Гибридный рис — это тип азиатского риса , который был скрещен из двух очень разных родительских сортов. [1] Как и другие типы гибридов , гибридный рис обычно демонстрирует гетерозис или «гибридную силу», поэтому при выращивании в тех же условиях, что и сопоставимые чистопородные сорта риса , он может давать на 30% больше урожая . [2] Для производства гибридных семян в больших количествах чистопородный стерильный сорт риса оплодотворяют плодородной пыльцой другого сорта. Высокоурожайные культуры , включая гибридный рис, являются одним из важнейших инструментов борьбы с мировыми продовольственными кризисами .
Гибридизация уже давно используется для выведения новых сортов риса, таких как IR8 . Использование гетерозиса в гибридных семенах первого поколения (F1) хорошо известно, но в этих случаях семена F1 производятся только в небольшом количестве. Первая научная работа о применении гетерозиса в производстве риса была опубликована в 1926 году, [3] но его применение в производстве риса было ограничено из-за самоопыляющейся природы риса. В 1974 году китайские ученые успешно перенесли ген мужской стерильности из дикого риса , чтобы создать генетическую линию цитоплазматической мужской стерильности (CMS) и гибридную комбинацию. [4] Это был первый случай, когда гибридные семена F1 использовались для крупномасштабной посадки. Первое поколение гибридных сортов риса представляло собой трехлинейные гибриды и давало урожайность, которая была примерно на 15–20 процентов выше, чем у улучшенных или высокоурожайных сортов той же продолжительности роста.
Китайский ученый Юань Лунпин (1930–2021), известный как «Отец гибридного риса», [5] является одним из самых известных исследователей гибридного риса. В 1960-х годах он сделал свое основополагающее открытие генетической основы гетерозиса у риса. Это было уникальное открытие, поскольку ранее считалось, что гетерозис невозможен для самоопыляющихся культур, таких как рис. [6]
Другой китайский агроном, Ли Чжэнъю , разработал гибридный рис типа Дянь и был пионером в исследовании высокогорного гибридного риса. Он опубликовал книгу «Гибридный рис типа Дянь» ( китайский :滇型杂交水稻). [7] [8]
В Китае гибридный рис, по оценкам, выращивается на более чем 50% рисовых полей, и считается, что он помог стране увеличить ежегодные урожаи риса, которые являются одними из самых высоких в Азии . Гибридный рис также выращивается во многих других важных странах-производителях риса, включая Индонезию , Вьетнам , Мьянму , Бангладеш , Индию , [9] Шри-Ланку , Филиппины , Бразилию и США. [10] Исследование 2010 года, опубликованное Международным научно-исследовательским институтом риса (IRRI), сообщает, что прибыльность гибридного риса в трех индийских штатах варьировалась от равной прибыльности, как и другой рис, до на 34% более прибыльной. [11] Однако в Мьянме тысячи фермеров остались без земли и в нищете после четырех последовательных лет неурожая. [12] Китайские инвесторы в гибридный рис захватили земли, ранее принадлежавшие этническим меньшинствам, и одновременно разжигают антикитайские настроения в отдаленном северном штате Шан в Мьянме. [13]
За пределами Китая другие институты также занимаются исследованием гибридного риса, включая IRRI, который также координирует Консорциум по развитию гибридного риса. [14]
В 2014 году во время этнографического исследования управления поверхностными водами американский исследователь Джой Д'Анджело обнаружил проблему с выращиванием гибрида на террасах: гибрид на самом деле настолько водоэффективен, что может поставить под угрозу цикл пополнения местного горного водоносного слоя и привести к разрушению некоторых рисовых полей. [15]
Гибридная сила выражается на ранних вегетативных и репродуктивных стадиях роста растения. Молодые гибридные саженцы имеют более быстрое развитие корней и листьев и лучшее развитие полога ; зрелое растение имеет увеличенное общее сухое вещество, более крупные метелки (конечные побеги, которые производят зерно ), больше колосков (единиц цветка) на единицу площади , увеличенный общий вес зерен и, следовательно, более высокую урожайность. Недостатком является то, что фермерам необходимо покупать новые семена каждый сезон. Зерна, произведенные чистопородными сортами, почти генетически идентичны своим родителям и поэтому могут быть сохранены для посадки позже. Если фермер попытается посадить генетически разнообразные семена (полученные путем полового размножения ), сохраненные от предыдущего гибридного урожая, полученные растения будут демонстрировать сильно различающиеся черты, во многом так же, как братья и сестры выглядят по-разному, и последующий урожай будет непоследовательно урожайным разочарованием. [16] Кроме того, принятие гибридных сортов продолжает оставаться низким в странах Глобального Юга, возможно, из-за их низкой производительности в определенных условиях окружающей среды. [17]
В Китае гибридная система, включающая ограничения по определенным характеристикам, помешала исследователям найти способ лечения плохой устойчивости к болезням и вредителям . Более того, гибридный рис имеет большую частоту «случаев стеблевого сверлильщика , белоспинной цикадки , листовертки , бактериального ожога , ожога обвертки и вирусных заболеваний ». [18] «ложная мучнистая роса, ложная головня и зерновая головня» [18] чаще встречались на гибридном рисе. Поэтому наблюдается огромный рост использования пестицидов на гибридном рисе, чем на других. Например, в провинции Хунань, по сравнению с обычным урожаем, в гибридном рисе использовалось на 31% больше пестицидов. [18] Сам процесс селекции также является ограничением развития гибридного риса. Выращивание семян и высококвалифицированная рабочая сила стоят больших денег в начале, в результате чего 20% государственных средств тратятся на решение этого пробела. По словам известного китайского ученого Юань Лунпина, в будущем необходимо построить двухлинейные системы из-за ограниченной площади плато. Но самое главное, главной проблемой, которую необходимо было решить, была нехватка генетического разнообразия .
Частная семеноводческая компания также сталкивается с трудностями, связанными с гибридным рисом, поскольку процесс их выращивания очень трудоемкий и дорогой. Например, Cargill закупила семена у китайского правительства в 1980-х годах, семена производились в коммерческих целях до 1992-х годов. В этой области все еще существует больше проблем, таких как «низкое качество зерна; недостаточная устойчивость к болезням/насекомым в первом поколении гибридов; непоследовательная и низкая урожайность семян; недостаточное снабжение чистыми семенами родительских линий; и высокая стоимость семян». [19] Более того, политика свободного обмена IRRI фактически ограничила развитие исследований гибридного риса. Информация о технологиях блокируется от стран и компаний, что препятствует успеху гибридного риса.
С экономической и политической точки зрения проблема, которую принес с собой гибридный рис, все еще значительна. Фермеры потеряли права селекционеров , поскольку гибридные семена не будут существовать после сбора урожая, и поэтому в значительной степени полагаются на специализированные семеноводческие компании. Гибридный рис для всей страны контролируется несколькими крупными семеноводческими компаниями, что вызывает потенциальные проблемы с безопасностью пищевых продуктов .
Однако важно то, что гибридный рис привнес значительные улучшения в использование земли и воды, [20] доступ к калориям и качество жизни. [21]
Для будущих исследований необходимо улучшить качество зерна и устойчивость к вредителям и болезням. По сравнению с высокоурожайными сортами урожайность гибридного риса повышается за счет улучшения агрономического управления. Кроме того, необходимо улучшить «возможности производства гибридных семян родительских линий» и «разработку гибридов, обладающих более высоким потенциалом урожайности, чем инбредные линии NPT» [19] . В проекте IRRI-ADB больше исследователей и работников должны быть более сильными и профессиональными. Семеноводческие компании должны инвестировать деньги в персонал и исследования, находя наиболее стабильный способ производства семян и потенциальный путь к рынку. Правительству также рекомендуется отшлифовать политику или деньги, которые могут улучшить или стимулировать исследования гибридного риса.
Кроме того, выращивание на террасах должно контролироваться на предмет крошения и накопления проблем с токсичностью почвы, поскольку новые исследования показывают, что гибрид имеет тенденцию изменять цикл пополнения запасов горной воды за пределы того, что является устойчивым. [21] Предлагаемые решения включают в себя расширение агролесоводства и совмещение старых культур с новыми в стратегических местах. [21]
С 21 по 22 октября 2019 года в деревне Цинчжу уезда Хэннань города Хэнъян провинции Хунань впервые были испытаны гибридные сорта риса третьего поколения . Урожайность с му составила 1046,3 кг (около 15 тонн с гектара). [ необходима цитата ] Технология гибридных сортов риса третьего поколения представляет собой генетически модифицированную стерильную мужскую линию в качестве генетического инструмента, которая позволяет всем сортам риса теоретически находить подходящую им «вторую половину» и производить превосходное потомство.