Гибридный рис — это разновидность азиатского риса , полученная путем скрещивания 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 чистокровные сорта риса , он может давать до 30% больше урожая . [2] Для производства гибридных семян в больших количествах чистокровный стерильный сорт риса удобряют плодородной пыльцой другого сорта. Высокоурожайные культуры , в том числе 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 семенах гибридов первого поколения (F1) хорошо известно, но в этих случаях семена F1 производятся лишь в небольших количествах. Первая научная статья о применении гетерозиса в производстве риса была опубликована в 1926 году [3] , но ее применение в производстве риса было ограничено из-за самоопыляемости 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] Впервые 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 плодотворное открытие генетической основы гетерозиса 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]
По оценкам, в Китае гибридный рис засеян более чем на 50% рисовых полей, и считается, что он помогает 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] В исследовании 2010 года, опубликованном Международным научно-исследовательским институтом риса (IRRI), сообщается, что рентабельность гибридного риса в трех индийских штатах варьировалась от такой же прибыльности, как и у другого риса, до более прибыльной на 34%. [11]
За пределами Китая исследованиями гибридного риса занимаются и другие институты, в том числе IRRI, который также координирует Консорциум по развитию гибридного риса. [12]
В 2014 году во время этнографического исследования управления поверхностными водами американский исследователь Джой Д'Анджело обнаружила проблему с выращиванием гибрида на террасах: гибрид на самом деле настолько экономичен в использовании воды, что может поставить под угрозу цикл пополнения местного горного водоносного горизонта, и привести к разрушению некоторых рисовых полей. [13]
Гибридная сила проявляется на ранних стадиях вегетативного и репродуктивного роста растения. Молодые гибридные саженцы имеют более быстрое развитие корней и листьев , а также лучшее развитие кроны ; у зрелого растения увеличено общее количество сухого вещества, более крупные метелки (конечные побеги, дающие зерно ), больше колосков (цветочных единиц) на единицу площади , увеличена общая масса зерен и, следовательно, более высокие урожаи. Обратной стороной является то, что фермерам приходится каждый сезон покупать новые семена. Зерна, полученные от чистопородных сортов, практически генетически идентичны своим родителям, поэтому их можно хранить для последующего посева. Если фермер попытается посадить генетически разнообразные семена (полученные половым размножением ), сохраненные от предыдущего гибридного урожая, полученные растения будут демонстрировать широко варьирующиеся признаки, почти так же, как братья и сестры выглядят по-разному, и последующий урожай будет непоследовательным. принося разочарование. [14] Кроме того, внедрение гибридных сортов по-прежнему остается низким на Глобальном Юге, возможно, из-за их плохой производительности в определенных условиях окружающей среды. [15]
В Китае гибридная система, включающая ограничения на определенные характеристики, помешала исследователям найти способ лечения плохой устойчивости к болезням и вредителям . Кроме того, у гибридного риса чаще встречается «заболеваемость стеблевыми точильщиками , цикадками , листоверткой , бактериальной гнилью , влагалищной гнилью и вирусными заболеваниями ». [16] «Ложная роса, ложная головня и зерновая головня» [16] чаще встречались на гибридном рисе. Таким образом, наблюдается огромный рост использования пестицидов при выращивании гибридного риса по сравнению с другими видами. Например, в провинции Хунань при выращивании гибридного риса по сравнению с обычным урожаем использовалось дополнительно 31% пестицидов. [16] Сам процесс селекции также является ограничением развития гибридного риса. Выращивание семян и высококвалифицированная рабочая сила вначале стоили больших денег, в результате чего 20% государственных средств устраняли этот разрыв. По словам известного китайского учёного Юань Лунпина, в будущем необходимо строить двухниточные системы из-за ограниченной площади плато. Самое главное, что отсутствие генетического разнообразия было основной проблемой, которую необходимо было решить.
У частной семеноводческой компании также есть проблемы с гибридным рисом, поскольку процесс его выращивания очень трудоемкий и дорогостоящий. Например, компания Cargill закупила семена у правительства Китая в 1980-х годах, а коммерчески семена производились до 1992-х годов. В этой области еще есть проблемы, такие как «низкое качество зерна; недостаточная устойчивость к болезням/насекомым в первом поколении гибридов; непостоянная и низкая урожайность семян; недостаточное обеспечение чистыми семенами родительских линий; и высокая стоимость семян. " [17] 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.
Экономически и политически проблема, которую принес с собой гибридный рис, по-прежнему остается значительной. Фермеры потеряли права селекционеров, поскольку гибридные семена не будут существовать после сбора урожая, и поэтому они в значительной степени полагаются на специализированные семеноводческие компании. Гибридный рис по всей стране контролируется несколькими крупными семеноводческими компаниями, что создает потенциальные проблемы с безопасностью пищевых продуктов .
Однако важно отметить, что гибридный рис привел к значительным улучшениям в использовании земли и воды, [18] доступе к калориям и качестве жизни. [19]
Для будущих исследований необходимо улучшить качество зерна и его устойчивость к вредителям и болезням. По сравнению с высокоурожайными сортами урожайность гибридного риса повышается за счет улучшения агрономического управления. Кроме того, необходимо повысить «производительность гибридных семян родительских линий» и «разработку гибридов, обладающих более высоким потенциалом урожайности, чем инбредные линии NPT» [17] . В проекте IRRI-АБР больше исследователей и работников должны быть более сильными и профессиональными. Семенным компаниям необходимо инвестировать деньги в материалы и исследования, чтобы найти наиболее стабильный способ производства семян и потенциальный путь выхода на рынок. Правительству также рекомендуется усовершенствовать политику или деньги, которые могут улучшить или стимулировать исследования гибридного риса.
Кроме того, выращивание на террасах следует контролировать на предмет осыпания и накопления токсичности почвы, поскольку новые исследования показывают, что гибрид имеет склонность к изменению цикла пополнения горной воды сверх того, что является устойчивым. [19] Предлагаемые решения включают расширение агролесомелиорации и совмещение старых и новых культур в стратегически важных местах. [19]
С 21 по 22 октября 2019 года гибридный рис третьего поколения был впервые испытан в деревне Цинчжу уезда Хэннань города Хэнъян провинции Хунань . Урожайность с му составила 1046,3 кг (около 15 тонн с гектара). [ нужна цитата ] Технология гибридного риса третьего поколения представляет собой генно-инженерную стерильную мужскую линию в качестве генетического инструмента, который позволяет всему рису теоретически найти подходящую им «вторую половину» и произвести превосходное потомство.