為了窮人的科學(xué)：袁隆平和他的水稻家族

孫敏

這個(gè)一輩子與水稻打交道的87歲老人，關(guān)注的不僅僅是中國(guó)人吃飯的問(wèn)題，還要在全球范圍內(nèi)解決人類(lèi)吃飽肚子的問(wèn)題

從“南優(yōu)2號(hào)”到超級(jí)稻，幾十年來(lái)，袁隆平對(duì)雜交水稻不斷改良。在泱泱稻田里，袁隆平一次又一次創(chuàng)造了人類(lèi)糧食生產(chǎn)的新高度。僅在中國(guó)，雜交水稻種植面積就達(dá)2.5億畝，面積占比57%，產(chǎn)量占比65%。在水稻研究上永不止步的袁隆平，最近又實(shí)現(xiàn)了一個(gè)“小目標(biāo)”。其團(tuán)隊(duì)選育的超級(jí)雜交稻品種“湘兩優(yōu)900（超優(yōu)千號(hào)）”，于2017年10月15日在河北省硅谷農(nóng)科院超級(jí)雜交稻示范基地通過(guò)了該省科技廳組織的測(cè)產(chǎn)驗(yàn)收。平均畝產(chǎn)1149.02公斤，即每公頃17.2噸，創(chuàng)造了世界水稻單產(chǎn)的最新、最高紀(jì)錄。

袁隆平其人

與大多數(shù)人的直覺(jué)相反，農(nóng)民模樣的袁隆平并不是出生在農(nóng)民家庭的孩子。他出生在1930年的北平協(xié)和醫(yī)學(xué)院，出生檔案上還有林巧稚的簽名。袁家家境優(yōu)良，父親是東南大學(xué)畢業(yè)生，母親是教會(huì)學(xué)校高材生，能講一口流利的英文。1953年，袁隆平畢業(yè)于西南農(nóng)學(xué)院。畢業(yè)后去湖南安江農(nóng)校擔(dān)任教師。在那個(gè)年代的社會(huì)主義國(guó)家，最燦爛的農(nóng)學(xué)明星是蘇聯(lián)人李森科，他認(rèn)為環(huán)境影響比遺傳更重要。最初，根據(jù)李森科的理論，袁隆平嘗試把西紅柿嫁接到土豆上。第一年，他大獲成功，土里挖出了土豆，莖上收獲了西紅柿。然而，到了第二年，把上一年收獲的種子種到地上，長(zhǎng)出的西紅柿跟普通西紅柿一點(diǎn)區(qū)別也沒(méi)有。

土豆西紅柿的故事發(fā)生在1960年和1961年，除了土豆西紅柿的實(shí)驗(yàn)失敗，袁隆平印象最深刻的還有饑餓。1961年春天，因?yàn)橛X(jué)得在湖南搞小麥研究沒(méi)有前途，搞紅薯又意義不大，袁隆平?jīng)Q心去研究能填飽肚子的水稻。

雜交育種的傳奇

利用雜種優(yōu)勢(shì)提高作物產(chǎn)量的做法，從20世紀(jì)20年代就開(kāi)始了。當(dāng)時(shí)，出身于政治豪門(mén)的美國(guó)小伙子華萊士發(fā)現(xiàn)了雜交玉米的秘密——雜種玉米的果實(shí)碩大又整齊。華萊士和朋友專(zhuān)門(mén)成立了公司，利用雜交育種技術(shù)改良玉米種子，僅用了10年，這個(gè)公司的業(yè)務(wù)從北美洲擴(kuò)展到了歐洲、亞洲、南美洲和非洲，創(chuàng)造了華萊士家族的巨大財(cái)富。

20世紀(jì)60年代，利用雜交育種方法，美國(guó)的諾曼·博洛格在墨西哥培育了抗倒伏麥穗大的高產(chǎn)小麥。事實(shí)上，在博洛格的半矮稈小麥之前，小麥幾乎不需要施肥。這是因?yàn)槌^(guò)了一定限度，施肥越多，小麥的倒伏會(huì)越嚴(yán)重，產(chǎn)量越低。但博洛格的“奇跡小麥”長(zhǎng)得矮，不易倒伏，啟動(dòng)了施用化肥的現(xiàn)代高產(chǎn)農(nóng)業(yè)的開(kāi)端。所以，博洛格也被視為第一次作物綠色革命的開(kāi)創(chuàng)人。1970年，他獲得了諾貝爾和平獎(jiǎng)，以獎(jiǎng)勵(lì)他帶領(lǐng)人們戰(zhàn)勝饑餓，“通過(guò)和平的努力恢復(fù)戰(zhàn)爭(zhēng)創(chuàng)傷”。

在研究之初，袁隆平曾從田里精選了一棵穗大飽滿的稻株，收獲了1024顆稻種，把它們種在田里。--然而，最優(yōu)秀的稻株長(zhǎng)出的后代居然高高矮矮，沒(méi)有一株的性狀超過(guò)前代。這讓他想起了孟德?tīng)栆荒柛倪z傳理論——雜種的第二代會(huì)發(fā)生性狀分離。那么，精選出的那棵穗大粒多的稻株，應(yīng)該是一棵天然的雜交水稻。他該做的就是找到利用水稻雜種優(yōu)勢(shì)的方法。

與玉米相比，水稻的雜交很困難。玉米是雌雄同株異花植物，雌花和雄花在植株的不同部位，分離得很清楚，最容易進(jìn)行雜交。而小麥與水稻是嚴(yán)格的自花授粉作物，雌蕊和雄蕊包覆在同一朵花苞中，要實(shí)現(xiàn)雜交，很不容易。博洛格的小麥雜交是利用一把鑷子和一個(gè)放大鏡進(jìn)行的一項(xiàng)極為細(xì)致的工作。博洛格經(jīng)過(guò)20多年、3萬(wàn)多次雜交試驗(yàn)才得到了抗病又矮稈的“奇跡小麥”。

而雜交玉米的辦法用到水稻上卻不可行，因?yàn)樗静粌H花極小，一朵花只結(jié)一顆種子，而且花粉也只在極短時(shí)間內(nèi)具有活力。操作上的困難讓人們很難用手工雜交的方法來(lái)提供大批量的雜交種子以滿足大田生產(chǎn)的要求。在當(dāng)時(shí)的國(guó)際水稻學(xué)界，專(zhuān)家們幾乎一致認(rèn)為，水稻是白花傳粉作物，雜交沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。即使有優(yōu)勢(shì)，也由于無(wú)法提供大批量雜交種子，水稻雜種優(yōu)勢(shì)還是無(wú)法用于大規(guī)模水稻生產(chǎn)。但從北京回到湖南后，袁隆平還是決定從那棵穗大粒多的水稻身上尋找雜交水稻的鑰匙。

三系雜交水稻

1966年2月28日，袁隆平發(fā)表第一篇論文《水稻的雄性不孕性》，開(kāi)啟了水稻雄性不育的研究。1971年11月23日，其助手李必湖、馮克珊在海南試驗(yàn)田發(fā)現(xiàn)一株難得的野生稻雄性不育株。此后湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院成立雜交稻研究協(xié)作組，由袁隆平掛帥。1972年，雜交稻被列為中國(guó)重點(diǎn)科研項(xiàng)目，全國(guó)性的協(xié)作攻關(guān)開(kāi)始：三十余家科研單位參與、上千個(gè)品種與該株野生水稻進(jìn)行了上萬(wàn)次的轉(zhuǎn)育試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，袁隆平選育不育系二九南1號(hào)成功，此為中國(guó)第一個(gè)應(yīng)用于生產(chǎn)的不育系水稻。

1973年，在“不育系”、“保持系”的基礎(chǔ)上，利用全世界各地的上千個(gè)品種，進(jìn)行測(cè)交篩選，找到了百余種具有恢復(fù)能力的水稻。至此，袁隆平及其團(tuán)隊(duì)首次育成三系雜交水稻，水稻產(chǎn)量也從畝產(chǎn)300公斤提高到畝產(chǎn)500公斤以上。當(dāng)年10月，袁隆平發(fā)表《利用“野敗”選育三系的進(jìn)展》論文，正式宣告中國(guó)秈型雜交水稻“三系”配套成功。1974年，他成功選育了第一個(gè)在生產(chǎn)上大面積應(yīng)用的強(qiáng)優(yōu)高產(chǎn)雜交水稻組合——南優(yōu)2號(hào)，比普通水稻增產(chǎn)20%以上。1974年，袁隆平團(tuán)隊(duì)配制種子成功，隨后又獲大面積制種成功。

1979年，作為中國(guó)首個(gè)科研技術(shù)，三系雜交水稻技術(shù)被介紹到美國(guó)。1981年，袁隆平因成功育種中國(guó)秈型雜交三系水稻，獲得中國(guó)第一個(gè)“國(guó)家特等發(fā)明獎(jiǎng)”。

二系雜交水稻

1987年，袁隆平提出“雜交水稻的發(fā)展戰(zhàn)略”，即三系法為主的器種間雜種優(yōu)勢(shì)利用；兩系法為主的秈粳亞種雜種優(yōu)勢(shì)利用；一系法為主的遠(yuǎn)緣雜種優(yōu)勢(shì)利用。1987年7月16日，袁隆平的學(xué)生李必湖、鄧華風(fēng)，在安江農(nóng)校秈稻三系育種材料中，找到一株光敏不育水稻。歷經(jīng)兩年三代異地繁殖和觀察，該材料農(nóng)藝性狀整齊一致，不育株率和不育度都達(dá)到了100%，并且育性轉(zhuǎn)換明顯和同步。這一新成果，為雜交水稻從“三系法”過(guò)渡到“兩系法”開(kāi)拓了新局面。1995年，兩系法雜交水稻研究成功，普遍比同熟期的三系雜交稻每畝增產(chǎn)5%-10%。1995年12月16日，“國(guó)家雜交水稻工程技術(shù)研究中心”成立，袁隆平任主任。endprint

超級(jí)稻

“超級(jí)稻”即超高產(chǎn)雜交稻。很多人對(duì)超級(jí)二字的理解僅限于產(chǎn)量高，事實(shí)上，其概念本身的含義就是產(chǎn)量高、品質(zhì)好。國(guó)際水稻研究所于1989年正式啟動(dòng)了選育超級(jí)稻的研究，原計(jì)劃到2000年育成每公頃產(chǎn)12-12.5噸的超級(jí)稻，至今尚未成功。中國(guó)的超級(jí)稻育種計(jì)劃于1996年立項(xiàng)，分四期進(jìn)行。

1997年，袁隆平再次研究超級(jí)雜交稻。2000年，超級(jí)雜交稻實(shí)現(xiàn)百畝示范片畝產(chǎn)700公斤的第一期目標(biāo)。2004年，超級(jí)雜交稻實(shí)現(xiàn)百畝示范片畝產(chǎn)800公斤的第二期目標(biāo)。除了增產(chǎn)外，新型超級(jí)雜交稻更重視水稻營(yíng)養(yǎng)，其研究團(tuán)隊(duì)致力于試驗(yàn)新品種中增加維生素A、蛋白質(zhì)及其他營(yíng)養(yǎng)含量。就在2015年10月，袁隆平和他的團(tuán)隊(duì)選育的“超優(yōu)千號(hào)”在位于湖南衡東縣的超級(jí)水稻示范基地實(shí)現(xiàn)了每公頃16噸（每畝1067公斤）的產(chǎn)量，是繼云南個(gè)舊、河南信陽(yáng)后第三個(gè)每公頃產(chǎn)量達(dá)到16噸的百畝超級(jí)稻示范地。第四期超級(jí)稻計(jì)劃提前超額完成，現(xiàn)在，第五期攻關(guān)已經(jīng)啟動(dòng)。

要了解水稻畝產(chǎn)1067公斤是什么概念，可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比，目前全世界水稻的平均單產(chǎn)為300公斤，即使是日本這樣的農(nóng)業(yè)科技較為發(fā)達(dá)的國(guó)家，平均畝產(chǎn)也只有450公斤。

超級(jí)稻+再生稻

再生稻，指的是種一茬收獲兩回，即頭季水稻收割后，不用再重新耕田播種，而是利用稻樁重新發(fā)苗、長(zhǎng)穗，再收一季。這好比韭菜，割了一茬再長(zhǎng)出一茬。

2017年11月4日，廣西灌陽(yáng)縣“超級(jí)稻+再生稻”示范基地進(jìn)行了再生稻測(cè)產(chǎn)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)收割、脫粒、去雜、稻谷水分測(cè)定等程序，再生稻測(cè)產(chǎn)結(jié)果顯示平均畝產(chǎn)為552.1公斤，而2017年該基地一季稻平均畝產(chǎn)為1009.45公斤，因此一季稻加再生稻平均畝產(chǎn)超過(guò)了1500公斤。袁隆平“噸半稻”的心愿得以實(shí)現(xiàn)。

巨型稻

湖南長(zhǎng)沙縣金井鎮(zhèn)，站在2米多高的“巨型稻”前，身高1.7米左右的袁隆平看起來(lái)有些“嬌小”。多年前，這位“雜交水稻之父”曾做過(guò)一個(gè)夢(mèng)：雜交水稻的莖稈像高粱一樣高，穗子像掃帚一樣大，他和助手們一同在稻田里散步，在水稻下面乘涼。如今，隨著“巨型稻”迎來(lái)豐收，袁隆平的“禾下乘涼”夢(mèng)又近了一步。

“巨型稻”的根系能深入30厘米的土層，是普通雜交水稻根系深度的3倍。這使得如指頭粗細(xì)的稻莖最高能長(zhǎng)到2.2米，而且格外堅(jiān)挺，即使在狂風(fēng)中也不會(huì)輕易倒伏。更難得的是，成熟收割時(shí)，莖葉仍為綠色，可作青貯飼料。

作為水稻新種質(zhì)材料，“巨型稻”克服了水稻高產(chǎn)不優(yōu)質(zhì)的問(wèn)題，發(fā)展?jié)摿χ档闷诖Ｗ鳛椤案副尽辈牧?，巨型稻的出現(xiàn)為水稻育種提供了一個(gè)新選擇，未來(lái)有望與其他水稻雜交培育出更多水稻新品種。

旱稻

水稻，顧名思義，肯定要種在水田里。而2017年10月，河北衡水的袁隆平早稻種植試驗(yàn)田完成收割，這標(biāo)志著早稻在華北平原試種成功。

河北衡水地處中國(guó)最大的地下水漏斗區(qū)，長(zhǎng)期的地下水超采給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了很大的壓力。此次試種的早稻，不再受人工灌溉的限制，在雨季土壤濕度好的情況下，全靠自然降雨就可以成熟。即使是遇上旱季，也只要澆水一次即可。經(jīng)過(guò)測(cè)量試驗(yàn)，華北平原的土質(zhì)、氣候適宜早稻種植，而且在管理上，也與種植小麥、玉米等北方作物區(qū)別不大，只是在播種期后注意保持苗齊就可以。早稻的推廣種植，為調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、開(kāi)展節(jié)水種植開(kāi)拓了新途徑。

海水稻

海水稻是耐鹽堿水稻的形象化稱(chēng)呼，是在海邊灘涂等鹽堿地生長(zhǎng)的特殊水稻，也是目前研究的重點(diǎn)。中國(guó)有100萬(wàn)平方公里的土地尚未得到利用，因?yàn)樗鼈兊柠}堿含量過(guò)高，農(nóng)作物很難生長(zhǎng)。如果這些土地有十分之一被利用起來(lái)，種植耐鹽堿水稻，那么，中國(guó)的水稻產(chǎn)量將提高近20%。這些土地可以生產(chǎn)5000萬(wàn)噸糧食，足以養(yǎng)活2億人。20世紀(jì)70年代中期，中國(guó)科學(xué)家開(kāi)始尋找能在鹽堿地種植的水稻品種。目前在含鹽0.6%的咸水濃度里，有幾個(gè)品種的小面積畝產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)600公斤。海水稻現(xiàn)在種植面積還比較小，但顯示了良好的發(fā)展苗頭。endprint