色發(fā)展則是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的一個(gè)重要分支。綠色發(fā)展是全世界永恒的主題，我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正行進(jìn)在綠色、生態(tài)、安全、健康、可持續(xù)的大道上。目前的作物育種、栽培、植保、土壤環(huán)境都是以綠色為引領(lǐng)，全國(guó)各地在水稻的綠色生產(chǎn)技術(shù)方面都有很多不錯(cuò)的探索。

1 綠色育種技術(shù)：抗逆育種、提質(zhì)增效

1.1 抗病育種抗病育種是最經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的綠色生產(chǎn)方法，水稻的主要病害是稻瘟病，截至2015 年3 月，已至少報(bào)道了69 個(gè)抗稻瘟病位點(diǎn)共84 個(gè)主效基因[1]。從2015 年起，我國(guó)審定的水稻品種抗病水平有了大幅提升，品種審定標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)稻瘟病的抗性要求也越來(lái)越高，最典型的就是江蘇省，對(duì)稻瘟病的抗性要求更高，審定品種和引種備案品種都要求達(dá)到中抗及以上水平，目前生產(chǎn)上大面積應(yīng)用的品種普遍稻瘟病抗性較好，田間發(fā)病較輕。

1.2 抗蟲(chóng)育種抗蟲(chóng)育種是另一個(gè)綠色、高效、環(huán)保的育種路徑，但我國(guó)水稻抗蟲(chóng)育種明顯落后于抗病育種。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張啟發(fā)院士團(tuán)隊(duì)從1997 年開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)基因抗螟蟲(chóng)育種[2]研究，雖已獲得轉(zhuǎn)基因應(yīng)用安全證書，但仍未通過(guò)品種審定。轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)水稻育種的突破，對(duì)控制螟蟲(chóng)危害、減少農(nóng)藥用量、保護(hù)環(huán)境作用巨大，一旦獲準(zhǔn)商業(yè)化推廣，前景十分廣闊。

1.3 抗除草劑育種抗除草劑育種最早起源于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。水稻生產(chǎn)上，草害是影響高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和投入成本的重要因素之一。隨著直播稻面積的持續(xù)擴(kuò)大，草害也越來(lái)越嚴(yán)重，除草劑的應(yīng)用大大減少了勞動(dòng)量，降低了生產(chǎn)成本。其育種原理主要是通過(guò)基因工程的方法轉(zhuǎn)入與除草劑有高親和力的酶，減少除草劑對(duì)水稻內(nèi)部代謝作用的干擾。而通過(guò)誘變技術(shù)獲得抗除草劑水稻在美國(guó)早已應(yīng)用。目前我國(guó)最早審定并大范圍推廣應(yīng)用的抗除草劑水稻品種是天津市水稻研究所的金粳818[3]，已推廣數(shù)年，市場(chǎng)反應(yīng)效果良好，對(duì)下茬作物危害程度很小。

北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院院長(zhǎng)、首席科學(xué)家鄧興旺團(tuán)隊(duì)用EMS 誘導(dǎo)黃華占獲得的抗除草劑突變體潔田稻001 也已獲植物新品種權(quán)保護(hù)。2020 年就有荃優(yōu)潔田1 號(hào)等多個(gè)潔田系列品種通過(guò)審定，這預(yù)示著潔田稻系列品種已經(jīng)成為我國(guó)抗除草劑水稻育種的開(kāi)端。鑒于水稻免耕、直播、機(jī)拋等輕簡(jiǎn)化栽培的廣泛普及，草害越發(fā)嚴(yán)重，因此，抗除草劑水稻的商業(yè)化育種必將引發(fā)又一次水稻育種的綠色革命。

1.4 綠色多抗育種多抗型育種是生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者永恒的追求，也是眾多育種家畢生的夢(mèng)想。隨著全球惡劣極端天氣頻發(fā)，作物生理逆境增多，水稻的生產(chǎn)應(yīng)用上呼喚多抗廣適型品種的出現(xiàn)?？共?、抗蟲(chóng)、抗倒、抗高溫、耐低溫、抗旱、耐漬等多種抗性協(xié)調(diào)統(tǒng)一的育種目標(biāo)和需求，都可以通過(guò)現(xiàn)代科技手段的運(yùn)用而實(shí)現(xiàn)。發(fā)展多抗型水稻育種，不但可以大幅度減少農(nóng)藥、化肥等投入品的消耗，還能夠最大限度地抵御自然風(fēng)險(xiǎn)，降低環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)綠色增效，這不僅是未來(lái)水稻育種的主流方向，更是全球糧食安全的重要保障。

1.5 基因編輯育種基因編輯是近些年來(lái)流行的育種新技術(shù)。育種主要工作就是創(chuàng)造、固定并選擇有利變異，而基因編輯技術(shù)[4]就是一種創(chuàng)新變異的技術(shù)。育種家期望讓一些非有利基因產(chǎn)生有利變異，從而產(chǎn)生他們想要的結(jié)果。目前基因編輯的主效基因主要涉及抗病、抗蟲(chóng)、抗除草劑、品質(zhì)（營(yíng)養(yǎng)、食味、外觀等）和環(huán)境響應(yīng)調(diào)節(jié)因子等方面。隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，將會(huì)有越來(lái)越多的水稻基因被編輯利用，基因編輯水稻品種的審定推廣也必將走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

2 綠色栽培技術(shù)：科學(xué)輕簡(jiǎn)、精確定量

我國(guó)著名的農(nóng)學(xué)家、作物栽培學(xué)家凌啟鴻先生很早就提出“水稻精確定量栽培技術(shù)”理論[5]，即根據(jù)水稻生育規(guī)律用工程技術(shù)的方法，設(shè)計(jì)栽培方案，旨在通過(guò)適當(dāng)減少作業(yè)次數(shù)，在適宜的生育時(shí)期，采用適合的物化技術(shù)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、安全的綜合目標(biāo)，通俗易懂，淺顯易學(xué)。這是我國(guó)水稻栽培理論與技術(shù)上的一次重大突破，有著里程碑式的意義。精確定量栽培技術(shù)的推廣應(yīng)用有利于提高我國(guó)水稻總產(chǎn)量，保障國(guó)家糧食安全，實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效，促進(jìn)水稻產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展。

3 綠色土壤環(huán)境技術(shù)：低碳免耕、秸稈還田

3.1 低碳豐產(chǎn)技術(shù)在我國(guó)長(zhǎng)江流域部分單雙季稻區(qū)，一直存在著稻田溫室氣體排放高、水肥藥利用率低、土壤養(yǎng)分比例失調(diào)、極端氣候頻發(fā)、產(chǎn)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。為此，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位以降低稻田溫室氣體排放、提高水肥藥利用率、平衡土壤養(yǎng)分、穩(wěn)定水稻產(chǎn)能為目標(biāo)，創(chuàng)新提出了壟作免耕、氮肥減量施用、控灌增氧、秸稈資源化、病蟲(chóng)草害綠色防控減藥等綠色低碳豐產(chǎn)栽培技術(shù)，在當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

3.2 秸稈還田技術(shù)低碳稻作技術(shù)一直是栽培學(xué)重點(diǎn)研究方向。水稻秸稈還田主要有淺旋還田、深翻還田和腐熟還田等。應(yīng)堅(jiān)持秸稈農(nóng)用資源化、肥料化，利用秸稈原位快速腐熟技術(shù)，開(kāi)發(fā)液態(tài)秸稈腐熟劑，使秸稈腐熟劑與粉碎后的秸稈及土壤在土地翻耕時(shí)均勻混合，實(shí)現(xiàn)快速腐解、簡(jiǎn)單易操作、節(jié)省成本、殺滅病蟲(chóng)。還應(yīng)堅(jiān)持農(nóng)機(jī)農(nóng)藝緊密結(jié)合，針對(duì)目前生產(chǎn)中的留茬高、粉碎率低、翻埋淺等問(wèn)題，改進(jìn)農(nóng)機(jī)裝配工藝，提高農(nóng)機(jī)應(yīng)用水平，更好地服務(wù)于綠色高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

低碳稻作技術(shù)的推廣與應(yīng)用，為提高長(zhǎng)江流域水稻的豐產(chǎn)豐收，增強(qiáng)地方品牌稻米的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力打下了良好的基礎(chǔ)，提供了可復(fù)制的技術(shù)保障。

4 綠色基因技術(shù)：資源挖掘、氮素利用

化肥的過(guò)量施用，不僅對(duì)空氣、土壤和水體造成污染，也給農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)巨大環(huán)境壓力。長(zhǎng)期高肥下的育種導(dǎo)致一些重要基因資源的丟失，以致主栽水稻品種肥料利用效率普遍較低。

中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)利用全基因組關(guān)聯(lián)分析結(jié)合多重組學(xué)技術(shù)鑒定到一個(gè)水稻氮高效基因OsTCP19[6]。研究團(tuán)隊(duì)將OsTCP19-H導(dǎo)入現(xiàn)代水稻品種，在減氮水平下可以提高氮肥利用效率近30%，表明該基因在農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展領(lǐng)域有重要應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《自然》雜志，氮高效基因的挖掘克隆利用將產(chǎn)生劃時(shí)代的意義。

5 綠色植保技術(shù)：生物防治、種養(yǎng)循環(huán)

部分地區(qū)圍繞水稻綠色生產(chǎn)，提質(zhì)增效，實(shí)現(xiàn)生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)。利用稻蝦共養(yǎng)、稻鴨共作、稻魚共生等技術(shù)，在不改變稻田使用功能的基礎(chǔ)上，減少稻田肥料施用量，養(yǎng)好魚、蝦、鴨，種好稻。政府同時(shí)通過(guò)財(cái)政資金引導(dǎo)，以綠色高質(zhì)高效創(chuàng)建千畝示范片和萬(wàn)畝示范方為抓手，以點(diǎn)帶面，以片促面，真正實(shí)現(xiàn)水稻綠色生態(tài)發(fā)展。另外，輪作也可以減少農(nóng)藥的施用量，降低防治成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

生物防控技術(shù)[7]方面已較為成熟。以蟲(chóng)治蟲(chóng)技術(shù)：利用有益昆蟲(chóng)和人工釋放的昆蟲(chóng)來(lái)控制害蟲(chóng)的危害，如寄生性天敵寄生蜂、寄生蠅，捕食性天敵瓢蟲(chóng)、蜘蛛等。以菌治蟲(chóng)技術(shù)：利用自然界微生物來(lái)消滅害蟲(chóng)，如蘇云金桿菌、白僵菌、綠僵菌、顆粒體病毒等。以菌治菌技術(shù)：利用微生物在代謝中產(chǎn)生的抗生素來(lái)消滅病菌，有赤霉素、春雷霉素、阿維菌素等生物抗生素農(nóng)藥已廣泛應(yīng)用。性信息素治蟲(chóng)技術(shù)：利用同類昆蟲(chóng)的雌性激素來(lái)誘殺害蟲(chóng)的雄蟲(chóng)，如性誘劑等。

綠色高產(chǎn)水稻的栽培注重生物防治、綠色防控，少打農(nóng)藥、少施化肥，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。人們對(duì)于綠色的期許就是高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、好看、好吃、安全、賣價(jià)高，這也是今后我國(guó)水稻栽培技術(shù)研究的主要方向。

6 綠色未來(lái)技術(shù)：生物技術(shù)、低碳安全

綠色低碳是全球農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向，水稻生產(chǎn)技術(shù)將以高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、抗病抗逆、綠色優(yōu)質(zhì)、安全高效為主流。全世界都將加快選育綠色品種，集成綠色模式，強(qiáng)化綠色生產(chǎn)，推廣綠色服務(wù)，著力推動(dòng)農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈綠色發(fā)展，全面實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保、安全、高效目標(biāo)。

如今的生物技術(shù)手段已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，科研人員在常規(guī)手段的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的基因編輯、分子標(biāo)記、基因轉(zhuǎn)化等手段，聚合多種優(yōu)良性狀，使抗性、產(chǎn)量、品質(zhì)齊頭并進(jìn)。同時(shí)深入探究多維組學(xué)，積極研發(fā)更高效、更精準(zhǔn)的新型生物技術(shù)，提高我國(guó)水稻的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，取得中國(guó)水稻事業(yè)的跨越式突破！