水稻是世界上最主要的粮食作物之一。20世纪后半叶，以“杂交水稻之父”袁隆平院士为标志，我国水稻育种曾取得举世瞩目的成就，之后多年面临着高产徘徊的局面。
9月24日、25日，2016年全国多倍体生物育种学术研讨会将在湖北大学图书馆思睿厅举行。本次论坛的主题是“多倍体生物育种与创新”，聚焦植物远缘杂交和多倍体育种领域原创思想和最新成果，交流多倍体生物育种研发现状，商讨中国多倍体生物育种研发战略、发展方向及应用前景，筹建多倍体生物育种战略联盟。以此推进多倍体生物育种，引领新的绿色革命，促进“武汉·中国种都”的建设。
本次论坛由湖北大学、武汉市农科院主办，武汉市农业委员会协办，武汉多倍体生物科技有限公司、湖北大学生命科学院、武汉市农科院作物所承办，武汉农学会、武汉市农业科技创新联盟等机构给予论坛大力支持，一大批国内多倍体生物育种领域的顶尖专家应邀与会。本报谨将部分专家报告摘登如下，以飨读者。
袁隆平
▲
▲
谢华安
▲
▲
朱英国
▲
▲
“超级稻”下一个目标
单产17吨/公顷
中国工程院院士、国家杂交水稻工程技术研究中心
明恢63连续16年
蝉联中国面积最大良种
红莲型杂交水稻
应用前景广泛
多倍体研发将重新奠定
中国水稻大国地位
博鳌亚洲论坛研究院执行副院长 杨希雨
多倍体水稻育种技术，是一种原创育种新途径，也是当今世界农业科技领域一个重要的竞争新课题，它的研发与推广，将开辟一条水稻大规模增产新路径。这不仅具有中国市场意义，而且必将对全球农产品市场的供给与需求格局，产生深远的结构性影响。加快研发并大规模推广多倍体水稻新品种，不仅将改变我国粮食供给日益依赖外部市场的局面，而且还将重新奠定我国作为世界优质、安全水稻大国的地位。
武汉多倍体生物科技有限公司在袁隆平院士、谢华安院士、朱英国院士的指导下，由公司首席科学家蔡得田教授领导的研究团队，历经十多年试验开发，使这一具有开创性的农科新技术逐步走向成熟。
这次在武汉召开的全国多倍体生物育种学术研讨会，必将进一步促进多倍体水稻技术研发的成熟和大规模推广，对这一新技术转化为实实在在的生产力，具有重要意义，预祝会议取得圆满成功。
高校引领核心科技发展的有效探索
湖北大学
近年来，湖北大学积极贯彻落实创新驱动发展战略，在服务地方经济社会发展方面进行了有效探索，取得了系列成果，产生了较大的社会效益。特别是在水稻新品种选育、电子材料与元器件、软件工程、固体废弃物利用、旅游资源开发与规划等领域开展科技成果转化与产业化。其中，多倍体水稻研究开辟了一条水稻育种的新途径，相关专利成果以技术入股方式成立公司，加快了技术研究和成果转化速度，得到各级领导、专家的重视和关注。
国务院领导就多倍体水稻研究作出重要批示，农业部、科技部多次组织专家论证支持多倍体水稻研发。武汉市领导多次进行专题调研，明确表示大力支持多倍体水稻研究。此次多倍体生物育种学术研讨会的召开，将会推动多倍体水稻研究的深入发展。
农业科技创新的突破性成果
武汉市农科院
近年来，武汉市农科院突出创新特色，拓展创新领域，形成了9大科技创新团队、22个优势学科，构建了涵盖蔬菜、农学、林果、畜牧、水产、农机、农业信息、规划设计、农业环境和发展研究等领域的都市农业科技创新体系。在科技创新、三农服务、成果转化方面都取得了显著成效。“十三五”开局之年，为进一步加强对武汉都市农业发展的科技支撑作用，武汉市农科院在发挥传统优势的同时也在围绕全市重点产业布局积极开展相关工作。
围绕“中国种都”建设，武汉农科院组织承办的“武汉种业博览会”，从种业全产业链对接互动都市农业发展、新型职业农民培训等多个层面，社会影响力显著。为进一步抓好市委市政府对多倍体水稻研发这一重大原创成果的研发推进力度，武汉市农科院与湖北大学做好协同创新，也加大了农科院内对多倍体研发工作的支持力度。2016年7月组建了“武汉市多倍体水稻研发中心”， 积极承担各级政府委托的科研项目，开展多倍体水稻新品种研究与创新，开展多倍体水稻理论体系研究及多倍体水稻品种推广应用。
目前，“武汉市多倍体水稻研发中心”5000平方米高标准科研实验大楼即将投入使用。
为满足全国人民21世纪吃饱饭的需求，农业部于1996年立项超级杂交稻育种计划。该计划共分四期。第一期：1996-2000年， 700公斤/亩，即10.5吨/公顷；第二期：2001-2005年， 800公斤/亩，即12吨/公顷；第三期：2006-2015年， 900公斤/亩，即13.5吨/公顷；第四期：2013-2020年，1000公斤/亩，即15吨/公顷。
2000年，我们育成了几个超级杂交稻先锋组合，其产量达到了农业部制定的“中国超级稻”计划第一期亩产700公斤的指标；指标为大面积示范900公斤/亩的第三期超级杂交稻，于2012年实现；第四期超级杂交稻于2014年取得突破，在湖南溆浦县百亩片亩产达1026.7公斤（15.4吨/公顷）。随后，已启动第五期超级杂交稻育种攻关，建议指标为16吨/公顷，即1067公斤/亩，计划于2020年前实现。2015年有5个示范片亩产达到1000公斤，多次打破当地水稻高产历史新纪录。
稻谷产量=生物学产量X收获指数。目前，半矮秆品种收获指数（HI）已非常高了，一般在0.55左右。进一步提高收获指数已相当有限。下一步要提高水稻产量，主要依赖提高生物学产量。
追求农作物高产、高产、更高产是一个永恒的主题。水稻仍有很大的增产潜力，我们的下一个目标是在两到三年内使水稻单产达到17吨/公顷。超级杂交稻前景光明，它将为世界粮食安全与人类和平做出杰出贡献！
中科院院士、福建省农业科学院教授
我国粮食需求在较长时期内将保持增长，人口总量将持续增加，国内耕地资源日益减少，人均收入水平将持续增长，以及膳食结构变化都将增加粮食需求。
科技进步是农业发展的根本动力 。
20世纪50～60年代，广东省籼稻矮化育种使稻谷的单产增加了20%～30%，给水稻生产带来了第一次突破性飞跃。20世纪70年代，三系杂交稻的问世使稻谷的单产在矮化育种的基础上又上了一个台阶，使稻谷产量增加了20%。
矮化育种和籼型杂交稻的三系配套是现代水稻育种史上两个重要的里程碑，使我国的水稻育种水平继续在世界上保持领先地位。
明恢63是我国恢复系选育中遗传贡献最大的亲本。1990-2010年，全国以明恢63作为恢复系选育的亲本，育成了543个恢复系，占我国选育所有恢复系总数的65%-70%； 明恢63衍生的恢复系配组了922个杂交稻良种通过省级以上品种审定，其中167个良种通过了国家品种审定。
明恢63配制的杂交稻良种从1986-2001年连续16年一直是中国种植面积最大的水稻良种，用地理远缘的水稻品种IR30（菲律宾国际水稻研究所）与圭630（南美洲的圭亚那）杂交，进行优良性状的互补和基因的重组，集抗稻瘟病、恢复力强、恢复谱广、配合力高、适应性广、米质优、制种产量高于一体的恢复系。
中国工程院院士、武汉大学教授
世界人口将从2011年的70亿增加到2050年的92亿，意味着粮食需要增产40%以上才能解决饥饿，粮食安全问题日趋严重。
近几年来，我国水稻单产徘徊不前。如何培育大面积平衡增产、稳产的杂交稻新品种将是未来发展关键问题之一。
杂交水稻占水稻种植面积的55%，产量占水稻总产的66%，是水稻增产的主要方式；从1976 年起，我国大规模种植杂交水稻，截至2010 年累计种植4亿公顷，增产稻谷超过5亿吨，为世界粮食安全做出了历史性的贡献。
杂交水稻发展面临新挑战：我国农村社会和经济格局正发生剧烈变化，农业正面临着“谁来种，怎么种好杂交稻”的问题；杂交水稻品种难以满足市场需求和适应生产变化，基础研究薄弱，杂种优势研究未取得新突破，可供利用的重要农艺性状的基因数目少；我国杂交水稻育种与经营的商业化体系有待完善，种业安全存在隐患。
红莲型杂交水稻细胞质来源于野生稻，配子体不育，二核期败育，是杂交水稻的新类型，被国际公认为三大细胞质类型之一，具有产量高，米质优，氮肥利用率高，繁殖、制种产量高，综合农艺性状好，耐高温。
红莲型杂交稻在我国南方稻作区大面积推广，获得湖北省2013年度科技进步特等奖，在越南、印尼等东南亚国家也表现优异，生产上大面积种植，具有广阔的国际市场前景。
普通小麦是典型的异源六倍体，在形态、生理和抗逆性方面较二倍体祖先种和异源四倍体小麦具有明显的特征和特性。根毛负责吸收土壤中的水分和矿质营养来维持地上部的正常生命活动，但是小麦多倍化过程中根毛性状变异的研究迄今尚未报道。
我们首先以不同倍性小麦为材料研究发现，异源六倍体小麦根毛长度优势源自异源四倍化形成的四倍体小麦，在随后的进化过程中将其稳定遗传并最终得以保留。其次，我们发现根系特异表达基因TaRSL4的表达水平与不同倍性小麦的根毛长度呈显著正相关，其中多倍体小麦中来自A基因组转录水平最高，并且超表达TaRSL4-A的小麦转基因株系根毛长度较野生型明显增长。在此基础上，测定了184份普通小麦品种（系）的根毛长度，结合90K SNP芯片信息进行了全基因组关联分析，最显著关联的两个位点在6A染色体上，解释7％的表型变异。最后，通过营养胁迫处理实验证实多倍体小麦和TaRSL4-A的转基因株系根毛长度增加提高了其对营养物质的吸收，进而有利于地上部生长。
多倍体小麦根毛变异的新发现
湖北武汉引领水稻新革命
近10亿人在挨饿，世界粮食短缺危机需要在2030年前增产50%。可是，有可能大幅增产的途径中，超级稻育种已进入高产平缓期，新选品种与对照品种间难以增产5%；将玉米、高粱等C4基因转入水稻提高净光合作用水平的努力尚未获得突破。
2001年，我和袁隆平等专家提出的“利用远缘杂交和多倍体双重优势选育超级稻”是原创性育种新途径，具有成倍增产的潜力。经过17年研究，武汉多倍体水稻研发团队已获得7项发明专利授权，4项申请发明专利；建立五大技术体系。利用核心专利“具有多倍体减数分裂稳定性基因的多倍体水稻选育及鉴测方法”，选育的两个高结实PMeS品系解决了多倍体水稻育种结实率低的瓶颈问题，使多倍体水稻育种成为新绿色革命的推动者，一批特色的、高产多倍体水稻品种将首先在中国出现，以湖北—武汉为核心，扩展全国，影响世界，使多倍体水稻引领新绿色革命的宏愿即将成为现实。
中国农业大学农学院、
农业生物技术
国家重点实验室
▲
▲
倪中福
▲
▲
蔡得田
湖北大学生命科学
学院教授、
武汉多倍体生物科技公司
首席科学家
▲
据权威机构预测，到2025年全球人口将达85亿，饥饿人口达34亿，粮食缺口有8亿吨。而人口和粮食问题又主要集中在以水稻为首要口粮作物的亚非发展中国家和地区，因此稻谷产量对中国和世界粮食安全具有十分重要的战略意义。
水稻同源四倍体因细胞遗传学原因导致其结实率差，因而很难直接应用于生产实际。1996年我们水稻课题组的专家开始了攻关探索，研究发现水稻同源四倍体杂种普遍存在超亲优势和比较优势，其杂种F1的结实率显著提高，其中部分水稻同源四倍体F1的结实率可以达到或接近生产应用要求的80%-85%，初步显现出很大的增产潜力。
至今，成都生物所创制出同源四倍体水稻新材料40多种、选系300个，雄性不育系及保持系4套，恢复系8份，成功实现水稻同源四倍体三系配套，相关研究通过了四川省科技成果鉴定，发表相关学术论文20篇，并获授权专利1项。
水稻产量的新方案
新型四倍体水稻蕴含巨大增产潜力
▲
同源四倍体水稻是一种重要的种质资源，蕴含着巨大的增产潜力。然而，由于同源四倍体水稻亚种间杂种F1存在育性偏低的问题，使其在农业生产上难以直接应用。
我们经多年的努力选育出具有较高雌雄配子育性、性状优良的新型四倍体水稻品系华多1162。对其农艺性状进行调查发现，华多1162的穗长、单穗总粒数、单穗实粒数、千粒重、谷粒长、谷粒宽和结实率分别为25.04cm、103.38粒、83.56 粒, 43.44g、 9.54mm、 4.04mm 和 81.58%，农艺性状优良。华多1162的四价体数目高于亲本，但染色体的构型较亲本更对称，后期更易形成2/2分离。
利用华多1162与不同结实率的同源四倍体水稻配制多个杂交组合，通过亲本、F1代的10个性状相互比较，进行杂种优势分析，结果表明，华多1162所组配的杂种一代表现出明显的群体平均杂种优势和群体超亲优势，具有广泛的杂种优势，以上这些结果说明新型四倍体水稻华多1162的高育性是可以遗传的，其具有较高的研究和利用价值。
中国科学院
成都生物研究所
▲
▲
涂升斌
▲
▲
刘向东
华南农业大学
▲
袁隆平院士的学术思路为我国杂交水稻育种和水稻遗传改良研究指明了正确的发展方向。根据水稻遗传改良的研究现状，研究者目前至少需要对3个问题进行深思，即原始亚种间水稻杂种优势的利用问题、稻属植物物种间杂种优势的利用问题和一系法固定水稻杂种优势的问题。对这些问题的研究有待于从多倍体水稻中寻找突破口。
在多倍体水稻研究中需要突破的技术瓶颈主要有3项，即在多倍体水稻种质资源的诱导中如何克服随机性而达到定向诱导；如何确定不同类型的多倍体水稻在生殖发育上的特征特性；如何克服多倍体水稻之间有性杂交的生殖障碍和提高异交结实率。
多倍体水稻研发要突破三大技术瓶颈
六倍体油菜研究取得可喜进展
▲
芸苔属植物有AA、BB、CC三个二倍体基本种，其中仅在AA（B. rapa）物种中驯化培育出油菜，即白菜型油菜。三个二倍体种相互杂交、加倍，进化出三个异源四倍体物种（B. napus, AACC; B. juncea, AABB; B. carinata, BBCC）。在三个四倍体种中均驯化培育出油菜类型，其中B. napus因其优质高产而在世界各油菜主产国广泛种植，我们称之为甘蓝型油菜。自然界尚无更高倍数性的芸苔属植物。
中国、澳大利亚、德国和印度等国先后以各种途径开展了人工合成芸苔属六倍体（AABBCC）的工作，试图培育出更高产的油菜新物种。这些研究均取得了可喜的进展，但尚需对这些六倍体在遗传稳定性和农艺性状上作进一步的改进。为了能够创造和培育出有实用性的六倍体油菜及其他类型，我们提出了一套常规育种基因组改良相结合的技术路线。
文图：周韧 詹海波 陈龙
▲
▲
郑州大学离子束生物工程
重点实验室
▲
▲
黄群策
▲
▲
孟金陵
华中农业大学
