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旱稻,稻作研究的新方向


□ 孙波 陶梅

  水稻源于亚洲,现已在全球一百多个国家和地区种植,稻米成为全球一半以上人口的主食。为了解决人类的吃饭问题,以袁隆平为首的中国科学家从1964年起开展水稻杂种优势利用研究,历经卜年的艰苦努力,终于通过“三系法”于1973年育成了世界上第一个杂交水稻组合。近年来,科研人员又在超级杂交水稻研究领域取得了重大技术突破,已育成一批超级杂交水稻组合,大面积产量潜力达12-15吨/公顷(1公顷-10000平方米)。目前,中国已经建立了以分子技术与常规育种手段相结合的现代高效水稻育种技术创新体系,随着水稻杂种优势利用技术在中国和很多稻米生产国的迅速推广,杂交水稻发挥了显著的增产作用,成为解决世界粮食安全问题的一条有效途径。

  2011年国内水稻总产量已接近2亿吨。据科研人员预计,至2030年,我国稻谷的年需求量将达2.56亿~2.72亿吨,也就是说,要比现在增产6000万吨左右。要挖掘稻谷增产的潜力,不外乎扩大种植面积和提高单位面积产量两种途径。然而,据推测,到2030年,我国的耕地面积将减少600万公顷。未来一段时期内,耕地的减少将成为制约我国粮食生产最重要和最基础的因素。不仅如此,由于水稻生产过程中的水资源消耗特别巨大,我国现有的水资源现状也难以支撑传统水稻的进一步发展。我国是全球13个贫水国家之一,人均水资源占有量仅2100吨,约为世界人均水资源占有量的1/4,每年因缺水造成的经济损失逾2000亿元。目前我国农业用水占总用水量的80%,其中,水稻用水量占农业用水的70%。

  早稻又称“陆稻”,是栽培稻中的一个特殊类型,是一种既古老又新兴的适于旱地(包括土质深厚的平地、坡耕地、果园和菜园等)直播和旱管的作物,其种植和管理方式与小麦相似。早稻具有较强的耐干旱性,在热带、亚热带地区的东南亚、西非、南美洲以及我国的云南、海南等地,早稻一般不需灌溉。但是在温带与我国北方,因早稻生长季节的降雨量偏少,干旱频发且持续时间较长,需灌溉2-3次。早稻单位面积的耗水量只有水稻的20%,特别适合于干旱和丘陵低山地区。早稻的耐瘠性也强于水稻,它需氮肥量较少,苗期生长速度快、生长势旺盛,对土壤缺铁、缺锌或铝锰毒害等多重障碍不太敏感,因而产量稳定。早稻某些品种耐盐碱性较强,在pH值(酸碱度)为9的土壤中仍生长良好。由此可见,利用旱地发展高产早稻,应成为维护国家粮食安全的新选择。

  关于早稻的起源目前有两种意见:一种意见认为早稻是由野生稻演化成水稻,再由水稻逐渐适应旱生条件而演化成的。另一种意见认为早稻与水稻有着共同的直接祖先——生长在沼泽水塘边的野生稻。后来,一部分野生稻“下水”成为水稻,另一部分则“上岸”成为旱稻。

  那么,早稻对于旱生条件有什么样的适应机制呢?首先,世界各地种植早稻时均有抢在雨前播种的做法,使早稻的水分最敏感期——抽穗扬花期——与当地的常年易受早期错开。因此,利用某些特定熟期(如早熟)的品种可以避开产地的旱害。其次,旱稻不仅根系发达,具有根系分布深、密度大、根量大、吸收面积大、冠比较大和根系活力强等特点,而且输导能力较强,有着优良的集水吸肥能力。第三,早稻的叶片有较强的保水能力,即叶片细胞小型化、叶型变小和气孔阻力大,以减小水分的蒸腾作用。同时,早稻叶片的机械强度大、弹性较好,对雨滴能起到很强的分散和消力作用。第四,在干旱条件下,当稻株体内的水势降低到一定程度时,早稻可通过细胞的生物化学变化、渗透压调节和酶活性变化等措施来减少生理障碍。此外,早稻的株型一般较矮,可以在一定程度上增强其抵御干旱的能力。

  种植早稻还可以带来一些意外的生态效益。旱稻粗壮的根系在土壤中纵横交错、穿插,极为发达,能深入到地下十多米深,可使土块之间的结合更为紧密,效果胜过普通杂草。而且,早稻的地上部分生长迅速,进入分蘖期后,其郁闭度可达70%以上,开始发挥出较好的水土保持能力,直到收获。早稻田里, 上有高郁闭度的冠层可抵御雨水对地面的击溅,下有网状根系可围堵径流,早稻实在是一种不可多得的水保作物。

  目前,世界早稻种植总面积约1400万公顷,占栽培稻总面积的11%,主要分布在亚洲、拉丁美洲和非洲。其中,亚洲早稻种植面积为900方公顷,约占世界早稻种植面积的2/3,主要分布在南亚和东南亚。世界早稻种质资源绝大部分集中分布于我国的云南和印度的阿萨姆邦以及近东南亚山地。我国旱稻栽培历史悠久、地区分布广、各地环境条件和栽培制度不同,因而地方品种类型也相当丰富,有籼、粳、糯和早、中、迟之分,又有這宜洼地、坡地和高原地区的不同品种。

  国外一些早稻主要生产国家以及国际水稻研究所(IRRI)、国际热带农业研究中心(CIAT)和西非水稻发展协会(WARDA)等国际机构一直十分重视旱稻品种的选育。IRRI从1973年起开展早稻的研究,并组建了国际旱稻观察评价圃(IURON)和国际早稻产量评价圃(IURYN),在全球范围内对早稻资源进行多年多点评价。1991-1999年,IURON在全球共发放和评价了757份早稻种质,其中多个品种已被世界各国命名为早稻新品种并加以推广,或被广泛用作杂交亲本。CIAT、巴西、马达加斯加、法国等国家或国际机构采用轮回选择方法对早稻品种进行改良,在产量和抗病方面取得了突破。从1992年开始,巴西政府赠送的巴西早稻(IAPAR-9)先后在我国的北京、天津、河北、河南、山东、陕西、山西、辽宁等地开展引种、试种。1999年,在严重干旱的情况下,北京的巴西旱稻单产达到3.6吨/公顷,综合性状表现较好。WARDA在亚洲栽培稻和非洲栽培稻的种间杂交中取得了不错的成绩,主要利用非洲栽培稻的耐瘠性、抗稻瘟病等性状来改良早稻品种。

  尽管我国的早稻种植历史悠久,但品种选育工作远远落后于水稻的育种进程。尽管水稻的平均亩产已逾500千克,早稻的亩产量却长期徘徊在100多千克,相关研究直到最近几年才取得突破。2003年,由上海农业生物基因中心培育的我国第一个节水早稻品种“中旱3号”通过国家审定,现已大面积种植。该品种不但比普通水稻节水至少50%,而且米质和产量都与水稻相近:即使在严重缺水的环境里,也有200-300千克的稳定亩产。

  我国海拔低于300米的低丘陵地有8900万公顷、旱地有7866万公顷,若有1/10的丘陵和1/3的旱地播种早稻,早稻的种植面积即可达3512万公顷,以单产4500千克/公顷计,可增收稻谷1.58吨。目前,我国早稻种植面积仅占稻作总面积的1%,由此叮见,早稻在我国具有很大的发展空间,是未来稻作研究的新方向。

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摘自:大自然 2012年第06期  
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