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”。
這是第三代雜交水稻新組合試驗示范衡南基地測產現場待收割的水稻
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。
圖片來源:《中國科學》雜志社
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。”中國水稻研究所所長程式華說。
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。
1976年,袁隆平(右)與同事李必湖在觀察雜交水稻生長情況。
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常“切換”,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……”
圖片來源:湖南省農科院
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模化種植。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。
親歷者說
鄧啟云:我們用7年解鎖了雜交稻育種新路線
“從第一期超級稻攻關成功,到第二期超級稻攻關成功,時間間隔4年。第三期超級稻攻關成功,到第四期超級稻攻關成功,相隔3年。但從第二期超級稻攻關成功,到第三期超級稻攻關成功,花了7年時間。你知道為什么嗎?”6月8日,長沙,雜交水稻國家重點實驗室主任鄧啟云在他的辦公室里,向科技日報記者問了這樣一個聽起來有點繞口的問題。
鄧啟云所說的是1996年我國啟動的“中國超級稻育種項目”。根據這一項目計劃,要在既定時間內,完成相應的超級雜交水稻品種百畝連片攻關的平均畝產攻關目標。
受訪者供圖
項目總共實施了4期。在2000年、2004年、2011年和2014年,中國工程院院士袁隆平團隊成功實現了百畝連片畝產突破700公斤、800公斤、900公斤和1000公斤的目標,一度成為業界的傳奇。
“從畝產700公斤跨越到畝產800公斤,我們過了一個坎兒。從畝產800公斤到畝產900公斤,聽起來只是100公斤的差別。但再提升100公斤畝產量,絕不是輕松的事情。”鄧啟云說。
他告訴記者,第一期和第二期超級稻代表性品種,都源自同一個父本,是“同父異母”的兄弟?!暗珡?00公斤跨越到900公斤,我們有幾個新挑戰,一是要實現父本種質資源的創新突破。二是亟須尋找摸索出新技術路線。幸運的是,我們最終找到了一種'動態理想株型+全株理想株型+亞種間雜種優勢利用’的新技術路線。路線摸清楚了,后續攻關就提速了?!编噯⒃普f。
在鄧啟云攻讀袁隆平院士博士研究生期間,袁隆平院士交給了他一項任務:理想株型光合優勢及形態性狀遺傳規律研究。即探索通過理想株型育種提高水稻品種產量潛力的理論和技術路徑。
在前期研究中,鄧啟云發現,形態改良的確在提高水稻群體光能利用率方面有巨大的潛力。曾經,袁隆平院士研究出了一種經典的超級稻冠層理想株型模型。但要在800公斤的超高產基礎之上進一步提高產量,他發現不僅要充分利用這一優良模型,還要嘗試把冠層理想株型改為全株理想株型。換言之,水稻植株全株,從上至下的葉片形態都要優良。同步進行的,還有亟須改變水稻植株在全生育過程中,從早期到中期、晚期的動態理想株型。
帶著這樣的目標,鄧啟云和他的學生一道,做了大量實驗和研究,其中就包括對水稻全生育期株型特點進行測定、數字化模擬等。
田間地頭,他們一株一株、一片葉子一片葉子地測算,從水稻的“幼年”,每天在田里跟蹤,直到它們“成年”。所做的工作,辛苦不說,還極為枯燥。翻來覆去,就像大浪淘沙般,以大量篩選,來“淘”出前期和中期理想的水稻株型。
“光'動態理想株型+全株理想株型’的數據,我們就有整整超過7G的硬盤存儲量。欣慰的是,我們成功了?!编噯⒃苹貞?。
2008年,通過鄧啟云等人創制的新父本所選育的Y兩優2號新品種育成。3年后的2011年,基于這一高產新品種,中國超級雜交稻育種項目第三期攻關目標成功實現。
大事記
1996年
原農業部設立“中國超級稻育種”項目。
1997年
袁隆平院士提出了超級雜交稻育種的理論和技術路線,論文《雜交水稻超高產育種》在《雜交水稻》1997年第6期上發表。
1999年
由湖南雜交水稻研究中心與江蘇農科院合作選育的兩優培九,畝產達700公斤,圓滿實現第一期目標。
2004年
由湖南雜交水稻研究中心選育的兩系超級雜交中稻,實現畝產800公斤,第二期育種目標提前實現。
2011年
“Y兩優2號”平均畝產為926.6公斤,標志著超級雜交稻第三期攻關獲得重大突破。
2014年
“Y兩優900”平均畝產達1026.7公斤。第四期攻關圓滿完成。
2020年
第三代雜交水稻新組合試驗示范基地晚稻測產結果出爐,成功實現了雙季稻畝產1500公斤的攻關目標。
?。▏译s交水稻工程技術研究中心栽培室主任李建武搜集整理)