2000年,2004年,2011年,2014年。 700公斤,800公斤,900公斤,1000公斤。 兩組對(duì)應(yīng)數(shù)字,一個(gè)攻關(guān)目標(biāo)。 1996年,我國(guó)啟動(dòng)“中國(guó)超級(jí)稻育種項(xiàng)目”。最初,計(jì)劃分兩期,到2000年、2005年,分別育成畝產(chǎn)可達(dá)700公斤和800公斤的水稻品種。 可“計(jì)劃”沒能趕上“變化”。超級(jí)雜交水稻的“故事”開了個(gè)頭,就沒有結(jié)束。 中稻畝產(chǎn)900公斤、1000公斤、1100公斤,雙季稻畝產(chǎn)1500公斤……在以中國(guó)工程院院士袁隆平為首的科研人員不懈努力下,我國(guó)超級(jí)雜交水稻畝產(chǎn)產(chǎn)量,不斷跟自己的成績(jī)“PK”,一次次刷新著自己創(chuàng)下的世界紀(jì)錄,保障著國(guó)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(yàn)示范衡南基地測(cè)產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)待收割的水稻 今天的中國(guó),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(yàn)”。歲月靜好的生活中,人們知否,中國(guó)科學(xué)家在人類反饑餓史上奮斗的歷程? 這篇論文半個(gè)多世紀(jì)后仍光彩熠熠 “一株小小的水稻,解決了全中國(guó)乃至世界人民的吃飯問題。開啟我國(guó)水稻育種雜種優(yōu)勢(shì)利用序幕的,則是袁隆平先生1966年發(fā)表的一篇標(biāo)志性論文。”《科學(xué)通報(bào)》編審彭斌曾如此評(píng)價(jià)。 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(fā)表在了《科學(xué)通報(bào)》中文版第17卷第4期。4月15日,經(jīng)《科學(xué)通報(bào)》編輯部摘譯的英文版,發(fā)表在其外文版第17卷第7期。 誰(shuí)也不曾想,這樣一篇挑戰(zhàn)經(jīng)典理論、“驚世駭俗”的論文,竟然直到今天,都被科研應(yīng)用證實(shí)著它的正確性。 這是一次對(duì)水稻育種“禁區(qū)”跨越的“預(yù)測(cè)”。有了它,才有了后來我國(guó)雜交水稻育種與產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,為我國(guó)乃至世界糧食安全作出了巨大貢獻(xiàn)。 “水稻具有雜種優(yōu)勢(shì)”“要利用水稻雜種優(yōu)勢(shì),首推利用水稻的雄性不孕性”“通過進(jìn)一步選育,有望找到雄性不育系、保持系和恢復(fù)系,實(shí)現(xiàn)三系配套,使利用雜交水稻第一代優(yōu)勢(shì)成為可能,并將給水稻帶來大幅增產(chǎn)”,《水稻的雄性不孕性》一文中如此開宗明義。 ![]() 圖片來源:《中國(guó)科學(xué)》雜志社 結(jié)論的背后,是袁隆平及若干水稻科研工作者的“初體驗(yàn)”。 “做系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)了一株顆粒飽滿、有10多個(gè)8寸長(zhǎng)稻穗、長(zhǎng)勢(shì)猶如“瀑布”的稻株。因?yàn)樗摹苞Q立雞群”,袁隆平自認(rèn)找到了“良種”。小心翼翼地做標(biāo)記、培育,他期待著自己的“寶貝疙瘩”,來年奉上畝產(chǎn)試驗(yàn)的大增收。 怎知第二年,他滿心期盼的“良種”,抽穗?yún)s參差不齊。 沮喪的袁隆平,獨(dú)自坐在田埂上,望著稻株發(fā)呆。期間,竟突然來了靈感:自花授粉的水稻,出現(xiàn)了雜種后代才有的“分離”現(xiàn)象,是否說明自花授粉作物可能也有雜種優(yōu)勢(shì)? 想到這里,他趕緊記載和反復(fù)統(tǒng)計(jì)稻穗?yún)⒉畈积R的分離比例。3∶1!完全符合孟德爾分離規(guī)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(shí)存在雜種優(yōu)勢(shì)! 雜種優(yōu)勢(shì),本是生物界普遍存在的現(xiàn)象。但根據(jù)遺傳學(xué)經(jīng)典理論及當(dāng)時(shí)國(guó)際上的普遍觀點(diǎn),水稻作為花器很小的自花授粉作物,并無雜種優(yōu)勢(shì)。 可即便自己的結(jié)論與當(dāng)時(shí)的權(quán)威相悖,他依然堅(jiān)持著自己的想法。他和其他科研人員一起,每天風(fēng)吹日曬,在幾千、幾萬(wàn)株稻穗里“尋他千百度”。據(jù)記載,僅1964年、1965年,他們就檢查了幾十萬(wàn)株稻穗,并反復(fù)試驗(yàn)和積累,最終發(fā)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(lǐng)域的開創(chuàng)性工作,指明了雜交水稻育種發(fā)展的戰(zhàn)略方向,對(duì)后來全國(guó)雜交水稻育種和發(fā)展的協(xié)作攻關(guān),具有永恒的指導(dǎo)性?!敝袊?guó)水稻研究所所長(zhǎng)程式華說。 1971年,我國(guó)科學(xué)家育成雄性不育系。1973年,我國(guó)科學(xué)家找到三系配套模式,成立了“全國(guó)雜交水稻研究協(xié)作組”。1976年,我國(guó)成功實(shí)現(xiàn)三系配套大規(guī)模制種。前后只有6年時(shí)間,這是讓人驚訝的中國(guó)速度。 1976年,袁隆平(右)與同事李必湖在觀察雜交水稻生長(zhǎng)情況。 1981年6月6日,因?yàn)檫@一杰出貢獻(xiàn),新中國(guó)第一個(gè)特等發(fā)明獎(jiǎng)授予了全國(guó)秈型雜交水稻科研協(xié)作組。 事實(shí)上,受論文啟發(fā),雜交水稻的研究也逐步在國(guó)外興起。1977年,國(guó)際水稻研究所啟動(dòng)雜交水稻研究項(xiàng)目;上世紀(jì)90年代初,項(xiàng)目擴(kuò)展到南亞、東南亞諸國(guó);1991年,國(guó)際水稻所在菲律賓育成并釋放了首個(gè)國(guó)外的商業(yè)化雜交水稻品種…… 他們的科研也曾遭遇“滅頂之災(zāi)” “別看今天中國(guó)超級(jí)雜交水稻技術(shù)引人矚目,但攻關(guān)過程與其他科研一樣,也免不了'挨打’'走錯(cuò)路’。”湖南雜交水稻研究中心原黨委書記謝長(zhǎng)江,曾對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者這樣吐槽。 中國(guó)雜交水稻技術(shù),在世界科技發(fā)展史上都是濃墨重彩的一筆。它也是保障國(guó)家糧食安全的“國(guó)寶”,解決十幾億人口吃飯問題的“重器”。但雜交水稻技術(shù)的攻關(guān)之路,也并非“順風(fēng)順?biāo)?。比如,三系法育種之后的兩系法攻關(guān),就曾讓兩系雜交水稻技術(shù)研究差點(diǎn)被終止。 所謂兩系法雜交水稻育種技術(shù),是建立在一種光溫敏雄性不育系基礎(chǔ)上的育種技術(shù)。與之前的三系法雜交水稻育種技術(shù)相比,作為“母親”的光溫敏不育系,同時(shí)充當(dāng)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(fā)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(huì)堂,超級(jí)雜交水稻再一次獲頒“2013年度國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)”。獲獎(jiǎng)理由就是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)了“兩系法雜交水稻技術(shù)”。這也是直到現(xiàn)在,我國(guó)超級(jí)雜交水稻育種的常用技術(shù)之一。 就是這項(xiàng)有如此地位的成果,但卻在1989年“偶遇”盛夏低溫時(shí),遭遇嚴(yán)重挫折,因而差點(diǎn)被全盤否定。 研究之初,科研人員對(duì)這位“母親”的育性轉(zhuǎn)換習(xí)性并未完全了解。直到1989年,我國(guó)盛夏一場(chǎng)罕見低溫的出現(xiàn)。 這場(chǎng)低溫中,“母親”表現(xiàn)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(dǎo)致當(dāng)年全國(guó)兩系法制種大面積失敗。一時(shí)間,科研界普遍“唱衰”兩系育種,研究甚至一度被國(guó)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(diào)整選育不育系技術(shù)策略,最終發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致雄性不育的“臨界溫度點(diǎn)”,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(xiàng)育種技術(shù)的重大突破,也讓我國(guó)雜交水稻研究水平繼續(xù)領(lǐng)跑世界。 中國(guó)雜交水稻全球夢(mèng)“步步驚心” 1979年,袁隆平應(yīng)邀到菲律賓出席國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議作大會(huì)報(bào)告,這是我國(guó)首次將雜交水稻研究成果向國(guó)際社會(huì)公開。此后,中國(guó)雜交水稻開始走向世界。 沒有幾個(gè)人知道,中國(guó)雜交水稻走向國(guó)際的幕后,是怎樣的“步步驚心”。對(duì)此,袁隆平曾這樣回憶:“在緬甸中央農(nóng)業(yè)研究院的水稻實(shí)驗(yàn)室,我和我的學(xué)生在田里工作。因?yàn)榫挼槿诵欧鸩粴⑸锢锏教幎际茄坨R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(zhēng)……” ![]() 圖片來源:湖南省農(nóng)科院 就是在這樣的境況下,若干年前,尼日利亞的水稻生長(zhǎng)黃金季,一群來自長(zhǎng)沙的稻作專家,打“飛的”到當(dāng)?shù)?,?shí)施萬(wàn)畝雜交水稻的規(guī)?;N植。最初,在當(dāng)?shù)剡x一塊能種上百畝稻田的“風(fēng)水寶地”,都能讓專家們前后忙碌一周多?,F(xiàn)在的這里,已能種植出產(chǎn)量比當(dāng)?shù)仄贩N翻倍的超2萬(wàn)公頃的雜交水稻…… 今天,從美國(guó)大農(nóng)場(chǎng),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(guó)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(gè)國(guó)家成功示范,并在10多個(gè)國(guó)家大面積推廣。 如今,在每年的收獲時(shí)節(jié),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(mèng)想也成為了他們夢(mèng)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(jí)稻攻關(guān)成功,到第二期超級(jí)稻攻關(guān)成功,時(shí)間間隔4年。第三期超級(jí)稻攻關(guān)成功,到第四期超級(jí)稻攻關(guān)成功,相隔3年。但從第二期超級(jí)稻攻關(guān)成功,到第三期超級(jí)稻攻關(guān)成功,花了7年時(shí)間。你知道為什么嗎?”6月8日,長(zhǎng)沙,雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任鄧啟云在他的辦公室里,向科技日?qǐng)?bào)記者問了這樣一個(gè)聽起來有點(diǎn)繞口的問題。 鄧啟云所說的是1996年我國(guó)啟動(dòng)的“中國(guó)超級(jí)稻育種項(xiàng)目”。根據(jù)這一項(xiàng)目計(jì)劃,要在既定時(shí)間內(nèi),完成相應(yīng)的超級(jí)雜交水稻品種百畝連片攻關(guān)的平均畝產(chǎn)攻關(guān)目標(biāo)。 ![]() 受訪者供圖 項(xiàng)目總共實(shí)施了4期。在2000年、2004年、2011年和2014年,中國(guó)工程院院士袁隆平團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了百畝連片畝產(chǎn)突破700公斤、800公斤、900公斤和1000公斤的目標(biāo),一度成為業(yè)界的傳奇。 “從畝產(chǎn)700公斤跨越到畝產(chǎn)800公斤,我們過了一個(gè)坎兒。從畝產(chǎn)800公斤到畝產(chǎn)900公斤,聽起來只是100公斤的差別。但再提升100公斤畝產(chǎn)量,絕不是輕松的事情?!编噯⒃普f。 他告訴記者,第一期和第二期超級(jí)稻代表性品種,都源自同一個(gè)父本,是“同父異母”的兄弟。“但從800公斤跨越到900公斤,我們有幾個(gè)新挑戰(zhàn),一是要實(shí)現(xiàn)父本種質(zhì)資源的創(chuàng)新突破。二是亟須尋找摸索出新技術(shù)路線。幸運(yùn)的是,我們最終找到了一種'動(dòng)態(tài)理想株型+全株理想株型+亞種間雜種優(yōu)勢(shì)利用’的新技術(shù)路線。路線摸清楚了,后續(xù)攻關(guān)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(xiàng)任務(wù):理想株型光合優(yōu)勢(shì)及形態(tài)性狀遺傳規(guī)律研究。即探索通過理想株型育種提高水稻品種產(chǎn)量潛力的理論和技術(shù)路徑。 在前期研究中,鄧啟云發(fā)現(xiàn),形態(tài)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(jīng),袁隆平院士研究出了一種經(jīng)典的超級(jí)稻冠層理想株型模型。但要在800公斤的超高產(chǎn)基礎(chǔ)之上進(jìn)一步提高產(chǎn)量,他發(fā)現(xiàn)不僅要充分利用這一優(yōu)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(tài)都要優(yōu)良。同步進(jìn)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(dòng)態(tài)理想株型。 帶著這樣的目標(biāo),鄧啟云和他的學(xué)生一道,做了大量實(shí)驗(yàn)和研究,其中就包括對(duì)水稻全生育期株型特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定、數(shù)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(cè)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(dòng)態(tài)理想株型+全株理想株型’的數(shù)據(jù),我們就有整整超過7G的硬盤存儲(chǔ)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(chuàng)制的新父本所選育的Y兩優(yōu)2號(hào)新品種育成。3年后的2011年,基于這一高產(chǎn)新品種,中國(guó)超級(jí)雜交稻育種項(xiàng)目第三期攻關(guān)目標(biāo)成功實(shí)現(xiàn)。 大事記
原農(nóng)業(yè)部設(shè)立“中國(guó)超級(jí)稻育種”項(xiàng)目。
袁隆平院士提出了超級(jí)雜交稻育種的理論和技術(shù)路線,論文《雜交水稻超高產(chǎn)育種》在《雜交水稻》1997年第6期上發(fā)表。
由湖南雜交水稻研究中心與江蘇農(nóng)科院合作選育的兩優(yōu)培九,畝產(chǎn)達(dá)700公斤,圓滿實(shí)現(xiàn)第一期目標(biāo)。
由湖南雜交水稻研究中心選育的兩系超級(jí)雜交中稻,實(shí)現(xiàn)畝產(chǎn)800公斤,第二期育種目標(biāo)提前實(shí)現(xiàn)。
“Y兩優(yōu)2號(hào)”平均畝產(chǎn)為926.6公斤,標(biāo)志著超級(jí)雜交稻第三期攻關(guān)獲得重大突破。
“Y兩優(yōu)900”平均畝產(chǎn)達(dá)1026.7公斤。第四期攻關(guān)圓滿完成。
第三代雜交水稻新組合試驗(yàn)示范基地晚稻測(cè)產(chǎn)結(jié)果出爐,成功實(shí)現(xiàn)了雙季稻畝產(chǎn)1500公斤的攻關(guān)目標(biāo)。 ?。▏?guó)家雜交水稻工程技術(shù)研究中心栽培室主任李建武搜集整理) |
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