信陽市雜交水稻抗病蟲育種存在的問題及其對策

摘 要 雜交水稻是我國糧食生產的主力軍，其抗病蟲性直接影響我國糧食的產量水平和種植可持續性。為提高河南省信陽市乃至全國雜交水稻抗病蟲育種水平，以信陽市雜交水稻種植現狀和主要病蟲害為切入點，分析了其當前雜交水稻抗病蟲育種中存在的抗源種質資源相對單一、抗性遺傳基礎研究滯后、抗性鑒定評價手段落后及育種理論模式和技術陳舊等問題，并提出挖掘創新優良抗源種質、加強抗源基因系統研究、加大抗性評價和分子檢測力度及集成多學科理論創新技術等對策。

關鍵詞 雜交水稻；抗病蟲育種；河南省信陽市

中圖分類號：S511 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.23.024

信陽市位于河南省南部，處于鄂豫皖三省交界處，屬亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，光照充足，雨量適中，日照時間長，無霜期在220～230 d，可為水稻生長發育提供有利的自然環境。信陽市是全國重要的優質稻米產區之一。2023年，該市水稻種植面積約84.18萬hm2，糧食總產量581.76萬t。雜交水稻因其顯著的種植優勢在信陽市大面積推廣種植，占據了水稻生產的主導地位。然而，稻瘟病、紋枯病、稻飛虱等病蟲害的嚴重危害制約了信陽市雜交水稻單位面積產量水平和穩產能力的進一步提高。加強雜交水稻抗病蟲育種，培育具有廣譜持久抗性的優異品種，對維護信陽市乃至豫南地區傳統優質米產區聲譽、促進水稻綠色高產高效生產、實現良性循環農業發展具有十分重要的現實意義。

1" 雜交水稻種植概況

信陽市地處河南省南部，地理位置優越，氣候條件適宜，是我國重要的雜交水稻生產基地之一。近年來，信陽市大力推廣應用雜交水稻，種植面積持續擴大。2022年，信陽市雜交水稻種植面積達到10萬hm2，占該市水稻種植總面積的80%以上，主要種植的雜交組合有汕優63、岳優103、中優63等，涵蓋了不同類型的雜交稻品種[1]。其中，汕優63仍是信陽市種植面積最大的品種，占比約30%。由于良好的生態環境和先進的栽培模式，信陽市雜交水稻平均667 m2產量保持在600 kg左右，遠高于國家平均水平，為確保我國糧食安全做出了重要貢獻。然而，病蟲害危害日益嚴重，抑制了水稻產量的進一步提高，抗病蟲育種工作迫在眉睫。

2" 雜交水稻病蟲害情況及危害

信陽市雜交水稻生產面臨著嚴峻的病蟲害風險。稻瘟病、紋枯病等主要病害和稻飛虱、稻縱卷葉螟等危險蟲害頻發，給當地雜交水稻生產帶來了巨大威脅。稻瘟病會導致雜交水稻葉片和穗部出現病斑，影響光合作用和籽粒灌漿。紋枯病主要侵染雜交水稻莖稈部位，使植株分蘗力和抗倒伏能力下降，病情加重的話會導致水稻嚴重減產。稻飛虱為主要蟲害，集群吸食會造成雜交水稻大面積絕收，還能傳播多種病毒病。稻縱卷葉螟屬小型蛾類，幼蟲吐絲卷葉為害，抑制雜交水稻分蘗和灌漿。信陽市的氣候環境和種植模式為這些主要病蟲害的發生流行提供了有利條件，加之大面積連片種植，疫情一旦暴發，防治難度大、成本高、風險高。然而，當地主要種植的雜交水稻品種缺乏有效抗性，防治手段單一且效果有限，給雜交水稻生產帶來嚴重風險。因此，從源頭培育抗病蟲水稻品種是解決此困境的關鍵，對保障信陽市實現雜交水稻可持續生產至關重要。

3" 雜交水稻抗病蟲育種面臨的主要問題

3.1" 抗源種質資源相對單一

抗源種質資源匱乏，一直是信陽市雜交水稻抗病蟲育種的主要瓶頸之一。長期重視商業化育種，忽視抗源基因的創新，導致目前信陽市可利用的抗源種質庫相對單一。大量推廣應用的品種所攜帶的抗性基因來源于少數幾個熱點抗源，遺傳背景單一化趨勢明顯。這不僅增加了抗性基因喪失的風險，也限制了后續育種的發展空間。對于一些重大病蟲害，信陽市尚未發掘到優異的抗性基因[2]。以稻瘟病為例，雖然已經鑒定到多個抗性基因，但都存在不同程度的缺陷，如抗性水平不夠、效果不穩定、抗譜窄等，難以滿足廣適性和持久性的育種需求。對于紋枯病、飛虱等病蟲害，更缺乏理想的抗源。此外，野生稻和一些非常規種質雖然蘊藏豐富的抗性基因，但由于種間或屬間隔離，這些優異基因難以被有效利用。抗源挖掘的窄化和單一化已成為信陽市雜交水稻抗病蟲育種的關鍵瓶頸，需要通過多種手段加以突破，從根本上扭轉被動局面。

3.2" 抗性遺傳基礎研究滯后

抗性遺傳基礎研究的滯后極大地制約了信陽市雜交水稻抗病蟲育種的發展。由于種質復雜、抗性基因多數為質量性狀，水稻抗病蟲機理研究進展緩慢。例如，對主要病蟲害的遺傳調控網絡的理解還停留在表面層次，很多關鍵基因及其作用機制仍是一個“黑箱”。缺乏對抗性基因遺傳調控網絡的深入認知，就難以準確評估種質的抗性潛能，并針對性地利用優異基因開展分子育種。對抗性遺傳本質的不了解，也制約了抗源創新的深度和廣度，很多非常規種質中潛在的抗性資源無法被充分挖掘利用。同時，缺乏高效鑒定分子標記，在很大程度上限制了分子輔助育種的推廣應用。由于對抗性分子標記的開發質量把控不足，很多標記缺乏穩定性和可移植性，應用價值較低。這就使育種工作難以高效開展，大量的精力被耗費在傳統的人工鑒定和表型選擇上，整體育種效率不高。

3.3" 抗性鑒定評價手段落后

當前，信陽市對種質抗性水平的評價主要依賴人工接種鑒定，這種傳統方法不僅費時費力，而且受人為主觀因素影響很大，結果的可靠性和重復性較差。對于某些病蟲害，由于缺乏高效的人工誘導手段，評價工作更是陷入被動。以稻瘟病為例，目前廣泛使用的評價方法是在人工氣候箱內對植株進行離體接種，這種方式對誘導條件的控制要求極為苛刻，評價效率低下。而對于稻飛虱等害蟲，更缺乏成熟可靠的評價體系。此外，育種實踐中經常會遇到不同地點、不同年份評價結果出現明顯分化的情況，給抗性鑒定帶來很大困擾，影響了種質資源的準確判讀和高效利用。評價方法的主觀性和局限性，制約了信陽市雜交水稻抗性種質的快速發掘和高效鑒選，是育種工作中無法回避的難題。

3.4" 育種理論模式和技術陳舊

陳舊的育種理論模式和技術路線嚴重制約了信陽市雜交水稻抗病蟲育種的發展。目前，信陽市育種工作過于依賴傳統的單體選擇模式，忽視了分子育種等現代育種理念的應用。這種傳統路線效率低下、周期漫長，難以滿足當前對雜交水稻優良品種的迫切需求。同時，分子育種技術在抗性育種中的應用遠遠滯后于其他作物。分子標記輔助選擇（Marker-Assisted Selection，MAS）、基因組選擇（Genomic Selection，GS）等前沿技術應用有限，基因組編輯等新興技術則幾乎還處于空白[3]。信陽市在育種親本的分子設計、新型分子育種群體的構建、分子標記的高效利用等方面，與國際先進水平相比都存在較大差距。此外，抗性育種對基因組學、生物信息學等交叉學科的需求越來越迫切，但這些領域的研究在信陽市起步較晚，應用程度較低，制約了抗性育種的多學科交叉融合發展。由于理論模式和技術路線的落后，一些具有重大應用前景的創新成果很難在實際育種中得到充分的轉化和應用。

4" 對策建議

4.1" 挖掘創新優良抗源種質

加強抗源種質挖掘創新將是信陽市突破雜交水稻抗病蟲育種瓶頸的關鍵一環。信陽市應充分利用當地豐富的水稻遺傳資源，系統評價和深度挖掘具有抗性潛力的種質資源，發掘新型優異抗源。同時，要重視對外省資源的引進利用，整合全國乃至全球范圍內的優異抗源種質，為育種工作提供多元化的遺傳基礎。在常規種質利用的基礎上，信陽市還應加大對野生稻、旱育種質等非傳統抗源材料的關注力度[4]。這些遺傳背景復雜、性狀多樣的種質往往隱藏著一些新奇獨特的抗性基因，是發掘創新抗源基因的寶貴遺傳資源庫。通過產學研用相結合，系統挖掘這些材料中的抗源基因，信陽市將有望實現抗性基因的重大突破。除了上位種質外，信陽市應重視利用現代生物技術手段，通過基因編輯、基因組設計等途徑創制全新的抗性基因型。同時，加強對抗性基因的發掘和克隆，是解析抗性機理、精準利用抗源基因的前提條件。只有從多層次、多途徑入手，信陽市才能真正構建起抗源基因庫，為培育優異抗性品種奠定堅實的種質基礎。

4.2" 加強抗源基因系統研究

信陽市應重視對重大病蟲害的抗性基因及其作用機理開展系統解析，深入闡明其遺傳調控網絡和分子調節機制，為精準利用抗源基因奠定基礎。在此基礎上，信陽市還需要加大對新型抗源基因的發掘，不斷豐富抗源基因庫。對于那些在傳統種質中難以發掘的理想抗源，可嘗試對野生稻或遠緣種進行全基因組關聯分析，尋找潛在的候選基因；也可通過新技術手段，如基因組編輯、合成生物學等，從根本上重塑新型抗源基因。同時，應重視抗性相關分子標記的研發和應用。通過對抗源基因進行深入解析，開發高效可靠的功能標記，為分子標記輔助選擇奠定基礎。此外，要注重抗性標記在分子育種中的實際應用，建立起以標記輔助選擇為核心的現代化育種流程，助力高效培育優異抗性品種。只有從源頭上加強對抗源基因的系統性研究，信陽市才能真正掌握抗性遺傳的本質規律，開創性地拓展抗源基因庫，并在此基礎上構建高效的分子育種體系，從根本上提升雜交水稻抗病蟲育種的科學性和前瞻性，為實現育種目標的突破貢獻力量。

4.3" 加大抗性評價和分子檢測力度

加大抗性評價和分子檢測力度，是信陽市提升雜交水稻抗病蟲育種效率的關鍵環節。針對現有人工鑒定方法的不足，信陽市急需開發建立一批高效、精準、可控的新型評價體系，提高抗性鑒定的客觀性和重復性。以稻瘟病為例，可借助現代生物技術手段，構建誘導體系更加可控的新型接種評價平臺，實現對誘導條件的精準調控，從而確保評價結果的一致性和可靠性。對于那些難以人工誘導的病蟲害，則應開發利用高分辨率的分子標記進行間接評價，規避評價環節的被動局面。同時，信陽市應重視分子評價手段的研發應用，充分發揮分子標記在育種過程中的輔助作用[5]。通過開發一批高效、特異、多態性強的功能分子標記，提高種質抗性鑒定的準確性和高通量性。這不僅有助于抗源基因的快速分子鑒定，也將推動MAS等前沿技術在實際育種中的廣泛應用，提高育種精度和效率。同時，加強對抗性相關代謝組學和蛋白質組學等分子調控網絡的分析研究，從分子水平上揭示抗性的形成機制，為開發創新的分子評價策略提供理論支撐。

4.4 集成多學科理論創新技術

集成多學科理論和創新技術是信陽市加快雜交水稻抗病蟲育種現代化進程的必由之路。抗性育種已逐漸發展成為一個系統工程，需要基因組學、生物信息學、分子生物學等多個學科的理論和技術支撐。因此，信陽市需要加強多學科交叉融合，推動理論模式和技術路線整體創新升級。在理論層面，要積極吸納基因組學、系統生物學等先進理念，構建起適應現代抗性育種需求的新型育種模型。例如，基于抗源基因組學信息，通過基因組設計和分子育種設計等手段，精準規劃育種過程，實現對抗性基因的高效利用。同時，借助人工智能等新興技術，開展抗性育種的智能化設計，提高育種質量和效率。在技術層面，信陽市要大力推廣GS、分子模擬育種等前沿分子育種技術在抗性育種中的應用，實現從經驗主義育種向精準分子設計育種的戰略轉型。同時，要積極布局基因組編輯等新興生物技術的創新應用，開辟抗源基因創制和改良的新路徑。此外，信陽市需要加強抗性育種與基因組學、蛋白質組學等學科的深度融合，發掘多組學數據所蘊含的抗性調控規律，為建立新型分子評價體系提供系統理論支持。

5" 結語

信陽市雜交水稻抗病蟲育種面臨著種質資源單一、遺傳基礎研究滯后、鑒定評價手段落后、理論模式和技術陳舊等嚴峻挑戰。加強雜交水稻抗病蟲育種對提高當地水稻產量、保障糧食安全、促進農業可持續發展意義重大。因此，信陽市應該系統挖掘創新優良抗源種質、加強抗源基因系統研究、加大抗性評價和分子檢測力度及集成多學科理論與創新技術，全面提升水稻抗性育種的基礎理論和現代技術水平。通過實施綜合舉措，必將為培育出具有持久廣譜抗性的優質雜交水稻品種奠定堅實基礎，從根本上解決信陽市當前抗病蟲育種面臨的瓶頸，引領信陽市雜交水稻產業行穩致遠。

參考文獻：

[1] 張翔，康圣好，張奎，等.科技創新視域下雜交水稻育種技術的創新與發展[J].鄉村科技，2023，14（7）：94-97.

[2] 趙健，尹合興，朱承祺，等.中國水稻百年育種的一些標志性品種[J].中國稻米，2022，28（5）：66-73.

[3] 劉定富，應繼鋒.雜交水稻育種的新賽道[J].中國種業，2022（2）：13-18.

[4] 張現偉，李經勇，唐永群，等.雜交水稻新組合的測配取穗方法[Z].重慶：重慶市農業科學院，2021-04-30.

[5] 謝華安.雜交水稻抗病蟲育種實踐與思考[J].中國稻米，2020，26（1）：1-5.

（責任編輯：張春雨）