绿色超级稻
绿色超级稻是由中国科学院院士、华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室主任张启发教授提出的概念，指的是在保持高产优质的同时，拥有多种病虫害抗性、肥料高效吸收利用、强抗旱性和抗逆性的转基因水稻新品种。这一概念不仅指代新型水稻品种，也代表着一种新的育种理念和栽培管理模式，旨在实现水稻生产过程中的“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”。
背景
自20世纪60、70年代以来，我国粮食产量经历了两次飞跃，但由于大量半矮秆、耐肥高产作物品种的广泛推广，引发了化肥、农药、水以及劳动力投入的急剧增长，造成了农业生产与资源环境之间的严重冲突。特别是在水稻生产领域，这种矛盾尤其突出。
生产瓶颈
一方面，水稻产量多年来停滞不前，1995年我国水稻单产首次超过400公斤后，产量一直未能显著提升。这主要是因为我国70%以上的中低产田无法满足现有品种对充足水分和高肥力的需求，使得以单产为目标的超级稻品种难以在大范围内发挥其潜在的高产优势。
病虫害问题
另一方面，病虫害对水稻产量的影响不容忽视。我国水稻主要受到稻瘟病、白叶枯病、纹枯病等多种病害，以及稻飞虱、二化螟、三化螟、稻纵卷叶螟等害虫的危害，导致严重的产量损失。近年来，一些原本次要的病害如稻曲病、纹枯病、条纹叶枯病等，随着化肥投入的增加，在水稻生产中的危害日益加重，甚至在部分地区造成了重大损失。当前，我国病虫害治理主要依赖于化学药剂，近二十年来农药用量逐年上升，带来了诸多负面影响，包括害虫抗药性增强、天敌被杀灭、环境污染、食品农药残留等问题。
施肥困境
此外，施肥的增产效果已不如以往显著。研究表明，我国水稻生产中氮肥用量远高于世界其他水稻主产国，但利用率却很低。过度施肥不仅会导致土壤退化、水体富营养化等环境问题，还会加剧农业生产和环境保护之间的矛盾。
水资源限制
水资源也是水稻生产的一大制约因素。我国农业用水占全国总用水量的70%，而水稻用水又占农业用水的70%。我国西北地区长期缺水，华北地区旱灾频发，长江流域和华南稻区的旱灾发生率也在上升。因此，保障水稻乃至整个农业生产的可持续发展，必须在高产优质的基础上，注重资源节约和生态保护。
项目计划
1998年，国家重点基础研究发展计划启动时，李振声院士提出农业科研领域的重要目标之一是为“第二次绿色革命”储备基因资源。2001年，农业部“948”重大专项“参与全球水稻分子育种计划研究”正式开始，期间孕育出了培育兼具抗病、抗虫、抗逆、营养高效、高产、优质等性状的“绿色超级稻”想法。张启发院士在2005年和2007年的文章中阐述了绿色超级稻的理念及其分阶段目标，强调除了追求高产、优质外，还应致力于减少农药、化肥和水的使用，实现资源节约和环境友好。2008年，“为非洲和亚洲资源贫瘠地区培育绿色超级稻”项目获得了比尔和梅琳达·盖茨基金会的支持，成为重要的国际合作项目。2010年，科技部批准了国家863计划重点项目“绿色超级稻新品种培育”，并在2014年继续给予资金支持。华中农业大学牵头，联合国内27家水稻育种和科研院所共同承担该项目，涵盖了国内所有水稻主产区和稻作生态区。绿色超级稻的理念逐渐得到国内外水稻界的认可和实践，有望引领“第二次绿色革命”，为全球粮食安全作出贡献。
研究基础
水稻的产量、品质、氮磷高效、节水抗旱、抗逆、抗病虫等关键绿色性状都是复杂数量性状，传统的育种技术难以有效改善这些性状。然而，水稻功能基因组研究的成果、丰富的种质资源以及新兴育种技术的发展，为高效培育绿色超级稻提供了坚实的基础。近年来，我国科学家在重要农艺性状基因鉴定和功能分析方面取得了显著进展，分离鉴定了包括控制抗病、抗旱、氮磷高效利用、耐盐、品质、产量及相关性状、雄性不育及恢复等功能的关键基因。随着测序技术的进步和成本的下降，我国科学家完成了多项植物的全基因组测序工作，并运用新一代测序技术分析了作物种质资源和重要农艺性状基因调控网络。此外，还开发了基于新一代测序技术的高通量基因型鉴定方法和多种不同通量的育种芯片。这些研究成果、新技术和新方法，正推动着生物技术在作物品种改良中的广泛应用，为水稻育种模式和理念的革新提供有力支持。
发展
绿色超级稻是一种在确保产量和品质基础上，同时具备多种绿色性状的新品种。绿色性状可分为狭义和广义两类。狭义的绿色性状包括对不良环境因素的抗性、氮磷高效利用、土壤逆境耐性和主要水稻病虫害的抗性。广义的绿色性状则涵盖了一系列有利于轻简化和机械化栽培、适应全球气候变化的品种特征，如生态广适性、重金属污染耐性和秸秆易降解能力等。根据不同稻作区域和种植制度对品种生育期和适应性的特殊要求，绿色超级稻的育种目标会有所调整，以培育适合当地生长的绿色超级稻品种，提高品种的产量和资源利用潜力。经过多年的讨论和实践，绿色超级稻的近期育种目标明确，要求新品种在保持与“超级稻”相当的产量潜力的同时，具备高品质、多重病虫抗性、氮磷高效利用和节水抗旱等特点。为了实现这些目标，张启发院士提出了绿色超级稻的育种策略和分阶段目标，包括综合利用各类基因资源，结合分子标记技术、转基因技术、杂交等育种手段，从基因组层面优化组合各种有利基因，培育出能够实现“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”的绿色超级稻品种。尽管绿色超级稻的研发是一项长期且复杂的系统工程，但在育种资源、功能基因鉴定、育种新材料、育种技术、信息平台、栽培技术体系、新品种示范推广和效益评估等方面仍面临巨大挑战。
研究动态成果
围绕“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”的育种理念和目标，我国建立了覆盖全国生态稻作区的分子育种协作网络，重点开展了五大方向的研究：完善绿色超级稻设计育种的理论与技术体系；构建全基因组选择技术平台；聚合绿色性状基因并创新种质；利用优良特性的种质和基因资源培育新品种；建立绿色超级稻高产栽培与管理技术体系。这些努力旨在实现绿色超级稻的大规模推广，促进资源节约、环境友好和可持续发展。基于“水稻功能基因组”重大项目和其他国家级项目的成果，绿色超级稻培育取得了显著进展。通过对5000余份水稻亲本/品种的重测序或芯片数据分析，形成了庞大的种质资源基因指纹数据库。利用核心种质和野生稻资源，构建了适用于不同生态区的优良品种回交导入系材料，从中筛选出了一批具有抗病虫、氮磷高效、抗旱、高产优质等目标性状的导入系。建立了基于高通量基因型分析和芯片技术的水稻全基因组选择技术平台。通过分子标记开发和品种设计，成功将抗病虫、氮磷高效、节水抗旱、高产和优质等绿色性状的新基因转移到高产品种背景中，创造了大量育种材料，并培育出20余个省级或国家审定的品种（组合），还有近70个优良品系正在进行区域试验和绿色超级稻的认定试验。在不同生态区域，建立了多个新品种的百亩展示区和千亩示范片，确立了绿色超级稻栽培技术模式，为绿色超级稻的推广应用做出了积极贡献。截至目前，绿色超级稻新品种推广示范面积已达2000万亩，显著减少了农药和化肥的使用量，降低了人工投入，节约了灌溉用水，产生了显著的社会经济和环境效益。
参考资料
绿色超级稻.澎湃新闻.2024-11-02
绿色超级稻.中国科学院.2024-11-02
绿色超级稻.中国政府网.2024-11-02