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复盘新中国水稻育种研究:袁隆平究竟处在什么位置?

贺涛 / 等2人
5-22

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“他使全球育种学家看到了通过科技创新解决粮食安全问题的信心”

翻看中国水稻育种的技术进步史,有三次革命性的跨越,分别实现了作物的矮秆化、杂交化和优质化。

建国之初,经济恢复和发展遭遇到空前的困难。其中,粮食安全是头等重要的国计民生大事,也是经济恢复和发展的基础和前提。

当时,水稻新品种选育主要采用传统的“一穗传”方法,也就是从现有的品种群体中,选出具有优良品质的单株穗子,然后经过多年连续试验种植,从这个穗子的后代中选优除劣,最终育成表现优秀的新品种。

这些品种基本是高秆类型,耐肥力差,容易倒伏,很难保持稳产。1956 年,广东潮阳人洪春利在广西农家水稻品种“矮仔占”中,发现水稻自然变异矮杆样本,并培育出著名的水稻品种“矮脚南特”。在此基础上,育种家黄耀祥选育出“矮仔占4号”。这一系列育种成果,在新中国水稻育种史上具有里程碑意义。它拉开了以矮秆类型品种为主的水稻种植模式,结束了高秆水稻品种易倒伏减产的历史,从而让水稻亩产量实现了第一次跨越式增长。

中国的矮化育种比国际上提前了整10年。直到1966年,国际水稻研究所的育种家Henry Beachell才育成了半矮化的奇迹稻 IR8。

经过这次技术飞跃,水稻亩产从50年代的164公斤提高到70年代初的238公斤,单产提高了近45%。

图片:CFP
图片:CFP

第二次跨越,就是袁隆平领军研发的杂交稻。

在生物学范畴,杂种是个好东西。它是指一个物种的不同品种间或者两个物种之间的杂交后代,杂种往往在生物量、发育速度和产量上优于亲本。

1964年,在湖南安江农校任职的袁隆平开始杂交水稻育种研究,并提出杂种优势利用的设想。

但杂交稻技术有一个“天堑”,就是它是自花授粉植物,在谷粒颖壳开花时,授粉过程已经在壳内完成了。中国稻作科学的奠基人丁颖曾用人工办法给水稻“去雄”,阻断壳内授粉,但效果很差。而且,到了大田种植环节,根本无法进行人工去雄的田间操作。

如果能够发现天然雄性不育的植株,这个问题就会迎刃而解,然而,它真的存在吗?袁隆平一直在做着努力。1966 年袁隆平发表了“水稻的雄性不孕性”科研论文,报道了他在田间发现的水稻植株的雄性不育现象。随后,国家科委于1967年成立了“水稻雄性不育科研小组”,由袁隆平、尹华奇、李必湖三人组成。

终于在1970年,袁隆平和助手李必湖等人在海南三亚的一个野生稻群体中发现了雄性不育株“野败”。

中国杂交水稻研究的转机来了。“野败”被分发到全国 30 多个科研单位,1973 年培育出三系杂交水稻。中国大部分杂交水稻,都是“野败”系。

既然“野败”的发现如此重要,假如没有袁隆平等人的发现,是不是中国的杂交稻技术就无法腾飞了呢?

答案是不会。因为育种家朱英国给杂交稻的突破加上了双保险。1972年同样在海南,朱英国发现雄性不育野生稻“红莲”,并于1974年培育出红莲型雄性不育稻种。换句话说,如果没有“野败”,“红莲”将担纲大任,推动杂交稻的技术突破。 

杂交稻的技术飞跃,还有下半场。袁隆平开创了先河的技术,术语称为“三系杂交”。其局限性在于,育种过程比较繁杂,操作环节多,以及不同品系的水稻植株很难调控花期相遇实现授粉杂交等。

如果能够通过人为控制环境实现水稻的“雄性不育”,就能将繁杂的“三系杂交”变成相对简易的“两系杂交”。中国育种家再次靠勤奋获得了幸运。1973 年,湖北省沔阳县沙湖原种场石明松发现了一种被称为“光敏感核不育”的水稻植株。这种水稻植株在长日照条件下抽穗会“雄性不育”,这样一来,通过调控稻田的光照时长可以变换雄性花蕊的育性。

这一发现得到袁隆平的高度重视,他在1987年提出了杂交水稻从“三系”到“两系”的发展战略,开创了“两系”杂交水稻育种的新阶段。也有人把“两系”看作是中国水稻育种技术的第三次飞跃。

2013年,当两系杂交研究与应用荣获国家科学技术进步奖特等奖时,袁隆平的名字被排在第一位。

图片:CFP
图片:CFP

 

“杂交水稻不仅仅对中国有影响,对世界都有影响,所以国际上是承认的。”著名育种专家、中国农科院生物技术所前所长黄大昉如此评价袁隆平的贡献,“杂交稻的概念最早倒不是袁隆平提出来的,而是国际水稻所的一个印度人提出来,但他只是有了构想,没找到合适的材料,没有实现想法。最后袁隆平为代表的中国科学家一道推进了杂交水稻的突破。”

从更多维度看,优质化应该才是中国水稻育种技术的第三次跨越。它是在解决吃饱问题之后,中国育种家对“吃好”发起的挑战。不过,它没有鲜明的时间节点,而是伴随整个育种技术发展,变得越来越重要。

好吃是一个优质的特征。杂交稻主要培育的是籼稻品种,种植地也主要在南方,口感不算好;而水稻的另一个亚种粳稻,集中在我国东北地区种植,经过育种家的努力,今天中国大田中单产最高的水稻,其实大多是在东北种植的粳稻。

中国杂交水稻的发展史,其实是由众多农业科技人员接力续写,袁隆平在其中发挥了重要作用。而未来水稻育种在技术上最大的指望,只能是转基因技术和基因编辑技术,中国在抗虫害的转基因技术领域已经非常成熟,转基因商业化种植或许很快就能落地。

多数人的感觉,似乎水稻是让中国人吃饱的主要品种,实际情况并非如此,小麦具有同等的重要性——相信你也见过米和面谁更好吃的分歧。

大米和面粉是中国人日常食用的主要粮食品种,被称为细粮。因此,小麦和水稻一样,同样是中国农业科技攻坚的重点,也是中国人能够吃饱的主要粮食。近年来,水稻的产量比重相对下降,在谷物中基本处于略超过三分之一的位置;而玉米、小麦的产量逐年上升。

在媒体上相对低调的小麦研究领域,同样活跃着一群育种家,其领军人物是小麦杂交育种奠基人李振声,他用普通小麦与长穗偃麦草进行远缘杂交育成的新品种“小偃 6 号”,一直是中国小麦育种的重要骨干亲本,衍生品种多达50多个,累计推广种植3亿多亩,增产小麦超过75亿公斤。

杂交水稻研究共获得两次国家科学技术进步奖一等奖和一次国家科学技术进步奖特等奖;作为对比,杂交小麦获得了六次国家科学技术进步奖一等奖、两次国家技术发明奖一等奖,以及在1978年获全国科学大会奖,这个在“科学的春天”中颁发的奖含金量很高,由此可见杂交小麦对于国家粮食安全做出的贡献。

从更广的维度看,单靠育种技术的进步,中国人依然很难吃饱。实际上,激励制度、耕作制度,以及化肥、农药的使用,都对提高粮食单产至关重要。如果没有包产到户的松绑,很难想象中国农业现代化能够起步。

2021年2月6日,海口,2021袁隆平院士杂交水稻双季亩产3000斤超高产工程插秧现场。图片:CFP
2021年2月6日,海口,2021袁隆平院士杂交水稻双季亩产3000斤超高产工程插秧现场。图片:CFP

 

 

“他使全球育种学家看到了通过科技创新解决粮食安全问题的信心”

北京大学现代农学院教授、中国农业政策研究中心主任、发展中国家科学院院士黄季焜进一步评价了袁隆平所做的卓越贡献。

为何鸭:你对袁隆平有怎样的印象和评价?

黄季焜:我第一次见到袁先生是在1990年左右,是在菲律宾的国际水稻研究所。袁先生给我的最深刻印象是平易近人,没有架子,人很朴实。他三句离不开本行,不断打破水稻单产纪录是他一生追求的目标。

为何鸭:中国人解决温饱问题,袁隆平起到了多大作用,包括粮食增产和鼓舞士气两个层面?世界范围内,袁隆平对于人们解决温饱问题有着怎样的贡献?

黄季焜:中国人大概一半吃大米一半吃面食。袁先生在解决中国人吃大米饭上作出了无与伦比的贡献,他领导的中国杂交水稻研究,在解决人们的温饱问题上,同许多发展中国家上世纪六七十年代兴起的绿色革命完全可以媲美;而在水稻增产方面,袁先生的杂交水稻一直领先。他一生兢兢业业,不断打破水稻单产纪录,不只鼓舞了中国乃至全球育种家的士气,也使中国乃至全球育种学家看到了通过现代育种技术等科技创新解决粮食安全问题的信心。

袁先生在世界粮食增产上也做出了重要的贡献,尤其是在东南亚以稻米为主食的国家。中国杂交稻走出国门,帮助东南亚和部分非洲国家培育高产杂交稻,提高了这些国家的粮食生产能力。

为何鸭:从更广视角看,杂交水稻在作物育种技术发展史上处于什么地位?以及杂交水稻在目前国家粮食安全议题中扮演了什么角色?如果没有杂交水稻,中国粮食史是不是要改写?

黄季焜:中国杂交水稻的育种栽培技术是国际一流的。杂交水稻在目前国家粮食安全中扮演重要角色,中国人口大概一半吃稻米,一半是吃以小麦为主的面食,水稻稻米中大概一半是杂交水稻,另外一半是常规水稻。所以杂交水稻产量的增加解决了中国许多人的吃饱问题。

没有杂交水稻,中国粮食史很难说要改写,但是粮食安全问题会更加严峻。

为何鸭:水稻育种未来的发展趋势是怎样的?

黄季焜:杂交水稻的产量已经很高了,除非有重大突破性进展,比如把碳四作物的光合作用基因转移到水稻这个碳三作物中。

目前杂交水稻需要解决的问题是提高品质,改善大米的口感,就是好吃。近年来,袁先生在提高水稻单产的同时,也特别关注大米品质的改善。

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贺涛

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