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世界粮食产业发展现状及中国超级稻研究进展与前景

来源： 成都市农林科学院作物所              发布日期： 2009-12-07

一、粮食产业现状
1、世界形势
人口在增加
世界：
1995年，52亿，中国占21.4%
2000年，60亿（联合国人口基金会）
2010年，68亿（IRRI）
2030年，81亿，中国将占19.4%（FAO）
中国：
1992年，12亿（年出生率11‰）
2000年，12.95亿（国家人口普查办）
2005年，13.0亿
2030年，16亿（Word Watch Institute）

耕地在减少
世界：
1990年，32亿ha，其中50%为良田，可养活80亿人
2000年，28亿ha，可养活70亿人（WWI）
2025年，20亿ha，可养活50亿人（WWI）
农田沙化、盐碱化进程：400～500万ha/年
中国：
1999年，19.51亿亩
2000年，减少了560万亩（农业部）
水土流失面积：367万平方公里
草原退化速度：1000万亩/年
养活一人所需耕地面积：
美国：0.9ha（13.5亩）
中国：0.1ha（1.5亩，2003年减至1.1亩）
世界平均： 0.4ha（6.0亩）

水资源严重短缺
全球水资源总量13.9万亿立方米，淡水约占3%，可利用淡水占0.36%
80个国家为干旱或半干旱国家，占世界总人口的40%

中国淡水资源总量：2.8万亿m3
人均占有量：2300m3 ，是世界的1/4，美国的 1/6，前苏联的1/8，是13个贫水国之一
16个省区人均水资源占有量低于严重缺水标准
国际标准：1000m3/人为生存线
粮食增长速度日趋缓慢

世界：
1981年，     16亿吨
1991年，     19亿吨
1997年，     21亿吨
2002年，     20.3亿吨
2003年，     20.1亿吨
2030年，     需增加50%
中国：
1981年，     3.25亿吨，    人均326公斤
1991年，     4.35亿吨，    人均393公斤
1999年，     5.74亿吨，    人均444公斤
2002年，     4.1亿吨，     人均316公斤
2003年，     4.3亿吨，     人均330公斤       2030年，     需增加55%

饥饿危机与日俱增
全世界低收入缺粮国：88个
（1996年罗马世界粮食安全首脑会议）
面临粮食危机的国家：31个
长期处于饥饿状态的人口：8亿
人类正面临着在较少的土地上，利用有限的淡水资源，生产出更多粮食的挑战。

农业生态环境日益恶化
温室效应：CO2排放量增加，预计2020年达到340亿吨
气候变暖：未来100年平均气温可能上升1.4～5.8 ℃
专家预测：温度升高1 ℃，作物减产17%
IRRI报道：IRRI本部过去5年温度升高了1 ℃，水稻减产10%
我国：专家结论：到2050年，平均气温上升2.2  ℃，到世纪末，气温升高2.8～6.5  ℃
大气污染：臭氧空洞形成，辐射量增加，作物减产；
酸雨增加，环境酸化趋势明显，对作物损害严重；
水污染：年全球排放污水4.2千亿立方米污水，污染5.5万立方米淡水；预计未来25—30年，全球污水排量将增加14倍；
农药、化肥污染：90—2002年，全球农药贸易量增加40%，70—80年，化肥贸易量增加68%；水体富营养化和农药残留；
我国：5.3万公里主要江河调查，污染超标的占33.5%，不能用于灌溉的有1.28万公里，2400公里河段鱼虾绝迹。
后果：中国少儿性成熟提早。

土壤污染：
据有关统计：
我国受大工业三废污染的耕地400万公顷；
受乡镇企业污染的有187万公顷；
受镉污染的土壤1.33万公顷；
受汞污染的土壤3.2万公顷；
受氟污染的土壤67万公顷；
农药严重污染的土壤0.13万公顷。
土地使用不当造成次生盐渍化和潜育化：
盐碱化耕地667万公顷；
潜育化严重耕地0.11万公顷。

我国粮食安全整体形势
人口到2030年达到16亿
粮食总需求量为6.0－6.4亿t
人均耕地由1.5亩下降到１．３９亩，仅为世界人均水平的三成左右
成都市粮油生产现状
水稻:种植面积340万亩左右，比历史最高值减少了200多万亩。平均单产526公斤（2007）
油菜:成都市常年油菜种植面积130万亩左右，2001年油菜种植面积最大，达144.7万亩。平均单产145公斤（2007） 。
小麦:2005年播种面积262万亩，比2000年减少了100万亩左右。2008年全市小麦种植面积下降到151万亩 。单产302公斤 （2008）。
马铃薯:2007年种植面积达到了78万多亩 。1500公斤/亩
成都市粮油生产面临主要问题
面积和总产大幅下滑
生产资料、人工费等上涨过快，种粮比较效益低
农村劳动力缺乏
生产上缺乏突破性品种和轻简栽培技术
产业化程度低
稳定粮油生产意义
国家粮食安全战略的需要
是成都现代农业的重要内容
2、水稻在粮食生产中的重要性

水稻 —— 世界上最重要的粮食作物之一
常年收获面积1.55亿ha，
小麦2.15亿 ha，
玉米1.40亿 ha，
居三大作物的第二位
稻米 —— 亚洲人最主要的口粮
世界产稻国114个，年产水稻6亿吨，90％产自亚洲

中国——亚洲最主要的稻米生产和消费国
常年收获面积约4亿亩，占世界水稻面积
的20％，仅次于印度而居第二位
常年产量为1.9亿吨左右，占世界稻谷总产
量的31.8％，高于印度而居世界之冠
千方百计地提高水稻产量，对于解决本世纪16亿中国人粮食安全和稳定亚洲社会意义重大。
二、水稻生产潜力分析
1、估算水稻生产潜力的理论依据
水稻生长季节平均全天太阳辐射量
有效生理辐射所占比率
叶片反射损失率
光合器官吸收率
光能转化率
呼吸消耗率
产量形成期
每公斤稻谷所含能量
经济系数
2、水稻的理论生产潜力
袁隆平估算（光能利用率2.5% ）：
早稻：       15t/ha            （1000kg/亩）
中稻：       22-23t/ha   （1467-1533 kg/亩）
晚稻：       17t/ha            （1133kg/亩）
高亮之估算（光能利用率2.9- 3.5%）：
东北稻区：18.8-22.5t/ha（1250-1500 kg/亩）
西北稻区：19.5-26.6t/ha（1300-1775 kg/亩）
西南稻区：16.1-21t/ha  （1075-1400 kg/亩）
华中稻区：19.5-21t/ha  （1300-1400 kg/亩）
华南稻区：19.5-21t/ha  （1300-1400 kg/亩）
吉田昌一的估算：
热带一季稻：   15.9t/ha（1060kg/亩）
温带一季稻：   18t/ha  （1200kg/亩）
村田的估算：
日本一季粳稻：29.5t/ha（1963kg/亩）
理论上水稻产量还有较大的潜力可以挖掘。
3、各国水稻的现实生产力
（1）主要国家水稻 现实生产力（2003年）
国家和地区         平均产量（kg/ha）         面积（万ha）
世界平均           3916（261.1kg/亩）        14714
中国               6266（417.7kg/亩）        2818
日本               6582（438.8kg/亩）        168.8
印度               2915（194.3kg/亩）        4000
韩国               6315（421.0kg/亩）        105.3
泰国               2597（173.1kg/亩）        999.0
美国               7370（491.3kg/亩）        129.8
埃及               9141（609.4kg/亩）        61.2
澳大利亚           8500（566.7kg/亩）        15.0
（2）水稻小面积最高产量纪录
马达加斯加:                 21t/ha
日本:                       12.2t/ha                       (常规稻)
IRRI:                       13t/ha                         (常规稻)
中国云南永胜：              17.1t/ha                       (常规稻)
17.9t/ha                       (杂交稻)
中国沈阳:                   13.2t/ha                       (常规稻)
12.5t/ha                       (常规稻)
中国湖南:                   13.6t/ha                       (杂交中稻)
11.7t/ha                       (杂交晚稻)
通过科技进步拉近现实生产力与理论生产潜力的距离，是实现水稻产量大幅度提高的根本途径.
三、超级稻育种
21世纪水稻单产新突破的希望
1、什么是超级稻
水稻超高产育种/新株型稻/超级稻
Breeding Rice for Super High Yield/
New Plant Type/Super Rice
超级稻的类型:
常规超级稻
超级杂交稻
两系超级杂交稻
三系超级杂交稻
2、超级稻的指标
日本：10t/ha或+50%（糙米，约合稻谷12.5吨/ha）
IRRI: 13-15t/ha或+20-25%（稻谷）
中国农业部的目标：
一期目标，2000年：
早稻，    9.75t/ha或+15%以上   (杂交稻)
中稻，    10.5t/ha或+15%以上   (杂交稻)
晚稻，    9.75t/ha或+15%以上   (杂交稻)
北方粳稻，9.75t/ha或+15%以上   (常规稻)
二期目标，2005年：
早稻，    11.25t/ha或+30%以上  (杂交稻)
中稻，    12.0t/ha或+30%以上   (杂交稻)
晚稻，    11.25t/ha或+30%以上  (杂交稻)
北方粳稻，12t/ha或+30%以上     (常规稻)
中国科技部（863计划目标）：
长江流域：     早稻，10t/ha    (杂交稻)
中稻，12.5t/ha  (杂交稻)
晚稻，10.5t/ha  (杂交稻)
华南稻区：     早稻，12t/ha    (杂交稻)
晚稻，12t/ha    (杂交稻)
北方稻区：           13t/ha    (杂交稻)
常规稻： 比对照增产5-8%，米质达到国标一级，其中早籼稻米质达到国标二级。
3、超级稻育种的理论基础
（1）  IRRI的新株型（ NPT）
NPT的设计
低分蘖力，直播种植每株3-4穗
无无效分蘖
每穗200-350粒
株高90-100厘米
茎秆强壮
根系活力强
对病虫害综合抗性好
生育期110-130天
产量潜力13-15吨/公顷

NPT特点：少蘖、大穗、高收获指数
技术路线：温带粳稻与热带粳稻杂交（粳爪交）
代表品种：IR68552-100-1
最近的修正：适当增加分蘖
（2） 袁隆平的两系亚种间超级杂交稻
株型改良/提高杂种优势水平/利用来自野生稻的有利基因/高冠层、低穗位、大穗型
Tall canopy
Lower panicle position
Bigger panicle size

株型设计：
叶长 - 可增加叶面积
叶直 - 有利于两面受光
叶窄 - 在LAI较大时，少占空间
叶厚 - 功能强，不易早衰
叶V字型 - 使叶片挺直
穗重 - 5克左右
穗数 - 300穗/m2
技术路线：  籼粳亚种间杂种优势利用
代表品种：  两优培九，P64S/E32

（3） 沈阳农业大学的理想株型与优势利用相结合
基本理论与技术路线
利用籼粳稻亚远缘或地理远缘杂交创造新株型和强优势
通过回交或复交聚合有利基因，优化性状组配，使理想株型与优势相结合
选育超级稻新品种或新组合
株型设计：
株高95-105厘米
移栽种植15-18个穗/丛
每穗150-200粒左右
穗型直立/半直立
根系活力强
抗病虫
生育期155-160天
收获指数0.55～0.60
产量潜力12-15t/ha

种质创新：籼粳稻亚远缘或地理远缘杂交创造新株型
籼粳稻杂交F2的疯狂
分离是创造新株型和
强优势的基础
特点：
明确提出了超级稻育种必须使理想株型与优势相结合，即形态与机能兼顾把直立大穗型纳入株型设计生物产量与经济系数并重

（4） 其他理论
黄耀祥：半矮秆深根丛生早长超高产株型模式
周开达：三系法亚种间重穗型超级杂交稻
（5） 超级稻育种理论的共性
重塑株型
利用亚种间杂交产生的强优势
理想株型与优势利用相结合

（7） 技术路线的共性
利用籼粳稻亚远缘杂交
利用地理远缘杂交

4 、新株型优异种质创新及超级稻育种实践
沈阳农业大学创制出“沈农89366”、“沈农9660”、“ 沈农 9836”等优异种质。

国家杂交稻工程技术中心等单位也育成了P64S、E32、9308、9311等。

1997年，第一代直立大穗型超级稻“沈农265” 在沈阳培育成功。
1999年，育成了两系超杂交稻“两优培九”和三系超级杂交稻“协优9308”。

2000年，第一代广适型耐热超级稻组合“II优7号” 在四川培育成功。
2001年，育成了三系超级杂交稻“II优602”。

自1996年超级稻正式立项以来，已经育成的超级稻新品种新组合12个，包括“沈农265”、“II优7号”、“两优培九” 、“协优9308” 等。
北方超级粳稻试种示范获得成功
沈阳农大选育的超级稻品种验收产量


沈农265在盘锦示范
四、发展趋势
1、必要性
发展超级稻是确保我国粮食特别是“口粮”安全的需要
民以食为天/食以稻为先/30%的面积/40%的产量
发展超级稻是促进农业结构战略性调整的需要
解决人增地减的矛盾/为其它农业产业提供用地空间
发展超级稻是提高水稻综合生产能力，增加农民收入的需要

2、可能性
充分的理论准备
雄厚的种质积累
正确的技术路线
一大批热心于超级稻事业的研究队伍
3、国家的重视
被纳入2005年国家农村工作会议和1号文件
科技入户工程的主推品种/超级稻的推广
2005年农业部主导品种和主推技术的重点
2005-2010年农业部“中国超级稻研究与推广规划”
指导思想——主推一期/深化二期/探索三期
基本原则——高产优质并重/良种良法配套/科研、示范、推广一体化
总体目标——“6236”工程，6年时间/20个品种/30%面 积/每亩增产60公斤
国家重大工程技术专项预选项目
农作物超级种的培育/农业生物工程/千亿水效工程

中国超级稻研究将以其杰出的成就，为新世纪中国人粮食安全和稳定亚洲社会做出贡献。
作物遗传育种面临的挑战：
作物育种面临三大挑战：
提高综合生产能力，保障食物安全；
随着城市化水平的提高，土地减少是必然趋势，人口仍将增加近期不可逆转；量的问题必然是我国在将来相当长的时间内必然存在的问题；高产更高产的超高产育种也是我们必须坚持的主要育种方向之一。
全面提高农产品质量，增强国内外市场竞争力；
我国主要作物的内在质量和外观品质与国内相比，还存在相当差距，因此优质专用育种是近期的主要育种方向之一。
降本增量，提高效益；
面对频繁的自然灾害和生物胁迫，为降低生产成本和保证食物安全，以生物胁迫和非生物胁迫为主要育种目标的产量安全性育种必将成为主要的育种方向之一。
作物遗传育种的发展动态：
发展动态：
优良基因的供体来源更加广泛：由于生物技术的进步，传统上的资源是基因供体的来源的概念得以外延，基因供体来源由传统育种上以品种间为主，逐步延伸到亚种间、种间、属间甚至更远，抗虫Bt基因在作物育种上得到较为广泛的应用就是一例。
育种目标更加多样化和综合化：一方面更高层次上的品质、产量和多抗的有机结合成为主要育种目标，另一方面，以富功能化为特点功能品种培育、以加工专用为特点的专用化育种和抗各种非生物胁迫育种成为育种的新的发展点。如Gold Rice的研究；低重金属吸收品种的选育。
作物遗传育种的研究动态：
发展动态：
育种技术更加先进有效：生物技术与常规育种技术结合，使新品种选育逐步由表型选择向基因型选择、由形态特征选择向生理特征选择、由大田选择向实验室和大田结合选择转变。选择效率提高，育种的预见性增强。如正在讨论中的分子设计育种。
杂交化育种成为作物育种的重要途径：已实现杂种优势利用的且技术较为完善的作物如三系水稻、玉米等以更一步提高优势水平、实现优质化为重要方向；以实现了优势利用而技术不完善的作物如两系水稻、小麦、棉花等以继续完善其技术为主要发展方向。
作物遗传育种的研究动态：
发展动态：
育繁推一体化加快：以商业为目的的育种正在兴起，育种的市场化趋势已十分明显，育种投入的多元化已具雏型。
十一五的发展重点：
培育产量、品质、多抗性在更高层次上结合的“超级”新组合，鉴于在适合于高产地区和高肥条件下的超级品种培育已取得突破性进展，如水稻上已育成了12个超级稻品种，下一步的重点在熟期配套、适合于中低产地区的广适型超级品种培育。
优质专用和功能化育种成为育种新的发展点，全世界用稻米作为原料的加工产品已达3500种，稻米及其副产物具有巨大的加工潜力，培育优质、专用稻对迎接入世带来的挑战具有战略意义。
面对众多的生物和非生物环境胁迫，以产量安全性为主要目标的育种必将走向育种的前台。