綠色超級稻是由中國科學院院士、華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室主任張啟發教授提出的概念，指的是在保持高產優質的同時，擁有多種病蟲害抗性、肥料高效吸收利用、強抗旱性和抗逆性的轉基因水稻新品種。這一概念不僅指代新型水稻品種，也代表著一種新的育種理念和栽培管理模式，旨在實現水稻生產過程中的“少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產”。
背景
自20世紀60、70年代以來，我國糧食產量經歷了兩次飛躍，但由于大量半矮稈、耐肥高產作物品種的廣泛推廣，引發了化肥、農藥、水以及勞動力投入的急劇增長，造成了農業生產與資源環境之間的嚴重沖突。特別是在水稻生產領域，這種矛盾尤其突出。
生產瓶頸
一方面，水稻產量多年來停滯不前，1995年我國水稻單產首次超過400公斤后，產量一直未能顯著提升。這主要是因為我國70%以上的中低產田無法滿足現有品種對充足水分和高肥力的需求，使得以單產為目標的超級稻品種難以在大范圍內發揮其潛在的高產優勢。
病蟲害問題
另一方面，病蟲害對水稻產量的影響不容忽視。我國水稻主要受到稻瘟病、白葉枯病、紋枯病等多種病害，以及稻飛虱、二化螟、三化螟、稻縱卷葉螟等害蟲的危害，導致嚴重的產量損失。近年來，一些原本次要的病害如稻曲病、紋枯病、條紋葉枯病等，隨著化肥投入的增加，在水稻生產中的危害日益加重，甚至在部分地區造成了重大損失。當前，我國病蟲害治理主要依賴于化學藥劑，近二十年來農藥用量逐年上升，帶來了諸多負面影響，包括害蟲抗藥性增強、天敵被殺滅、環境污染、食品農藥殘留等問題。
施肥困境
此外，施肥的增產效果已不如以往顯著。研究表明，我國水稻生產中氮肥用量遠高于世界其他水稻主產國，但利用率卻很低。過度施肥不僅會導致土壤退化、水體富營養化等環境問題，還會加劇農業生產和環境保護之間的矛盾。
水資源限制
水資源也是水稻生產的一大制約因素。我國農業用水占全國總用水量的70%，而水稻用水又占農業用水的70%。我國西北地區長期缺水，華北地區旱災頻發，長江流域和華南稻區的旱災發生率也在上升。因此，保障水稻乃至整個農業生產的可持續發展，必須在高產優質的基礎上，注重資源節約和生態保護。
項目計劃
1998年，國家重點基礎研究發展計劃啟動時，李振聲院士提出農業科研領域的重要目標之一是為“第二次綠色革命”儲備基因資源。2001年，農業部“948”重大專項“參與全球水稻分子育種計劃研究”正式開始，期間孕育出了培育兼具抗病、抗蟲、抗逆、營養高效、高產、優質等性狀的“綠色超級稻”想法。張啟發院士在2005年和2007年的文章中闡述了綠色超級稻的理念及其分階段目標，強調除了追求高產、優質外，還應致力于減少農藥、化肥和水的使用，實現資源節約和環境友好。2008年，“為非洲和亞洲資源貧瘠地區培育綠色超級稻”項目獲得了比爾和梅琳達·蓋茨基金會的支持，成為重要的國際合作項目。2010年，科技部批準了國家863計劃重點項目“綠色超級稻新品種培育”，并在2014年繼續給予資金支持。華中農業大學牽頭，聯合國內27家水稻育種和科研院所共同承擔該項目，涵蓋了國內所有水稻主產區和稻作生態區。綠色超級稻的理念逐漸得到國內外水稻界的認可和實踐，有望引領“第二次綠色革命”，為全球糧食安全作出貢獻。
研究基礎
水稻的產量、品質、氮磷高效、節水抗旱、抗逆、抗病蟲等關鍵綠色性狀都是復雜數量性狀，傳統的育種技術難以有效改善這些性狀。然而，水稻功能基因組研究的成果、豐富的種質資源以及新興育種技術的發展，為高效培育綠色超級稻提供了堅實的基礎。近年來，我國科學家在重要農藝性狀基因鑒定和功能分析方面取得了顯著進展，分離鑒定了包括控制抗病、抗旱、氮磷高效利用、耐鹽、品質、產量及相關性狀、雄性不育及恢復等功能的關鍵基因。隨著測序技術的進步和成本的下降，我國科學家完成了多項植物的全基因組測序工作，并運用新一代測序技術分析了作物種質資源和重要農藝性狀基因調控網絡。此外，還開發了基于新一代測序技術的高通量基因型鑒定方法和多種不同通量的育種芯片。這些研究成果、新技術和新方法，正推動著生物技術在作物品種改良中的廣泛應用，為水稻育種模式和理念的革新提供有力支持。
發展
綠色超級稻是一種在確保產量和品質基礎上，同時具備多種綠色性狀的新品種。綠色性狀可分為狹義和廣義兩類。狹義的綠色性狀包括對不良環境因素的抗性、氮磷高效利用、土壤逆境耐性和主要水稻病蟲害的抗性。廣義的綠色性狀則涵蓋了一系列有利于輕簡化和機械化栽培、適應全球氣候變化的品種特征，如生態廣適性、重金屬污染耐性和秸稈易降解能力等。根據不同稻作區域和種植制度對品種生育期和適應性的特殊要求，綠色超級稻的育種目標會有所調整，以培育適合當地生長的綠色超級稻品種，提高品種的產量和資源利用潛力。經過多年的討論和實踐，綠色超級稻的近期育種目標明確，要求新品種在保持與“超級稻”相當的產量潛力的同時，具備高品質、多重病蟲抗性、氮磷高效利用和節水抗旱等特點。為了實現這些目標，張啟發院士提出了綠色超級稻的育種策略和分階段目標，包括綜合利用各類基因資源，結合分子標記技術、轉基因技術、雜交等育種手段，從基因組層面優化組合各種有利基因，培育出能夠實現“少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產”的綠色超級稻品種。盡管綠色超級稻的研發是一項長期且復雜的系統工程，但在育種資源、功能基因鑒定、育種新材料、育種技術、信息平臺、栽培技術體系、新品種示范推廣和效益評估等方面仍面臨巨大挑戰。
研究動態成果
圍繞“少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產”的育種理念和目標，我國建立了覆蓋全國生態稻作區的分子育種協作網絡，重點開展了五大方向的研究：完善綠色超級稻設計育種的理論與技術體系；構建全基因組選擇技術平臺；聚合綠色性狀基因并創新種質；利用優良特性的種質和基因資源培育新品種；建立綠色超級稻高產栽培與管理技術體系。這些努力旨在實現綠色超級稻的大規模推廣，促進資源節約、環境友好和可持續發展?；凇八竟δ芑蚪M”重大項目和其他國家級項目的成果，綠色超級稻培育取得了顯著進展。通過對5000余份水稻親本/品種的重測序或芯片數據分析，形成了龐大的種質資源基因指紋數據庫。利用核心種質和野生稻資源，構建了適用于不同生態區的優良品種回交導入系材料，從中篩選出了一批具有抗病蟲、氮磷高效、抗旱、高產優質等目標性狀的導入系。建立了基于高通量基因型分析和芯片技術的水稻全基因組選擇技術平臺。通過分子標記開發和品種設計，成功將抗病蟲、氮磷高效、節水抗旱、高產和優質等綠色性狀的新基因轉移到高產品種背景中，創造了大量育種材料，并培育出20余個省級或國家審定的品種（組合），還有近70個優良品系正在進行區域試驗和綠色超級稻的認定試驗。在不同生態區域，建立了多個新品種的百畝展示區和千畝示范片，確立了綠色超級稻栽培技術模式，為綠色超級稻的推廣應用做出了積極貢獻。截至目前，綠色超級稻新品種推廣示范面積已達2000萬畝，顯著減少了農藥和化肥的使用量，降低了人工投入，節約了灌溉用水，產生了顯著的社會經濟和環境效益。
參考資料 >
綠色超級稻.澎湃新聞.2024-11-02
綠色超級稻.中國科學院.2024-11-02
綠色超級稻.中國政府網.2024-11-02