水稻是最重要的粮食作物之一，近60年来，以提高水稻单产为主要目标的育种与栽培技术研究取得了重要的进展，但目前水稻生产仍面临资源与环境的严峻挑战。节水抗旱稻的发展为应对这些挑战提供了较好的解决方案。节水抗旱稻是在水稻科技进步的基础上，通过进一步整合现代水稻与旱稻的优良特性而育成的新型栽培稻品种，其水分利用效率与抗旱性明显增强，可采用“旱直播旱管”的绿色栽培模式，既可在水田不淹水栽培，又可在旱地或山坡地种植，极大拓展了水稻的种植空间，生产过程中可大幅节约灌溉用水，减少面源污染和甲烷排放、降低劳动成本。本文系统介绍了栽培稻的水陆生态型分化与抗旱性进化、节水抗旱稻的概念与特点、培育与改良策略、栽培技术与推广区域，并对节水抗旱稻的发展目标与方向进行了详细的讨论。

陆稻是栽培稻最重要的生态型之一，在长期适应旱作农业生境的过程中，具有节水抗旱、养分高效、耐直播等诸多绿色性状，是“绿色超级稻”与“节水抗旱稻”研发中的重要种质资源。近年来，陆稻起源与其抗旱性为主的适应性进化的问题逐步受到重视，先后有许多学者采取不同方法、从不同的角度研究陆稻与水稻的适应性分化，并初步揭示了陆稻及其基因资源起源与进化的遗传机制，为科学利用陆稻绿色基因资源发展节水抗旱稻提供了理论依据。本文综述了近30年来陆稻抗旱性起源与进化的研究进展，阐述陆稻起源与进化中的各种观点，最后对未来陆稻绿色遗传资源的研究和应用提出展望。

培育和应用节水抗旱水稻品种对于增加和稳定水稻单产、缓解我国水资源短缺状况、保护生态环境和保障粮食安全具有十分重要的意义。本文回顾了我国节水抗旱稻育种工作的发展历程，总结了不同时期育成品种的特点，并对节水抗旱稻育种计划的发展方向和应用前景进行了展望。

根系是植物水分和养分的主要吸收器官，培育发达的深根系统是水稻抗旱育种的重要目标。本文系统介绍了水稻根系生长角度、根系向重力性、根系穿透力、深层土壤根系分布特征等深根性相关性状的遗传研究进展，指出今后需针对目标环境开展水稻深根性QTL发掘与利用、加快主效深根性QTL的验证与在水稻抗旱分子育种的应用。

耐旱性是指植株耐受低水势并维持一定水平生理活动和生长发育的能力，是水稻抗旱性的重要作用机制之一。要准确鉴定水稻的耐旱性，必须最大限度地避免避旱性等其它抗旱机制的影响。本文简要概述了水稻耐旱性的基本含义、耐旱性研究方法、耐旱性评价指标、以及耐旱性的遗传学和功能基因组学的研究进展，对如何进一步加强水稻耐旱性的研究进行了讨论。

发展节水抗旱稻对于在“资源节约、环境友好”的基础上保障粮食安全具有重大意义。受限于抗旱性状的复杂性和缺乏精准抗旱鉴定平台，基因组序列等大量生物信息的潜力无法得到有效挖掘和应用。发展水稻抗旱表型组学可为稻种资源抗旱性评价、基因发掘与利用提供新思路。通过简略介绍国内外作物表型平台的研发和应用，重点阐述节水抗旱稻表型组学平台的建设和应用。目前，该平台集成了可见光RGB成像、红外成像、高光谱成像和激光雷达成像共4种采集单元，可对水稻的抗旱性进行连续无损的图像采集和分析鉴定，是国内外进行水稻抗旱高通量表型研究和应用较为先进和全面的设施之一。

栽培稻作为主要的粮食作物，消耗了大量的农业用水。解析栽培稻抵抗干旱胁迫的调控机制，培育节水抗旱稻，对于节约淡水资源、保障粮食安全具有重要意义。在长期的进化过程中，栽培稻形成了渗透调节、活性氧有毒物质的清除、气孔调节等多种生理生化机制来适应干旱胁迫。这其中涉及大量基因参与的分子调控途径。结合笔者的研究进展，本文对近年来在栽培稻响应干旱胁迫的生理生化过程、抗旱基因挖掘及其参与的分子调控机制方面取得的进展进行综述，并对存在的问题和未来的趋势进行讨论。

广西是我国栽培稻种质资源的多样性中心之一，分布有陆稻、深水稻与水稻3种不同的栽培稻生态型。这3种栽培稻生态型适应不同的农业生境，具有丰富且不同的遗传资源，有必要对其遗传多样性与遗传分化进行研究。本试验基于全基因组SNP研究了广西地区籼型陆稻、深水稻与水稻生态型的遗传多样性及其两两间的遗传分化。结果表明：上述3种生态型间总体遗传分化程度较低，遗传多样性相近，但两两生态型间存在少数高分化区间。其中，在深水稻-水稻的高分化区间富集了4个已知耐淹基因；陆稻-水稻及深水稻-水稻高分化区间富集了许多已知抗旱基因。由此可以推测，3种生态型两两间的高分化区间蕴藏着丰富的抗旱、耐淹及其他适应性基因，与其适应不同的农业生境相关。本研究结果可为栽培稻种质资源适应性基因资源的挖掘、研究和应用提供理论依据。

根据基因表达谱芯片结果，在陆稻品种‘IRAT109’中筛选到抗旱相关基因OsDR1，利用5`-RACE和 3`-RACE方法，克隆OsDR1 基因的全长cDNA序列，明确基因的转录起始和终止位点。结果显示：OsDR1 基因编码的蛋白是卤酸脱卤素酶，具体分子功能未知。qPCR定量表达分析结果表明，OsDR1 基因受低温、盐、PEG模拟干旱等多种逆境诱导表达；在叶片中表达受光照诱导和调节，并且在24 h光周期内呈节律性变化。

节水抗旱稻加值育种是指在节水抗旱的遗传背景下，利用分子标记辅助技术，增添其他有价值绿色性状的方法。随着基因组测序技术和标记检测方法的发展，利用分子标记前景和全基因组背景选择育种，能准确导入目标基因，并且最大限度减少遗传累赘，显著提高育种效率，从而实现对目标性状的快速定向改良。通过介绍利用分子标记前景和背景选择技术进行节水抗旱稻加值育种的研究进展，总结加值育种过程中的经验，并对今后需要关注的关键性状和方向进行展望。

为进一步扩大节水抗旱稻遗传基础，利用显性核不育轮回育种方法开展节水抗旱稻种质创新。以“三明显性核不育”材料为载体，优良水稻品种、节水抗旱稻品种和亲本材料为受体，创制节水抗旱稻轮回选择群体。通过轮回选择群体的亲本选择、不育株选择、筛选压力选择和可育株选择，创制了一批具有节水抗旱、抗病虫、高产优质等绿色性状的优异种质资源，为节水抗旱稻突破性新品种选育提供新种质。

盐碱地是我国重要的后备耕地资源，而培育耐盐碱的农作物新品种是保障国家粮食安全的最为经济有效的途径。海稻86是我国鉴定出的一个优良的成株期耐盐碱资源，而耐旱性强的节水抗旱稻品种往往表现出一定的耐盐性。立足于进一步增强节水抗旱稻的耐盐碱性，利用常规杂交和显性核不育系为媒介轮回选择技术，结合低世代盐碱地的耐盐碱筛选以及高世代芽期、苗期和全生育期耐盐性鉴定，创制出一批耐盐碱的节水抗旱稻新种质，具有重要的应用前景。

为了选育高整精米率的优质节水抗旱稻新品种，以节水抗旱稻‘沪旱1509’为母本，以优质水稻品种‘粤禾丝苗’为父本进行杂交，在分离世代通过严格的抗旱性、米质等性状筛选，成功培育出聚合了节水抗旱、优质高产的新品种‘沪旱1517’。该品种抗旱性级别为3级，米质达到部颁优二级，尤其是整精米率达到70.8%，商品性好，具有良好的应用推广前景。‘沪旱1517’不仅可作常规稻栽培，而且可作为“三系”和“两系”杂交稻的恢复系，以‘沪旱1517’作恢复系配组，已培育出多个衍生品种。该品种的成功选育可为优质节水抗旱稻新品种的选育与应用提供种质基础。

加代是育种工作不可或缺的环节，节水抗旱稻新种质的创制需要进行多次结合抗旱性筛选的加代。通过结合实际案例，对育种工厂建设和应用进行了综述。节水抗旱稻育种工厂主体为一座以钢结构骨架搭建的玻璃温室，内部依次连通播种育苗室、人工光温控制室和抗旱鉴定筛选室，3间分室内的温度、光照、湿度等条件均可控。以‘沪旱6220’的创制为例，介绍了在育种工厂内进行种质创新应用，节水抗旱稻分离群体材料在育种工厂种植，结合密直播、短日照处理，并进行节水抗旱性筛选和“一粒传”等系列手段，在正常水田结合高世代产量、米质等选择，明确株系的综合表现,实现了在上海一年3—4次的加代。此外，还围绕‘沪旱6220’的应用情况进行了介绍，该品种的大面积试种与推广可有效缓解水稻生产对地下水资源的过度开采，保护黑土地，具有较大的利用价值。

水稻冠层温度是指示水稻生理状态的重要指标，在水稻抗旱育种中具有重要意义。本试验利用红外热成像技术并结合多种田间环境传感器，对 4个水稻材料的冠层温度进行了分析。结果表明：不同水稻材料的冠层温度存在显著差异，旱处理会造成水稻冠层温度显著升高，水旱处理的水稻冠层温度差出现的时间与水旱处理土壤水势差出现的时间一致。利用环境数据和距抽穗期天数对水旱处理下水稻冠层温度和冠层温度差进行多元线性回归建模，发现空气温度、土壤温度、光照强度对水稻冠层温度均有显著影响；而水旱土壤水势差、距抽穗期天数和空气湿度对水稻冠层温度差具有显著影响，决定系数均在0.80左右。本研究结果对运用高通量表型选择技术开展水稻抗旱育种具有一定的指导作用。

为探索利用深根比作为鉴定指标评价水稻避旱性的标准方法，规范“篮子法”进行深根比鉴定的操作流程，引入高低深根比两个参比品种(CK1,CK2),根据同样生长条件下测试材料与参比材料深根比的比值（高值组H>3/4CK2、低值组L<3/4CK1、中值组3/4CK1

以15%聚乙二醇（PEG6000）模拟干旱条件，以不同浓度木醋液、褪黑素和硫酸亚铁等引发剂处理‘旱优73’种子，研究了干旱胁迫下不同引发剂处理对节水抗旱稻种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明：与干旱胁迫对照（CK2）相比，木醋液、褪黑素和硫酸亚铁处理的‘旱优73’种子发芽率提高了0.9%—8.3%，幼苗活力指数Ⅰ提高了 4.9%—33.1%，幼苗活力指数Ⅱ提高了3.8%—49.1%，芽干重提高了5.9%—50.6%，总干重提高了1.7%—37.1%；其中，4 mmol/L硫酸亚铁和2%木醋液处理效果最好，‘旱优73’种子发芽率分别提高了8.3%和3.7%，幼苗活力指数Ⅰ提高了 33.1%和24.8%，幼苗活力指数Ⅱ提高了49.1%和37.7%，芽干重提高了50.6%和41.3%，总干重提高了37.1%和32.7%，与CK2差异显著。因此，采用4 mmol/L硫酸亚铁或2%木醋液进行种子引发处理，能够显著提高‘旱优73’种子发芽率和幼苗活力，促进幼苗干物质积累。

以节水抗旱稻‘旱优73’和常规栽培稻‘H优518’为研究对象，采用持续淹灌和旱管种植两种水分管理模式，对旱管种植节水抗旱稻的温室气体减排效应开展了3年田间原位试验。结果表明：即使年际间稻季降水量与平均气温变动较大，旱管种植条件下，稻田CH4排放降低70%—95%，综合温室效应（GWP）降低65%—95%。虽然旱管种植在一定程度上会降低水稻产量，但由于节水抗旱稻具有较强的抗旱性，在旱管种植条件下较常规栽培稻产量相对稳定。与常规的杂交稻淹灌栽培相比，旱管种植节水抗旱稻的温室气体排放强度（GHGI）降低了75%，仅为0.26 kg CO2-eq/kg yield。因此，优化水分管理模式，选育抗旱性强的水稻品种，在保证相对稳产的前提下，不仅大幅减少温室气体排放，而且节约水资源投入，有利于实现水稻生产的绿色低碳转型。

科技普及和科技创新是实现创新发展的两翼，科学普及对于科技成果转化为生产力发挥重要的作用。通过系统介绍在节水抗旱稻的产生与发展历程中所涉及的科普活动，提出要加快实现科技成果的产业化推广，必须要立足于国家需求与科技创新进展，组建由科学家、农技推广人员和科普工作人员相结合的科普队伍，科普内容注重时效性与实用性，创作丰富有趣的科普作品，因人而异、因地制宜开展多种形式科普活动。

基于安徽省节水抗旱稻种植推广地区的实地调研和问卷调查数据，对节水抗旱稻和普通水稻品种的经济效益进行对比分析，并对节水抗旱稻是否能促进农户水资源的节约利用进行实证检验。研究发现：由于节水抗旱稻多种植于中低产的旱田，节水抗旱稻的单产通常稍低于种植在水田的普通水稻，节水抗旱稻单产为8817kg/hm2，普通水稻单产为9652.5kg/hm2，节水抗旱稻和普通水稻平均出售价格差异不大，分别为2.3元（人民币，下同）/kg和2.32元/kg。节水抗旱稻在土地流转费、准备农田费用、插秧、收割、作物保险以及灌溉水电费方面较普通水稻具有成本优势，节水抗旱稻单位面积净利润比普通水稻高出2404.3元/hm2。种植节水抗旱稻可以比种植普通水稻节约灌溉用水9918.15t/hm2，较普通水稻节水57%。