经过近万年的人工选择，人类把粮食作物驯化成了一年生栽培种。水稻在经历了矮化育种

导语：

　　经过近万年的人工选择，人类把粮食作物驯化成了一年生栽培种。水稻在经历了矮化育种(第一次绿色革命)和杂种优势利用(第二次绿色革命)后，单产和品质有了很大的提高，但即便如此，种植水稻的比较效益依然低下。概括起来，一年生稻作生产方式存在种子投入量大、劳动力和农机具投入大、水土流失加剧、土壤结构破坏和养分失衡等社会经济和生态环境问题。如果能够创制出像果树、甘蔗一样的稻作新类型，即多年生稻，就可以种植一次，连续收获多年。自第二年(季)起，不需要犁田耙田、买种育秧、移栽等生产过程，中间只需和水稻一样的田间管理，可以极大地减少稻作生产环节，实现稻作生产轻简化，进而节本增效，提高种粮效益。

　　我们常说的水稻，即亚洲栽培稻，经过近万年驯化和人工选择，是没有多年生性的，因此，寻找具有多年生性的种质资源成了创制多年生稻的关键因素。地下茎是许多植物实现无性繁殖和维持多年生的重要器官，是培育多年生作物的重要供体。稻属有22个野生种，其中的长雄野生稻因具有地下茎无性繁殖特性且与水稻具有相同的AA基因组，因而被看作是培育多年生稻的理想。但在实践过程中，长雄野生稻与栽培稻间存在严重的种间生殖隔离，如杂交幼胚致死、杂种不育等，极大地限制了长雄野生稻包括多年生性等有利性状(基因)向栽培稻转移的进程。

　　国内最早开展这项研究的当属四川农科院的李勤修研究员，他于1977年将柳州野生稻和栽培稻的后代与长雄野生稻继续杂交，获得了具有地下茎的杂交一代植株，期望继续选育出宿根杂交稻并实现"一次制种无性繁殖用多年"的目标，但经过20年的努力并未成功，高产与越冬性不能兼顾，很难培育出高产的宿根稻。1996年，云南省农业科学院粮食作物研究所的陶大云研究员开展了大量的栽培稻与长雄野生稻种间远缘杂交研究，其中一个杂交组合，母本为泰国水稻研究中心的品种RD23(泰国主栽的优质稻品种)，父本为来自尼日尔的长雄野生稻，在授粉后3天，通过幼胚挽救技术成功获得了具有部分育性、地下茎发达的杂交一代植株。云南大学胡凤益团队基于这一杂交组合继续进行多年生稻艰辛的创制研究工作，直到2018年才成功审定了第一个多年生稻品种“多年生稻23”，距离成功配制这一种间杂交组合已过去整整22年。实际上，研究团队之前想象的多年生稻应该是像长雄野生稻那样具有非常发达的地下茎，同时稻穗又像栽培稻那么结实。经过几年的实践，研究人员发现这基本无法实现且没有生产意义。如果地下茎发达，多年生性极强，那么籽粒结实率就会显著下降，也就无法获得高产。实践中遇到无法克服的困难，根源还在于基础理论的薄弱，因此，研究转向了基础理论。通过大量细致的研究，研究团队发现了两个显性互补基因控制长雄野生稻地下茎发生的遗传规律;第一次测序并组装了长雄野生稻基因组，解析了长雄野生稻地下茎遗传网络。这些研究结果为多年生稻创制提供了遗传理论基础。在育种方法方面，基于基础理论的研究结果，研究人员通过长期艰苦的探索与实践，发明了“利用长雄野生稻地下茎无性繁殖特性培育多年生稻的方法”，构建了成熟稳定且高效的多年生稻育种技术体系。在品种创制方面，研究团队通过筛选携带长雄野生稻多年生性不同遗传位点组合的，克服了种间远缘杂交存在的杂种不育等野生种质资源利用普遍存在的问题，按照现代栽培稻的标准，经过12代连续自交、长达20余年的选育，育成了13份多年生稻候选品系，最终筛选出PR23、PR24、PR25、PR101、PR107等5个多年生稻品系。在全国农业技术推广服务中心的组织下，从2017年起，多年生稻在云南12个州市的76个县市区累计种植20多万亩，在河南、湖南、广西、贵州等省区，及在“一带一路”倡议沿线的缅甸、泰国、鸟干达、科特迪瓦等国家进行试种，收益可观。

　　多年生稻创制了以“免耕”和“越冬”为核心的颠覆性多年生稻轻简化生产技术，生产方式分为“一种两收”和“一种多收”两种模式，在受到越冬期低温影响的稻桩无法越冬的双季稻区，可以布局“一种两收”模式。而在具备越冬条件的双季稻区，可以布局“一种多收”模式，实现一种多收。根据团队连续多年的试种研究，目前培育的多年生稻品种连续种植4年8季，平均产量(6.8吨/公顷)与一年生稻产量(6.7吨/公顷)相当，但在第5年起由于杂草等问题，产量开始大幅度下降，需要重新种植。与一年生稻生产方式相比，多年生稻自第二季不再需要买种、育秧、犁田、耙田和插秧等生产环节，每季每公顷节约劳动力68至77人次，节约生产投入46.8%至51%。这不仅有利于提高农民收入，更有助于保障国家粮食安全。基于免耕生产方式，多年生稻播种一次持续收获多年，改善了稻田耕层土壤结构，培肥土壤，其土壤有机质和全氮每年分别以0.95吨/公顷和0.11吨/公顷的速率增加，从而有利于生态保护。尤其是在我国南方小规模梯田稻区，由于不用重复犁田、耙田，从而减少用水次数和用水量，能够减少水资源投入，防止水土流失(减少土壤扰动)，保护生态安全。