《Frontiers in Plant Science》：Genetic progress in rice yield: preliminary insights from historically released varieties in Sub-Saharan Africa
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本研究通过ERA试验系统评估了非洲水稻中心（AfricaRice）1986-2020年间培育的水稻品种在三大生态区（灌溉低地、雨养低地、雨养高地）的遗传增益。结果显示产量遗传增益为7-12 kg/ha/年（0.14%-0.34%），虽呈现稳定增长但仍低于目标需求。研究采用两阶段因子分析模型解析基因型×环境互作，发现雨养高地种质遗传基础狭窄，而Finlay-Wilkinson模型筛选出ARICA 18（雨养低地）、FARO 59（雨养高地）等高产稳产品种。文章强调需通过基因组选择（GS）、快速世代推进（RGA）等现代育种技术加速遗传进展，以应对非洲粮食安全挑战。
引言
水稻（Oryza sativaL.）是撒哈拉以南非洲（SSA）重要的粮食作物，其年消费量以6%的速率增长，但当地产量仅能满足60%的需求，每年需进口超过1400万吨。非洲水稻生产面临多样化生态系统的挑战：雨养低地（占种植面积40%）易受干旱和洪涝影响，平均产量1.5-2.5吨/公顷；雨养高地（35%）受土壤贫瘠和杂草胁迫，产量常低于1.2吨/公顷；灌溉低地（21%）虽有较高潜力（4-6吨/公顷），但受盐碱和铁毒胁迫限制。非洲水稻中心（AfricaRice）通过多环境测试（METs）选育抗逆品种，但遗传增益评估仍是空白。
材料与方法
研究利用ERA试验评估1986-2020年间释放的80个品种，覆盖灌溉低地（36品种）、雨养低地（24品种）和雨养高地（20品种）。试验于2021-2022年在布基纳法索、科特迪瓦等国的多个站点进行，采用α格子设计。通过两阶段分析：第一阶段提取单试验最佳线性无偏估计值（BLUEs），第二阶段利用二阶因子分析模型（FA2）拟合基因型×环境互作，并结合系谱关系矩阵（A矩阵）估算育种值。遗传趋势通过回归品种表现与释放年份的关系计算，稳定性通过Finlay-Wilkinson模型评估。
结果
种质多样性：热图显示灌溉和雨养低地品种遗传基础广泛，而雨养高地品种呈现明显聚类，遗传基础较窄（图1）。
表型相关性：株高与产量呈正相关（相关系数0.23-0.42），而开花天数在雨养生态中与产量正相关，在灌溉生态中呈负相关（r = -0.06）（图2）。
遗传趋势：所有生态区均检测到正向遗传增益，雨养低地最高（12 kg/ha/年，0.34%），灌溉低地最低（7 kg/ha/年，0.14%）（表4，图8）。Finlay-Wilkinson模型筛选出高产稳产品种，如雨养低地的ARICA 18和灌溉低地的Yiriwamalo（图6-7）。基因型×环境互作在雨养生态中显著，表明环境对品种表现有重要影响。
讨论
本研究首次在SSA地区通过ERA试验量化水稻遗传增益，结果与亚洲和拉丁美洲项目（增益0.1%-3.08%）一致，但仍低于所需1.5%的年增长率。雨养高地增益受限可能与遗传基础狭窄及多重胁迫有关，而灌溉系统增益缓慢反映品种更新滞后。建议通过基因组选择（GS）、快速世代推进（RGA）等技术缩短育种周期，并结合多性状选择指数提升增益。此外，加强种子推广体系和政策支持对实现遗传潜力至关重要。
结论
非洲水稻育种在逆境中取得稳步进展，但当前遗传增益不足以满足未来需求。现代育种工具与气候适应性品种的整合是提升SSA水稻生产力的关键路径。
