導(dǎo) 讀 ● ● ● 袁隆平先生系江西省九江市德安縣人,1930年9月7日出生于北京,1949年8月考入重慶的西南農(nóng)學(xué)院(現(xiàn)西南大學(xué))學(xué)習(xí),1953年8月畢業(yè)后分配到湖南省懷化市(原黔陽(yáng)地區(qū))安江鎮(zhèn)的湖南省安江農(nóng)業(yè)學(xué)校(中專)任教。 在這個(gè)位于雪峰山下、沅水河畔,后來(lái)被譽(yù)為 “雜交水稻發(fā)源地” 的安江農(nóng)校,袁隆平在1964年提出了利用雜種優(yōu)勢(shì)進(jìn)行雜交水稻育種的設(shè)想。 在長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中,人們很早就注意到自然界存在一種被稱作 “雜種優(yōu)勢(shì)” 的普遍現(xiàn)象,即兩個(gè)物種之間或者一個(gè)物種中,具有一定親緣距離的兩個(gè)不同品系間的雜交后代,在生物量或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量上往往表現(xiàn)優(yōu)于親本。如果能夠制備由不同母本和父本組合而成的雜交種子,從中選擇具有生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)或產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)的雜交種子用于生產(chǎn),就可以提高作物產(chǎn)出。水稻是我國(guó)南方最重要的糧食作物,如果可以利用雜種優(yōu)勢(shì)提高稻谷產(chǎn)量,將是一項(xiàng)利國(guó)利民的非凡成就。 然而,雜交水稻的應(yīng)用存在著一道道巨大的 “天塹”。第一個(gè)挑戰(zhàn)在于水稻是自花授粉植物,作為水稻的生殖器官,每一個(gè)稻穗上都有許多小花,每朵小花中既有雌蕊又有雄蕊,穎花打開(kāi)時(shí),花藥開(kāi)裂,將花粉撒落到柱頭上,實(shí)現(xiàn)自花授粉。進(jìn)行雜交育種,必須阻斷自花授粉。 中國(guó)稻作科學(xué)的奠基人丁穎院士,曾用人工辦法給水稻 “去雄”,就是人為地去除每朵小花中的雄蕊,獲得只有雌蕊的 “雌水稻” 以實(shí)現(xiàn)異花授粉。這樣授粉后獲得的種子就是雜交種子。這種手工制備的雜交種子雖然可用于觀察特定組合的子一代是否出現(xiàn)了雜種優(yōu)勢(shì),但顯然無(wú)法大規(guī)模地制備雜交種去用于大面積種植和推廣。 如果有天然雄性不育的植株,異花授粉這個(gè)問(wèn)題便會(huì)迎刃而解。然而,天然雄性不育也意味著這樣的植株產(chǎn)生的后代少之又少,發(fā)現(xiàn)它們的機(jī)會(huì)也就微乎其微。袁隆平一邊在安江農(nóng)校任教,一邊在安江、海南兩地間進(jìn)行尋覓天然雄性不育水稻植株的研究。1964年和1965年,他先后在 “勝利秈”、“矮特號(hào)” 等水稻品種中發(fā)現(xiàn)了6株不能產(chǎn)生可育花粉的雄性核不育株,并觀察到其雌蕊發(fā)育正常、可完成異花授粉,雜交子一代具備優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)象。1966年,他在《科學(xué)通報(bào)》上發(fā)表了《水稻的雄性不孕性》這篇具有里程碑意義的科研論文,提出了通過(guò)雜交水稻提高產(chǎn)量的可能性。 但是,由于這些雄性不育株系均為細(xì)胞核基因隱性突變體,雖然不育性很穩(wěn)定,易于配制出強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合,但由于異交授粉獲得的雜種子一代花粉都是可育的,沒(méi)有生產(chǎn)不育系種子的技術(shù)途徑,故這類不育系無(wú)法應(yīng)用于生產(chǎn)。 在國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)建議下,湖南省及黔陽(yáng)地區(qū)科委于1967年資助袁隆平的雜交水稻研究,并將安江農(nóng)校的兩位優(yōu)秀學(xué)生李必湖、尹華奇配備給袁隆平當(dāng)助手組成 “水稻雄性不育科研小組”。 1970年,袁隆平安排兩位助手到海南三亞的野生稻中尋找雄性不育株。功夫不負(fù)有心人,1970年11月23日,李必湖在一個(gè)野生稻群體中發(fā)現(xiàn)了1株雄性不育株,用常規(guī)水稻授粉,其子一代花粉仍是不育的,為批量生產(chǎn)不育系種子獲得了寶貴的基因源。袁隆平將該類不育系命名為 “野敗” 型不育系,并將制備的不育系種子分發(fā)給全國(guó)30多個(gè)科研單位,由此拉開(kāi)了我國(guó)雜交水稻研究與生產(chǎn)應(yīng)用的序幕。 需要指出的是,一項(xiàng)具體科學(xué)研究成果的獲得雖然具有一定的偶然性,但科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步絕不是偶然的,而是依賴于長(zhǎng)期系統(tǒng)和艱苦卓絕的努力。袁隆平團(tuán)隊(duì)偶然發(fā)現(xiàn)的 “野敗”,不但為雜交水稻的研究帶來(lái)了巨大轉(zhuǎn)機(jī),也是我國(guó)大部分雜交水稻品種培育的基礎(chǔ)。同樣,朱英國(guó)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)艱苦努力,于1972年在海南發(fā)現(xiàn)了雄性不育野生稻并命名為 “紅蓮” 型不育系,豐富了我國(guó)雜交水稻的資源,隨后該類不育系也大面積應(yīng)用于生產(chǎn),促進(jìn)了雜交水稻的發(fā)展。 適合三系雜交稻的天然細(xì)胞質(zhì)雄性不育株系發(fā)現(xiàn)之后,雜交水稻的創(chuàng)制還需要克服一系列的難題。在解決這一系列問(wèn)題的時(shí)候,袁隆平和同時(shí)期的育種家們憑著對(duì)作物育性的遺傳機(jī)理的深刻理解,經(jīng)過(guò)艱苦卓絕的攻關(guān),建立了設(shè)計(jì)精妙的 “三系法” 水稻雜交技術(shù)。 “三系法” 雜交技術(shù)最先在玉米中提出并實(shí)踐,主要設(shè)計(jì)是以細(xì)胞質(zhì)基因突變導(dǎo)致的雄性不育株為母本(即 “不育系”),以細(xì)胞核基因與母本完全相同的可育株(即 “保持系”)為父本進(jìn)行雜交,實(shí)現(xiàn)不育系種子的繁殖;以能夠恢復(fù)花粉育性的可育株為父本(即 “恢復(fù)系”)與不育系雜交,生產(chǎn)具有優(yōu)勢(shì)的雜交種子。 “三系法” 雜交育種,就是要育成配套的不育系、保持系和恢復(fù)系?!叭捣ā?的不育系屬于細(xì)胞質(zhì)基因突變導(dǎo)致雄性不育性,其不育性可以由恢復(fù)系細(xì)胞核中特有的恢復(fù)基因所恢復(fù)。合適的細(xì)胞質(zhì)基因突變與特定的細(xì)胞核恢復(fù)基因配對(duì),才可實(shí)現(xiàn)三系配套,這也是 “野敗” 和 “紅蓮” 的發(fā)現(xiàn)之所以難能可貴的原因所在。 在研究 “三系” 雜交水稻的戰(zhàn)場(chǎng)上,還有許多與袁隆平并肩戰(zhàn)斗的戰(zhàn)友。時(shí)任江西省萍鄉(xiāng)市農(nóng)科所技術(shù)員的顏龍安,是最早到湖南學(xué)習(xí)和被贈(zèng)送 “野敗” 不育種子的科研人員之一,于1972年育出野敗秈型不育系 “珍汕97A” 和 “二九矮4號(hào)A”,1973年育成大面積推廣的強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合 “汕優(yōu)2號(hào)”,實(shí)現(xiàn)秈稻雜交水稻三系配套。1976年雜交水稻開(kāi)始在全國(guó)大面積推廣。
在開(kāi)創(chuàng)了 “三系法” 雜交水稻先河之后,袁隆平并沒(méi)有裹足不前。他和同期育種家們意識(shí)到,“三系法” 設(shè)計(jì)雖然巧妙,但育種周期冗長(zhǎng)、過(guò)程繁雜、操作煩瑣,特別是受恢保關(guān)系的制約對(duì)水稻資源利用低,不利于水稻雜種優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮。尋覓更簡(jiǎn)便、更高效的雜交水稻技術(shù)途徑,成為了雜交水稻研究者的新目標(biāo)。 水稻育種家的創(chuàng)新性思維和勤奮,再次獲得了大自然的慷慨饋贈(zèng)。 1973年,湖北省沔陽(yáng)沙湖原種場(chǎng)雜交水稻專家石明松,在粳稻品種農(nóng)墾58試驗(yàn)田中發(fā)現(xiàn)了一株不育株,按三系法進(jìn)行選育不育系失敗后,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)該不育株在當(dāng)?shù)?月3日以前抽穗 “雄性不育”,此后抽穗則可育。1981年,石明松提出了 “兩用不育系” 的概念,隨后經(jīng)多個(gè)單位的協(xié)作研究證明該不育系的花粉育性受光周期調(diào)控,并命名為光敏核不育系農(nóng)墾58S,開(kāi)啟了 “兩系法” 雜交水稻技術(shù)研究的新紀(jì)元。 所謂 “兩用”,就是在長(zhǎng)日照季節(jié)作為不育系(母本)與具有優(yōu)良性狀的父本雜交,制備供生產(chǎn)上使用的雜交種子,而在短日照季節(jié)自交繁殖不育系種子?!皟上捣ā?不僅省掉了三系中的保持系,簡(jiǎn)化了種子生產(chǎn)程序,并且能夠?qū)崿F(xiàn)配組自由,與三系相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。 1987年,安江農(nóng)校袁隆平、李必湖的助手鄧華鳳,在秈稻中發(fā)現(xiàn)了秈稻兩用不育系。在發(fā)現(xiàn)粳稻和秈稻兩用核不育系的基礎(chǔ)上,袁隆平正式提出了我國(guó)雜交水稻從 “三系” 到 “兩系” 的發(fā)展戰(zhàn)略。 然而,天有不測(cè)風(fēng)云。1989年長(zhǎng)江流域出現(xiàn)了罕見(jiàn)的盛夏低溫天氣,試驗(yàn)田中剛剛開(kāi)始推廣的兩用不育系出現(xiàn)了嚴(yán)重的育性轉(zhuǎn)換,導(dǎo)致雜交種制備失敗。這一事件使得許多從事兩系雜交水稻研究的專家,感到兩用不育系育性不可控,認(rèn)為兩系雜交稻技術(shù)是個(gè)死胡同。 關(guān)鍵時(shí)刻,袁隆平?jīng)]有退卻,他痛定思痛地分析了兩系雜交稻的一些問(wèn)題,認(rèn)識(shí)到這種材料的育性變化不僅與光照相關(guān),還和溫度密不可分,洞察到不育系的核心問(wèn)題在于其育性波動(dòng)的溫度臨界點(diǎn)。袁隆平思路清晰的科學(xué)態(tài)度和鍥而不舍的執(zhí)著堅(jiān)持,挽救了一度陷入危局的兩系雜交技術(shù)研發(fā),最終通過(guò)不斷選育具有更低溫度臨界點(diǎn)的不育系解決了這一難題。 1995年兩系雜交水稻開(kāi)始大面積推廣應(yīng)用,隨后在袁隆平超級(jí)稻理想株葉型理論的指導(dǎo)下,培育出了一大批超級(jí)雜交稻。特別是1998年,雜交水稻專家楊遠(yuǎn)柱研究員選育的株1S,因不育臨界溫度低于23℃而為兩系法安全制種提供了新資源,促進(jìn)了兩系法雜交水稻的穩(wěn)步發(fā)展。 2013年,經(jīng)歷了重重考驗(yàn)的 “兩系法雜交水稻技術(shù)研究與應(yīng)用”,榮膺國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)的殊榮。在50人的獲獎(jiǎng)名單中,袁隆平排名第一,石明松排名第二,鄧華鳳排名第三。兩系法雜交水稻在理論和應(yīng)用中的突破,完善了袁隆平領(lǐng)銜研發(fā)的超級(jí)雜交稻技術(shù)體系,使我國(guó)雜交水稻研究與應(yīng)用牢牢占據(jù)了世界領(lǐng)先地位。 上文提到了 “超級(jí)稻”,這里補(bǔ)充一個(gè)背景,“超級(jí)稻” 是國(guó)際水稻研究所(位于菲律賓)于1989年啟動(dòng)的一項(xiàng)水稻選育研究,目標(biāo)是到2000年育成每公頃產(chǎn)量達(dá)到12噸的超級(jí)水稻品種。 而我國(guó)的超級(jí)稻研究,于1996年立項(xiàng),1997年啟動(dòng),由袁隆平擔(dān)任首席科學(xué)家,原計(jì)劃在第四期,也就是2016到2020年期間實(shí)現(xiàn)每公頃15噸的產(chǎn)量。就在2015年10月,袁隆平及其團(tuán)隊(duì)選育的 “超優(yōu)千號(hào)”,在位于湖南衡東縣的超級(jí)稻示范基地達(dá)成了每公頃16噸的產(chǎn)量,連同之前云南個(gè)舊、河南信陽(yáng)百畝超級(jí)稻示范地每公頃產(chǎn)量16噸的記錄,使得第四期超級(jí)稻計(jì)劃提前超額完成。 超級(jí)稻的育成,鼓舞了中國(guó)乃至全球育種家的士氣,使得育種學(xué)家堅(jiān)定了通過(guò)現(xiàn)代育種技術(shù)解決全球糧食安全問(wèn)題的信心。 袁隆平院士積極促成中國(guó)雜交稻走出國(guó)門,從20世紀(jì)80年代以來(lái),通過(guò)舉辦雜交水稻國(guó)際培訓(xùn)班,培訓(xùn)了來(lái)自40多個(gè)發(fā)展中國(guó)家的政府官員和農(nóng)技專家。他還多次赴印度、越南等國(guó)傳授雜交水稻技術(shù),幫助東南亞和部分非洲國(guó)家培育高產(chǎn)雜交稻,以解決當(dāng)?shù)氐募Z食短缺和饑餓問(wèn)題。由于他的不懈努力,如今雜交水稻技術(shù)已被全球60多個(gè)國(guó)家引進(jìn),年種植面積超過(guò)800萬(wàn)公頃,產(chǎn)量比當(dāng)?shù)仄贩N明顯提高。 沃爾夫獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)在2004年就稱:“在他(袁隆平)的領(lǐng)導(dǎo)下,來(lái)自不同研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)的數(shù)百名科學(xué)家,經(jīng)過(guò)10年的合作研究,使水稻產(chǎn)量總體提高了20%,中國(guó)的水稻產(chǎn)量提高了50%?!?/p> 袁隆平不僅是水稻傳統(tǒng)育種的大家,對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展也特別關(guān)注,積極支持和推動(dòng)現(xiàn)代生物技術(shù)在作物育種中的應(yīng)用。對(duì)這一點(diǎn),筆者感觸良多。在袁隆平的影響下,筆者自上世紀(jì)末開(kāi)始關(guān)注雜種優(yōu)勢(shì)分子機(jī)理與雜交技術(shù)的研究,一個(gè)重點(diǎn)目標(biāo)就是針對(duì) “三系法” 配組不自由、“兩系法” 制種不夠安全的技術(shù)問(wèn)題,探究新的水稻雜種優(yōu)勢(shì)利用技術(shù)途徑。 以往的研究表明,細(xì)胞核隱性雄性不育材料的不育性穩(wěn)定,雜交制種安全,且配組自由,其技術(shù)障礙是無(wú)法生產(chǎn)不育系種子。我們的核心思路和目標(biāo),是發(fā)掘細(xì)胞核隱性雄性不育材料和基因,攻克細(xì)胞核隱性雄性不育系種子繁殖技術(shù)難題,創(chuàng)建雜交水稻安全高效生產(chǎn)技術(shù)體系。我們將研究這類新型不育系的構(gòu)想和技術(shù)路線向袁隆平當(dāng)面匯報(bào),被袁先生稱為繼 “三系”、“兩系” 之后的“第三代雜交育種技術(shù)(G3育種技術(shù))”。我們的技術(shù)方案 “水稻智能不育分子設(shè)計(jì)技術(shù)研究及新型不育系的創(chuàng)制” 作為科技部863重大專項(xiàng)在 “十一五” 期間得以啟動(dòng),2008年開(kāi)始研發(fā)。 當(dāng)我們研究取得初步結(jié)果時(shí), 2009年9月2日,我們請(qǐng)?jiān)壬轿挥陂L(zhǎng)沙雷鋒鎮(zhèn)的實(shí)驗(yàn)田中指導(dǎo)工作。還記得,袁先生頭頂烈日,十分專注地考察不育系群體的各項(xiàng)性狀,對(duì)科研進(jìn)展給予了充分肯定,同時(shí)也給出許多重要建議。還記得,袁先生在我們的實(shí)驗(yàn)田中被當(dāng)?shù)厝罕娬J(rèn)出,瞬間田野里聚滿了興高采烈的農(nóng)民朋友。筆者深深地感受到人民群眾對(duì)袁先生是多么敬愛(ài),從事雜交水稻事業(yè)又是多么光榮! 在袁先生的關(guān)心和支持下,該研究也獲得了湖南省科技廳重大專項(xiàng)的資助。2011年9月大運(yùn)會(huì)前夕,袁先生來(lái)到我們位于深圳的研究場(chǎng)所,親自考察雜交水稻第三代技術(shù)的進(jìn)展情況。2012年4月5日,袁先生再一次來(lái)到我們位于海南三亞的基地,親自了解雜交水稻第三代技術(shù)的新進(jìn)展。通過(guò)這些交流,筆者真切感受到了袁先生對(duì)雜交水稻的熱愛(ài)和精益求精的追求。 2011年9月大運(yùn)會(huì)前夕,袁隆平先生來(lái)到鄧興旺團(tuán)隊(duì)位于深圳的研究場(chǎng)所。 2012年4月5日,袁隆平先生來(lái)到鄧興旺團(tuán)隊(duì)位于海南三亞的基地,了解水稻第三代雜交育種技術(shù)進(jìn)展。 隨后,筆者的研究團(tuán)隊(duì)在這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)上陸續(xù)取得了關(guān)鍵環(huán)節(jié)的突破,已經(jīng)構(gòu)建了具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)體系,并已獲得多個(gè)達(dá)到應(yīng)用水平、表現(xiàn)突出的第三代新型不育系和優(yōu)勢(shì)組合,目前這些新品種正在等待品種審定。近期,袁隆平團(tuán)隊(duì)在第三代雜交水稻超高產(chǎn)育種中也取得了重大突破。我們堅(jiān)信,第三代雜交水稻必將為我國(guó)糧食安全作出更大貢獻(xiàn)。 今天,斯人已逝,音容宛在,袁隆平先生開(kāi)創(chuàng)的超級(jí)稻事業(yè)還方興未艾,他對(duì)世界糧食安全作出的卓越貢獻(xiàn)將永載史冊(cè)。了解袁隆平先生的人都知道,他一生最大的夢(mèng)想不是榮譽(yù)、證書(shū)和獎(jiǎng)金,而是感動(dòng)了無(wú)數(shù)人的雜交水稻覆蓋全球夢(mèng)。正如《感動(dòng)中國(guó)》2004年度人物頒獎(jiǎng)詞所說(shuō):“他是一位真正的耕耘者。當(dāng)他還是一個(gè)鄉(xiāng)村(中專)教師的時(shí)候,已經(jīng)具有顛覆世界權(quán)威的膽識(shí);當(dāng)他名滿天下的時(shí)候,卻仍然只是專注于田疇,淡泊名利,一介農(nóng)夫,播撒智慧,收獲富足。他畢生的夢(mèng)想,就是讓所有的人遠(yuǎn)離饑餓?!?/p> 我們紀(jì)念袁隆平先生,不僅是致敬他引領(lǐng)了中國(guó)雜交水稻技術(shù)發(fā)展的方向,感恩他影響了一代又一代把論文寫在中國(guó)大地上的育種家,緬懷他為世界糧食安全和民族種業(yè)發(fā)展所作的卓越貢獻(xiàn),更要傳承他心系蒼生的家國(guó)情懷,勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度,矢志不渝的奮斗精神和艱苦樸素的高尚品格。 (作者感謝周君莉博士和陳良碧教授對(duì)文稿提出寶貴的修改意見(jiàn)。) 鄧興旺為北京大學(xué)講席教授、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院院長(zhǎng); 李磊為北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員。 制版編輯 | 盧卡斯 |
|