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超級雜交水稻:跨越育種"禁區" 讓中國碗盛滿中國糧

[ 來源:科技日報 | 作者:俞慧友 | 發布時間:2021-06-11 | 瀏覽:236次 ]

2020年11月2日,在第三代雜交水稻“叁優一號”衡南試驗示范基地一塊被抽取測產的示范田里,工作人員進行機械化收割。

中稻畝產900公斤、1000公斤、1100公斤,雙季稻畝產1500公斤……在以中國工程院院士袁隆平為首的科研人員不懈努力下,我國超級雜交水稻畝產產量,不斷跟自己的成績“PK”,一次次刷新著自己創下的世界紀錄,保障著國家糧食安全和百姓能吃飽飯的“安全感”。

2000年,2004年,2011年,2014年。

700公斤,800公斤,900公斤,1000公斤。

兩組對應數字,一個攻關目標。

1996年,我國啟動“中國超級稻育種項目”。最初,計劃分兩期,到2000年、2005年,分別育成畝產可達700公斤和800公斤的水稻品種。

可“計劃”沒能趕上“變化”。超級雜交水稻的“故事”開了個頭,就沒有結束。

中稻畝產900公斤、1000公斤、1100公斤,雙季稻畝產1500公斤……在以中國工程院院士袁隆平為首的科研人員不懈努力下,我國超級雜交水稻畝產產量,不斷跟自己的成績“PK”,一次次刷新著自己創下的世界紀錄,保障著國家糧食安全和百姓能吃飽飯的“安全感”。

今天的中國,真正意義上叫人刻骨銘心的“餓肚子”感受,已成為了不再可能的“體驗”。歲月靜好的生活中,人們知否,中國科學家在人類反饑餓史上奮斗的歷程?

這篇論文半個多世紀后仍光彩熠熠

“一株小小的水稻,解決了全中國乃至世界人民的吃飯問題。開啟我國水稻育種雜種優勢利用序幕的,則是袁隆平先生1966年發表的一篇標志性論文?!薄犊茖W通報》編審彭斌曾如此評價。

1966年2月28日,袁隆平一篇名為《水稻的雄性不孕性》的論文,發表在了《科學通報》中文版第17卷第4期。4月15日,經《科學通報》編輯部摘譯的英文版,發表在其外文版第17卷第7期。

誰也不曾想,這樣一篇挑戰經典理論、“驚世駭俗”的論文,竟然直到今天,都被科研應用證實著它的正確性。

這是一次對水稻育種“禁區”跨越的“預測”。有了它,才有了后來我國雜交水稻育種與產業的迅猛發展,為我國乃至世界糧食安全作出了巨大貢獻。

“水稻具有雜種優勢”“要利用水稻雜種優勢,首推利用水稻的雄性不孕性”“通過進一步選育,有望找到雄性不育系、保持系和恢復系,實現三系配套,使利用雜交水稻第一代優勢成為可能,并將給水稻帶來大幅增產”,《水稻的雄性不孕性》一文中如此開宗明義。

結論的背后,是袁隆平及若干水稻科研工作者的“初體驗”。

“做系統選育,要選大穗子。每年水稻抽穗到成熟期間,我都去田里選種?!痹∑皆@么回憶。1961年7月的一天,他發現了一株顆粒飽滿、有10多個8寸長稻穗、長勢猶如“瀑布”的稻株。因為它的“鶴立雞群”,袁隆平自認找到了“良種”。小心翼翼地做標記、培育,他期待著自己的“寶貝疙瘩”,來年奉上畝產試驗的大增收。

怎知第二年,他滿心期盼的“良種”,抽穗卻參差不齊。

沮喪的袁隆平,獨自坐在田埂上,望著稻株發呆。期間,竟突然來了靈感:自花授粉的水稻,出現了雜種后代才有的“分離”現象,是否說明自花授粉作物可能也有雜種優勢?

想到這里,他趕緊記載和反復統計稻穗參差不齊的分離比例。3∶1!完全符合孟德爾分離規律!袁隆平很興奮:他選到的“鶴立雞群”植株,確為天然雜交稻!水稻也確實存在雜種優勢!

雜種優勢,本是生物界普遍存在的現象。但根據遺傳學經典理論及當時國際上的普遍觀點,水稻作為花器很小的自花授粉作物,并無雜種優勢。

可即便自己的結論與當時的權威相悖,他依然堅持著自己的想法。他和其他科研人員一起,每天風吹日曬,在幾千、幾萬株稻穗里“尋他千百度”。據記載,僅1964年、1965年,他們就檢查了幾十萬株稻穗,并反復試驗和積累,最終發表了世界雜交水稻歷史上,截至目前也熠熠生輝的論文《水稻的雄性不孕性》。

“這篇論文,是雜交水稻研究領域的開創性工作,指明了雜交水稻育種發展的戰略方向,對后來全國雜交水稻育種和發展的協作攻關,具有永恒的指導性?!敝袊狙芯克L程式華說。

1971年,我國科學家育成雄性不育系。1973年,我國科學家找到三系配套模式,成立了“全國雜交水稻研究協作組”。1976年,我國成功實現三系配套大規模制種。前后只有6年時間,這是讓人驚訝的中國速度。

1981年6月6日,因為這一杰出貢獻,新中國第一個特等發明獎授予了全國秈型雜交水稻科研協作組。

事實上,受論文啟發,雜交水稻的研究也逐步在國外興起。1977年,國際水稻研究所啟動雜交水稻研究項目;上世紀90年代初,項目擴展到南亞、東南亞諸國;1991年,國際水稻所在菲律賓育成并釋放了首個國外的商業化雜交水稻品種……

他們的科研也曾遭遇“滅頂之災”

“別看今天中國超級雜交水稻技術引人矚目,但攻關過程與其他科研一樣,也免不了‘挨打’‘走錯路’?!焙想s交水稻研究中心原黨委書記謝長江,曾對科技日報記者這樣吐槽。

中國雜交水稻技術,在世界科技發展史上都是濃墨重彩的一筆。它也是保障國家糧食安全的“國寶”,解決十幾億人口吃飯問題的“重器”。但雜交水稻技術的攻關之路,也并非“順風順水”。比如,三系法育種之后的兩系法攻關,就曾讓兩系雜交水稻技術研究差點被終止。

所謂兩系法雜交水稻育種技術,是建立在一種光溫敏雄性不育系基礎上的育種技術。與之前的三系法雜交水稻育種技術相比,作為“母親”的光溫敏不育系,同時充當了不育系和保持系兩種角色。換言之,雜交水稻育種從“一妻兩夫”,發展成為了“一妻一夫”。

兩系法的科研地位幾何?2014年,北京人民大會堂,超級雜交水稻再一次獲頒“2013年度國家科技進步特等獎”。獲獎理由就是我國獨創了“兩系法雜交水稻技術”。這也是直到現在,我國超級雜交水稻育種的常用技術之一。

就是這項有如此地位的成果,但卻在1989年“偶遇”盛夏低溫時,遭遇嚴重挫折,因而差點被全盤否定。

研究之初,科研人員對這位“母親”的育性轉換習性并未完全了解。直到1989年,我國盛夏一場罕見低溫的出現。

這場低溫中,“母親”表現得極為“心緒不寧”,在不育系和保持系角色間異?!扒袚Q”,最終導致當年全國兩系法制種大面積失敗。一時間,科研界普遍“唱衰”兩系育種,研究甚至一度被國家和科研人員放棄。

袁隆平和科研人員咬牙頂著巨大壓力,尋找原因,調整選育不育系技術策略,最終發現了導致雄性不育的“臨界溫度點”,解決了不育系繁殖過程中的臨界溫度“漂移”等問題。才有了后來,世界作物育種史上的這項育種技術的重大突破,也讓我國雜交水稻研究水平繼續領跑世界。

中國雜交水稻全球夢“步步驚心”

1979年,袁隆平應邀到菲律賓出席國際學術會議作大會報告,這是我國首次將雜交水稻研究成果向國際社會公開。此后,中國雜交水稻開始走向世界。

沒有幾個人知道,中國雜交水稻走向國際的幕后,是怎樣的“步步驚心”。對此,袁隆平曾這樣回憶:“在緬甸中央農業研究院的水稻實驗室,我和我的學生在田里工作。因為緬甸人信佛不殺生,水田里到處都是眼鏡蛇。有次,從抽屜里冷不丁竄出8條小眼鏡蛇,至今我都心有余悸。在熱帶雨林里,我們還要與吸血的旱地螞蟥作斗爭……”

就是在這樣的境況下,若干年前,尼日利亞的水稻生長黃金季,一群來自長沙的稻作專家,打“飛的”到當地,實施萬畝雜交水稻的規?;N植。最初,在當地選一塊能種上百畝稻田的“風水寶地”,都能讓專家們前后忙碌一周多?,F在的這里,已能種植出產量比當地品種翻倍的超2萬公頃的雜交水稻……

今天,從美國大農場,到緬甸、菲律賓熱帶雨林;從印度高原,到非洲大草原……都有著中國雜交水稻的稻香。亞洲、非洲、“一帶一路”沿線,雜交水稻已在40多個國家成功示范,并在10多個國家大面積推廣。

如今,在每年的收獲時節,水稻育種專家們可以“喜看稻菽千重浪”,而袁隆平“禾下乘涼”的夢想也成為了他們夢寐以求的追尋。