一、高产水稻育种研究

　　现代生物技术是培育高产水稻的重要手段之一，我国的杂交水稻为粮食增产做出了重要贡献。目前，我国杂交水稻年种植面积超过0.13亿hm2，占水稻种植面积的51%，产量约占水稻总产的60%，我国亚种间杂交稻一般比品种间杂交稻具有20%以上的增产潜力。利用水稻亚种杂交优势是现阶段战略重点，二系法杂交水稻研究已取得突破性进展。从长远而言，一系法远缘杂交稻--利用无融合生殖选育的一系法杂交稻是很有前途的，从其理论和技术方面也已有了一定基础。目前，我国的"超级稻"、"工程杂交稻"或转基因杂交稻的研究成果及其转化于生产实践，将会为我国粮食增产做出更多更大贡献。

　　目前，国内外对高产水稻育种研究所取得成果值得注意：（1）巴拿马大学培育一种早熟、高产、抗灾能力强的新型稻种叫"大学3184"，生产期短、抗倒伏、单产为10.9-12.9t/ hm2。（2）泰国运用生物技术培育出优良稻种，提高稻米产量。70年代初建立深水水稻研究所，曾通过杂交育种，并同国际水稻研究所共同开发出一系列深水水稻品种，其产量不算高（３－４t/ hm2），目前开发一种可在８０－１２０cm深水中生长的稻种，预计其产量将比现有稻种产量提高４０％－５０％。（３）国际水稻研究所（菲律宾）正在研究改进水稻作物的结构，以便使水稻的最高产量从目前的１０t/ hm2的水平提高到１２t/ hm2。平均产量将可从５t/ hm2提高到７t/ hm2。这种"超级稻"可望在３年内研究完成，由于技术原因要推迟５年。（４）我国超级稻选育获得重要进展：袁隆平院士超级杂交稻选育已获小面积试种成功，单产达到１２t/ hm2，目前，正在进行大田推广。另外，湖南农业大学、沈阳农业大学、福建有关单位都取得了可喜的成果，我国超级稻选育居世界领先水平。（５）西非研究人员经数年的实验研究，培育出新一代高产、抗病的"亚非杂交水稻"。这种稻兼有亚洲水稻的特点（如粒长饱满）和亚洲水稻的优点（如淀粉足、味道香），每公顷产量可达3-4t；若土壤肥沃的话，则每公顷可达6t；生长期短，只有90d，比普通水稻少1个多月；可一年两熟或3熟。

二、抗虫水稻育种研究

　　美国康乃尔大学研究人员从马铃薯中获得一种抗虫基因，经修饰后使之在水稻内获得有效表达，即合成一种蛋白质可干扰包括螟虫在内的若干害虫（幼虫）的进食。这一成果为创建新型抗虫转基因水稻奠定了基础，预计经数年后，这种"抗虫工程稻"种子的商业化，将有可能使世界稻谷增产50%，为农民提供含抗虫基因的"工程稻"种子是大有希望的。我国抗虫转基因水稻的研究有较大的发展。（1）中国农业科学院生物技术研究中心研究人员于1989年用原生质体电融合技术将Bt基因（一种杀虫基因）导入水稻中获得表达，后用花粉管通道技术将Bt基因引入水稻获得抗虫转基因水稻植株。他们还用人工修饰Bt基因、蛋白酶抑制剂基因，（指豇豆胰蛋白酶抑制剂基因，CpTI基因）分别与水稻启动子actini融合，构建成单子叶植物表达载体，导入水稻中获得含Bt基因、蛋白酶抑制剂基因的新型水稻植株，对二化螟幼虫表现一定抗性。而转Bt基因水稻植株对二化螟幼虫有非常显著的抗性。这两种基因于水稻植株后代中获得稳定表达，这项研究成果将成为水稻种植，减少稻谷产量损失，减少农药使用量以及增加产量等方面找到一条途径。（2）浙江大学与加拿大渥太华大学合作研究，他们通过农杆菌载体将玉米启动子（Ubiquitin）引导Bt基因(crylAb)引入水稻品种获得有效表达，Bt蛋白含量占可溶性蛋白的2%左右（平均值），在孕穗期叶片中Bt蛋白含量最高达到4%，如此高的表达水平较为少见！在实验室条件下对二化螟、三化螟和等7种鳞翅目害虫具有强烈毒杀作用。对二化螟、稻纵卷叶螟和稻螟蛉的1-5龄幼虫和稻眼蝶3龄幼虫均有100%的毒杀力。田间试验结果表明，新育成的抗虫转基因水稻品系（TS9）对水稻害虫亦表现较强的抗性，通过杂交、回交等技术落后将Bt crylAb基因导入其他籼稻、粳稻中亦表现很好的抗性，称这种水稻新品种为"克螟稻"。由此可见，这种新型"工程水稻"研制成功为水稻生产有效控制虫害提供新型种子源和新的治虫途径。

三、抗病水稻育种研究

　　病害也是稻谷减产的重要因素之一。国外曾报道，1975-1990年间11%-30%的稻谷植物染上稻瘟病菌（一种真菌病原）致使作物颗粒无收，美国研究人员发现一种酵母信息素可以阻止稻瘟病菌感染植株，该信息素遏止真菌的特定细胞--附着胞（即真菌孢子的一员）的生长，它是侵染稻谷宿主细胞引发病害的关键因素。这样，"信息素"可直接应用于稻株防病，不过其生产成本高，而活力持续时间短。因此，有可能通过遗传工程技术培育含信息素的植株。也有发现植株叶面附生微生物可产生信息素，需做进一步研究。基因技术控制稻谷病害是研究方向之一，国际水稻研究所已通过分子标记辅助选择将4种不同抗稻瘟病基因累加到同一水稻品种，获得广谱抗稻瘟病材料，是构建抗病转基因作用的研究方向，预计5年内将实现这种抗病转基因稻作的目标。水稻白叶枯病也是被攻克的目标，基因工程是构建抗此病转基因水稻的一项重要生物技术措施，美国研究人员在《科学美国人》杂志（1998.277(5):100-105）上介绍了抗病转基因水稻，其病原为白叶枯病菌。在我国，防治水稻病害的研究取得重要突破：（1）中国水稻研究所等单位通过转基因技术将昆虫抗菌肽（cecropin）B*基因通过基因枪技术或通过pCBl载体导入水稻未成熟胚，获得抗细菌病转基因水稻植株，实验证明，①抗菌肽B基因已整合到转化水稻基因组中。②该基因在RNA水平上的表达，并证明"工程水稻"在温室条件下增强植株对白叶枯病菌和水稻细条病菌的抵抗能力，并表现其遗传稳定性。（2）中国科学院遗传研究所与美国加州大学联合开展抗病转基因水稻的研究，所获抗白叶枯病基因（xa21）转入水稻中获得高水平抗病转基因水稻植株，进一步将该基因转移到水稻栽培推广品种或杂交水稻中。（3）为了同时防治水稻纹枯病和稻纵卷叶螟对水稻的危害，中国农业大学研究人员采用细胞工程技术将防病细菌与治虫细菌（如Bt菌）实行原生质体融合，创建兼防纹枯病和稻纵卷叶螟害虫的新型"工程菌"，将其制成"菌剂CF-103"，应用于实践取得可喜效果，有可能成为防治水稻病虫双害的一种重要技术手段。

四、耐盐水稻育种研究

　　这项研究的目的在于（1）使新型耐盐性水稻能适应盐碱地种植。（2）在淡水短缺情况下可充分利用海水浇灌。在国外已有耐盐番茄、甜瓜和大麦等作物的报道，英国苏萨克斯大学培育的耐盐水稻能在大田中旺盛生长，但必须看到于大田中调节盐含量的复杂性。耐盐性稻谷基因工程研究在英国颇为活跃，研究人员利用耐盐水稻的基因植入水稻，培育出耐盐性水稻，能吸收少量盐分，并能贮存于细胞中不影响作物生长，预计要经8代繁殖后（即8个收获期）的种子才能用于商业化推广应用。这种"工程稻"一方面能在荒废的盐碱地得以利用，另一方面可以逐渐吸收土壤中的盐碱成分，从而改良土壤。在日本，东京大学研究人员培育出耐碱水稻新品种，首先从大麦根部得到合成麦根酸能力很强的基因，尔后将其植入水稻的DNA中，建成的新稻株能在碱性土壤中生长（注：全世界全部耕地面积1500万km2其中有30%为碱性土壤），一般的水稻只能制造少量麦根酸，无法从碱性土壤中吸收为其生长所需要的铁，显然不能在碱性土壤中播种，因此，只有这样转基因水稻新品种才能在这碱性土壤种植，不过其产量和食用性等方面尚需进一步改良，将会扩大种植面积。

五、抗灾水稻育种研究

　　涝灾、风灾对水稻生产是个威胁，为了防止涝灾、风灾以及杂草对水稻作物的危害，其基础研究或应用研究均取得可喜进展。国际水稻研究所研究人员从产量低的耐淹水稻中找到一种耐淹的基因，将其移入到高产热带水稻中，终于培育出耐水淹的水稻品系，其产量可达12.5t/hm2，比高产热带水稻产量还要高。该"工程稻"在淹没情况下仍能存活14d以上，这期间田间杂草则被淹死。该研究所还培育出另一种耐涝水稻新品种，在泰国试种有可能比现有水稻产量提高3-4倍；计划使其达到3.4 t/hm2，再通过杂交技术应用已获得3种可以适应水灾生长的水稻，可是其产量很低（1 t/hm2），有待进一步研究以提高产量，有的国家还培育出一种高产矮秆水稻，能在涝灾中生存，在菲律宾试种期获得较高产量，比普通亚洲高秆水稻增产30%-40%，这种新型高产矮秆水稻不仅具有高产性能，而且对其恶劣环境水灾淹没而显现出很好适应力。与此同时那些稻田杂草通过被消灭了，对稻作自身不受影响。为培育抗灾能力强的水稻，英国一个研究小组从一种矮生拟南芥属的杂草类中分离到一种矮种基因叫Rht，是控制植物生长高度的基因（即控制植物矮化特点的基因），此基因表达产物蛋白质具有控制植物生长的能力，从而使这种矮化植物具有较强的抗风能力，从而使这种矮化植物具有较强的抗风能力，刮强风植物不倒。由于秸秆减少，把秸秆长高所需要的养分转移到"谷粒"对养分的吸收，使子粒果实在生长期间能获得更多的养分，产量也较高。为此，研究人员进一步将这种Rht基因植入水稻（不仅仅限于小麦）以培育这种矮化水稻植物，使之抵抗风雨袭击、能抗倒伏，从而使作物获得增产。从上可以看出，如果这类高产矮秆水稻的米质好，又具有一般稻米的营养性，那么种植这种耐涝、抗倒伏的矮秆水稻，并保障谷物增产做出新贡献。

六、改良稻米品质的研究

　　80年代中期美国成功地培育出高蛋白质玉米转基因植株，种子蛋白质含量在这40%-45%，可与大豆媲美。与此同时，还培育出比普通水稻高10%蛋白质含量和赖氨酸含量较高的水稻新品种。在我国，为改良米质，湖南师范大学研究人员将野燕麦DNA导入水稻，选育出"麦-稻"新品种，经多年的培育，该品种具有丰产性、米质优、熟期适当以及株叶型适度等特点，在湖南扩种533 hm2，新稻种供不应求。为使稻米具有更好的保健食疗，美国加州一家应用植物公司第一次用基因工程技术建构一种能产生人体蛋白的水稻，即稻米含有叫a1-抗胰蛋白酶的人体蛋白，此酶蛋白可用于治疗肝病引发出血之功效，收获的"工程水稻"种子可以发芽继续繁殖，扩大再生产。人们把这种源于"工程水稻"的种子称之为"功能性稻米"，作为主食为保健食疗开辟最经济的途径。日本北兴化学工业公司利用转基因技术培育的新型水稻，稻米氨基酸含量比传统品种大大增加，其中色氨酸含量相当于原来稻种米的90倍左右，赖氨酸含量比传统品种大大增加，其中色氨酸含量比原来的稻米提高了30倍左右，赖氨酸含量比原来的稻米提高了30倍左右，（注：上两种必需氨基酸人体内不能合成，必须从食物中摄取），1999年春该公司在农场进行"工程水稻"的栽培试验。日本北海道大学、京都大学也培育一种叫"大豆米"的新稻种，不仅其蛋白质含量提高10%以上，而且赖氨酸含量丰富（一般谷物蛋白中这种必需氨基树脂基酸含量很少）。表明这种"工程水稻"稻米有很高的营养价值和保健功能（降低人体血液中的胆固醇），而这种蛋白质有水溶性特点，易于加工利用，有益于人体健康，预计此种"工程水稻"新品种将5年后在日本得到推广。美国研究人员打算借助基因技术在实验室里培育含丰富?-胡萝卜素和番红素（tamatin）的稻米。我国台湾研究人员通过农杆菌携带外源基因如乙肝病毒病蛋白基因以及某些酶蛋白基因转入水稻中获得表达，有可能通过"工程水稻"生产所需的特定蛋白。最近，日本一家中央研究所研究人员发现一种改变水稻基因的方法，能使稻米带有源于大豆的外来铁蛋白基因，致使这种"工程水稻"提供富含铁元素的稻米，可以为一个成年人提供一天所需30%-50%的铁元素，这是因改性稻米所含铁蛋白具有很强的储存铁元素的能力。因此，这种基因改性水稻可为人体提供必需铁元素的满足。瑞士科学工作者将黄水仙植物的基因植入水稻可提高大米的营养价值，铁含量、维生素A及?-胡萝卜素含量均有提高，这样有助于千百万人防止贫血和失明。从上可以看出，生物技术改进的优质稻米不仅提供营养素之需，而且稻米所含有效成分的富有为食用者的保健治疗方面发挥重要作用。

七、转基因作物安全性问题

　　现代生物技术建构成的转基因粮经作物，特别是粮食作物转基因问题，涉及转基因作物食品安全，在国际上引起了争论。1999年2月15-23日联合国在哥伦比亚Cartagena市召开了有138个国家参加的讨论生物安全议定书国际会议，讨论了转基因作物产品出口问题，由于涉及安全性问题而未达成任何协议，以美国为首的一些国家所持的立场：（1）反对禁止转基因作物贸易组织的有关规定。另一些国家主要是非洲国家、拉美国家等，主张签订限制性生物安全议定书，即只有充分证据证明转基因作物对人类健康和环境无害时，才能批准转基因作物产品贸易；第三方面的国家主要欧盟各国持中间立场，一方面希望保留拒绝进口某些转基因作物产品的权力，又要为出口本国生产的转基因作物产品提供可能性。但各国代表认为，签薯"生物安全议定书"对促进转基因技术的发展和开展正常农产品贸易是十分必要的。这种必要在目前情况下很难达成协议。不论持何种观点，但（1）现代生物技术的发展及其应用是历史的趋势。（2）任何高新技术的使用都有其两面性。（3）生物技术服务于人类社会，重视其安全性是完全必要的，要有多次安全性试验及其重复性，证明其安全无害。