禾下追夢五十載——攻克雜交水稻難關(guān)50年來的福建貢獻(xiàn)

　　今年是中國攻克雜交水稻難關(guān)50周年。

　　半個(gè)世紀(jì)以來，雜交水稻技術(shù)助力中國用不足全球9%的耕地，解決了世界近五分之一人口的吃飯問題。

　　日前，“稻谷飄香，禾下追夢——中國攻克雜交水稻難關(guān)50周年”展覽在中國科技館開幕。中科院院士、福建省農(nóng)科院研究員謝華安，深情講述“禾下追夢”的艱難歷程與動人故事。

　　風(fēng)云五十載，福建雜交水稻研究成績斐然，為種業(yè)創(chuàng)新與糧食安全作出卓越貢獻(xiàn)。在水稻夏種忙季，我們探訪福建老中青三代育種家，探尋關(guān)于雜交水稻的光榮與夢想。

　　從大協(xié)作時(shí)代走來

　　談到雜交水稻，不能不提遺傳學(xué)中的一個(gè)重要理論——雜種優(yōu)勢。

　　這種遺傳現(xiàn)象可形象地理解為：父母各有所長，孩子揚(yáng)長避短，且更勝一籌。但優(yōu)勢只能維持一代，到了孫輩就會變得參差不齊，好壞參半。

　　20世紀(jì)以來，玉米、高粱等農(nóng)作物已廣泛利用雜種優(yōu)勢，但水稻領(lǐng)域遲遲難以突破。原因很簡單：水稻雌雄同花，花器極小，主要靠自花授粉繁殖。要人工授粉，必須手動去除雄蕊。生產(chǎn)上，一畝田用種幾萬粒，全靠人工去雄，無異于天方夜譚。因此，不少人斷言，水稻不具備雜種優(yōu)勢。

　　1960年，袁隆平在湖南黔陽農(nóng)校大片揚(yáng)花稻田中，發(fā)現(xiàn)一株鶴立雞群的水稻，并判定這是自然雜交的產(chǎn)物。水稻不具備雜種優(yōu)勢的偏見，不攻自破。

　　后來，他又提出三系配套的設(shè)想：首先選育雄性不育系。這種水稻花粉敗育，自交不結(jié)實(shí)；雌蕊正常，能接收外來花粉。再為不育系找兩任“丈夫”——保持系和恢復(fù)系。保持系與不育系的后代依然不育，以此擴(kuò)繁不育系；恢復(fù)系與不育系的后代，能正常結(jié)種子。這樣，不用人工去雄，就能批量授粉制種了。

　　1970年，袁隆平團(tuán)隊(duì)在海南三亞南湖農(nóng)場，找到了一株雄花不育的野生稻。它就是后來眾多雜交水稻的共同祖先——“野敗”。

　　覓得天然不育株后，就要通過雜交，將其不育基因轉(zhuǎn)移到栽培稻中，轉(zhuǎn)育出不育系，再為其“牽紅線”，匹配保持系和恢復(fù)系。茫茫稻海，促成一段“姻緣”，談何容易。于是，全國各地的育種工作者齊聚海南，開啟了一場聲勢浩大的“海選”。

　　1971年，一場由13個(gè)省份共同參與的雜交水稻大協(xié)作啟動。這年9月，“福建省水稻雄性不育與雜種優(yōu)勢利用研究協(xié)作組”成立?，F(xiàn)已退休的省農(nóng)科院水稻研究所研究員雷捷成是協(xié)作組成員之一。

　　“那是一場舉國聯(lián)動、互助共享的大協(xié)作?！?6歲的雷捷成還記得，袁隆平團(tuán)隊(duì)無私地將“野敗”材料分發(fā)給各地科研人員。福建協(xié)作組每次去海南，總要挨個(gè)拜訪每個(gè)省份的基地，交換各自育種材料。

　　1971年冬天，福建協(xié)作組成員楊聚寶，從湖南同行處獲得一蔸珍貴的稻頭。這個(gè)稻頭正是“野敗”和栽培稻“廣矮3784”的雜交后代。之后，他們又從安徽基地討來早秈稻品種“V41”。

　　等到開春，稻頭再生萌芽、抽穗、開花，協(xié)作組將其與“V41”測交。結(jié)出的種子，長出了4株水稻，3株可育，1株不育。選擇不育株，與“V41”回交，后代中再選不育株，再回交……春天在福州城郊，夏天在漳州云霄，冬天在海南三亞，如此往復(fù)。1975年，經(jīng)過8輪回交，后代已能實(shí)現(xiàn)百分之百不育。

　　這也就意味著，“野敗”的不育基因被固定到了“V41”中。福建協(xié)作組由此選育出了第一個(gè)不育系——“V41A”。與之回交的“V41”，也就成了它的第一任“丈夫”——保持系“V41B”。隨后，他們又通過大量測交篩選，為“V41A”找到了第二任“丈夫”——“IR24”“IR661”“IR26”等恢復(fù)系，最終撮合成了“跨國聯(lián)姻”——選育出“四優(yōu)2號”“四優(yōu)3號”“四優(yōu)6號”等雜交組合。

　　雜交水稻的星星之火

　　這期間，全國各地的科研人員也相繼攻克三系配套難關(guān)。1973年召開的全國水稻科研會議上，袁隆平發(fā)表《利用“野敗”選育“三系”的進(jìn)展》，宣告中國秈型雜交水稻三系配套成功。

　　在全國第一批不育系中，“V41A”是當(dāng)之無愧的“賢妻良母”。

　　“它不育性穩(wěn)定，配合力強(qiáng)，開花性能好，柱頭外露程度高，容易接受外來花粉?！崩捉莩烧f，不育系通常有“包頸”現(xiàn)象，也就是一大截稻穗包裹在葉鞘中無法外露，就像被卡住了脖頸，稻穗上的穎花無法順利接受來自父本的花粉。解決方法是人工剝苞，或噴施植物生長調(diào)節(jié)劑。但“V41A”少有“包頸”問題，出了名的好制種，因此成為當(dāng)時(shí)全國四大不育系之一。

　　三系配套難關(guān)已過，雜交水稻推廣正當(dāng)其時(shí)。

　　1975年，省委農(nóng)辦發(fā)文，要求各地組織南繁隊(duì)伍，赴海南三亞學(xué)習(xí)雜交水稻制種。這年冬天，雷捷成再次來到三亞找地、租房，迎接全省各地?cái)?shù)百人組成的南繁大軍，承擔(dān)起技術(shù)指導(dǎo)的職責(zé)。

　　由于雜種優(yōu)勢只表現(xiàn)在子一代，雜交水稻不能像常規(guī)稻一樣留種，否則后代將出現(xiàn)“歪瓜裂棗”。因此，只能年年在田間穿插種植父母本，即恢復(fù)系和不育系。等到花期相遇，人工拉花趕粉，使父本的花粉彈出，均勻散落到母本的花柱上。父母本生長周期不同步，要做到花期相遇，就得算好日子，錯期種植，后續(xù)還要通過水肥管理等手段，動態(tài)調(diào)整各自長速。長快了，適度烤田；長慢了，多施肥，多灌水。

　　在海南南繁基地，雷捷成等專家為各地南繁隊(duì)集中授課，到田頭手把手指導(dǎo)技術(shù)要領(lǐng)。后來，他們還編了本技術(shù)手冊，全省分發(fā)。

　　那一年，福建在三亞共制種2000畝。1976年春天，1.2萬斤種子經(jīng)由空運(yùn)送抵漳州，再分發(fā)給各地區(qū)。各地選派的南繁人員，也帶著制種技術(shù)回到各自故鄉(xiāng)，成為雜交水稻推廣的先行軍。也是這一年，農(nóng)業(yè)部在廣州召開秈型雜交稻推廣會議，決定在南方稻區(qū)大面積推廣雜交水稻。

　　“四優(yōu)2號”是那時(shí)福建主推品種。1978年，當(dāng)時(shí)的龍?？h汕后大隊(duì)種植750畝該品種，實(shí)現(xiàn)畝產(chǎn)575公斤；黎明大隊(duì)早季畝產(chǎn)790.4公斤，晚季803.9公斤。

　　雜交水稻技術(shù)的推廣被認(rèn)為是“第二次綠色革命”?！暗谝淮尉G色革命”發(fā)生在上世紀(jì)五六十年代，矮稈水稻取代高稈水稻，使我國水稻產(chǎn)量整體提升了30%。這一次，全國水稻再次增產(chǎn)20%。

　　從此，雜交水稻，猶如星星之火，在福建田間呈燎原之勢。歷史數(shù)據(jù)顯示：1976年全省種植雜交水稻5萬畝，1977年248萬畝，1978年800萬畝。

　　不育系“V41A”及其組合隨之被各個(gè)省份廣泛引種，還走出國門。其中，“四優(yōu)6號”以4萬元的價(jià)格，轉(zhuǎn)讓給美國圓環(huán)公司。

　　1981年，三系法秈型雜交水稻全體發(fā)明人被授予國家技術(shù)發(fā)明獎特等獎，其中也包括福建協(xié)作組成員。這是新中國成立以來國家頒發(fā)的第一個(gè)特等發(fā)明獎。

　　拯救雜交水稻命運(yùn)

　　令人始料未及的是，僅僅過了幾年，稻瘟病大流行，將成長中的雜交水稻產(chǎn)業(yè)帶入至暗時(shí)刻。

　　稻瘟病是一種由子囊菌引發(fā)的真菌病害，水稻三大病害之首。爆發(fā)時(shí)，猶如一場無煙火災(zāi)從稻田掠過，所到之處，輕則減產(chǎn)，重則絕收。稻農(nóng)撒石灰、燒田塊、噴農(nóng)藥，根本無濟(jì)于事。在“稻魔”面前，第一代雜交水稻不堪一擊。

　　高溫高濕的福建稻區(qū)，更是稻瘟病高發(fā)區(qū)。僅1981年，全省早稻便失收近20萬畝，損失稻谷1.5億多斤。當(dāng)時(shí)還在三明市農(nóng)科所工作的謝華安參與災(zāi)情調(diào)研時(shí)，看見一名種植戶種了11.5畝稻子，只剩下田埂邊的零星稻株，“邊流眼淚邊指著稻田說，放三只雞下去都吃不飽”。

　　雜交水稻產(chǎn)業(yè)慘遭重創(chuàng)。一些稻農(nóng)戲稱“千斤長相，八百斤產(chǎn)量”“前勁有余，后勁不足”。許多雜交稻種子被封存，農(nóng)民重新種回常規(guī)稻，全國雜交稻種植面積銳減。

　　在這樣的背景下，福建組織全省水稻育種攻關(guān)。

　　作為當(dāng)時(shí)三明地區(qū)南繁領(lǐng)導(dǎo)小組組長，謝華安很早就意識到，第一代雜交水稻雜種優(yōu)勢顯著，株葉形態(tài)漂亮，但可能不抗稻瘟病。比如，“南優(yōu)2號”在苗期就出現(xiàn)了明顯的稻瘟病病斑。彼時(shí)，國內(nèi)使用的恢復(fù)系大多從國際水稻研究所引進(jìn)。謝華安下定決心：“一定要選育出中國自己的抗稻瘟病強(qiáng)恢復(fù)系?！?/p>

　　1977年，他開始廣泛收集恢復(fù)系品種，開展大量雜交試驗(yàn)。遠(yuǎn)隔重洋的兩個(gè)品種“IR30”和“圭630”被選中了。

　　“IR30”來自菲律賓的國際水稻研究所，其配組的組合更抗病；“圭630”則由莆田農(nóng)科所從圭亞那引進(jìn)，不僅恢復(fù)力強(qiáng)，籽粒也很大。經(jīng)過地理淵源雜交，世代篩選，謝華安從中選出了36個(gè)株系。

　　這些株系誰更能抵御無孔不入的稻瘟?。孔屗鼈冊跇O端環(huán)境中接受考驗(yàn)。

　　謝華安在三明選擇尤溪、寧化、明溪、永安、沙縣5個(gè)重病區(qū)，多年多點(diǎn)多代栽培，從中選擇抗病力最強(qiáng)的株系。后來，他又聽說國際水稻研究所用旱病圃篩選鑒定抗病品種，覺得是個(gè)好辦法。1980年，謝華安在稻瘟病病害最嚴(yán)重的早稻田，中間割去一行，做成一個(gè)菜畦，采用旱播、旱育的方法，人為營造更為惡劣的生長條件。其間，他還從周邊病區(qū)，收集染病植株，把葉片切碎、水洗，用含有稻瘟病病菌的水噴灑秧苗。

　　編號為“e6”的株系經(jīng)受住了考驗(yàn)。它就是后來帶領(lǐng)中國雜交水稻走出陰霾的“明恢63”——“明”代表三明，“6”“3”分別來自兩個(gè)親本的名字。室內(nèi)人工接菌與抗普分析結(jié)果顯示，“明恢63”抗菌株率96.08%。

　　以“明恢63”為恢復(fù)系，謝華安配成了眾多雜交組合。其中，與不育系“珍汕97A”的雜交后代“汕優(yōu)63”最具代表性。

　　1981年，謝華安把“汕優(yōu)63”試種情況寫成了報(bào)告，在一場全國性會議上當(dāng)面遞給袁隆平。對方耐心翻閱，聽取匯報(bào)后說：“不錯啊，表現(xiàn)很好?！敝x華安問，能不能參加國家試驗(yàn)。袁隆平爽快答應(yīng)：“明年就參加全國南方稻區(qū)雜交稻區(qū)域試驗(yàn)?！?/p>

　　1982年，“汕優(yōu)63”同時(shí)參加市、省、國家三級區(qū)試，表現(xiàn)亮眼。很快，全國各地開始大面積引種，農(nóng)民從“怕種”轉(zhuǎn)向“爭著種”。

　　1986年，全國雜交水稻顧問組專家會議在福建召開。袁隆平見到謝華安的第一句話就是：“老謝，你的‘汕優(yōu)63’已經(jīng)是全國播種面積最大的水稻品種了，祝賀你！”

　　此后，“汕優(yōu)63”長盛不衰，連續(xù)16年保持全國雜交稻種植面積之最，累計(jì)推廣近10億畝，其中1991年就近億畝。1988年，“汕優(yōu)63”榮獲國家科技進(jìn)步一等獎?！懊骰?3”也成為中國雜交水稻歷史上遺傳貢獻(xiàn)最大的親本。國家水稻數(shù)據(jù)中心統(tǒng)計(jì)顯示，過去50年里，“明恢63”是我國應(yīng)用面積最大的恢復(fù)系。

　　已故著名育種家、“中國超級稻之父”楊守仁曾對謝華安說：“是你拯救了雜交水稻的命運(yùn)?！?/p>

　　傳承與創(chuàng)新“稻”路

　　在后來的日子里，謝華安團(tuán)隊(duì)又選育出了“明恢77”“明恢86”等一批優(yōu)良恢復(fù)系，配組了“汕優(yōu)77”“V優(yōu)77”“Ⅱ優(yōu)明86”等風(fēng)靡一時(shí)的雜交組合。其中，“汕優(yōu)77”“V優(yōu)77”是具有強(qiáng)大抗稻瘟病能力的早稻品種，與中晚稻品種“汕優(yōu)63”形成熟期配套，累計(jì)推廣面積位列中國雜交早稻前五。

　　雷捷成團(tuán)隊(duì)選擇了不一樣的技術(shù)路線。

　　由于稻瘟病抗性較差，“V41A”逐漸退出了生產(chǎn)。20世紀(jì)80年代初，雷捷成所在的課題組，開始將選育強(qiáng)抗稻瘟病不育系作為主攻方向。20世紀(jì)90年代育成的“福伊A”，是當(dāng)時(shí)國內(nèi)抗稻瘟病最強(qiáng)的不育系，尤其在湖北恩施等武陵山區(qū)，抗性保持十年未衰。

　　其實(shí)，在雜交水稻發(fā)展的不同階段、不同領(lǐng)域，福建育種工作者都擁有自己的姓名——

　　20世紀(jì)90年代，二系法雜交稻問世。其特點(diǎn)是不需要保持系作中介，不育系在不同光溫條件下會發(fā)生育性轉(zhuǎn)換。不育時(shí)，與恢復(fù)系雜交制種；可育時(shí)，自交自繁。但生產(chǎn)上氣象多變，不少二系不育系育性不穩(wěn)定，引發(fā)減產(chǎn)。福建育種家楊聚寶選育的二系不育系“SE21S”，以育性穩(wěn)定、制種安全著稱，國內(nèi)育種界稱之為二系稻的“一匹黑馬”。

　　1996年，中國啟動超級稻育種計(jì)劃。迄今為止，福建共有“荃優(yōu)212”“福農(nóng)優(yōu)676”等9個(gè)雜交品種，被認(rèn)定過超級稻品種。

　　20世紀(jì)90年代中期，福建率先探索航天誘變育種，創(chuàng)制出“航1號”“航2號”等恢復(fù)系，選育出“特優(yōu)航1號”“Ⅱ優(yōu)航1號”等組合。其中，“Ⅱ優(yōu)航1號”作為再生稻品種，曾在尤溪縣創(chuàng)造出百畝單產(chǎn)世界紀(jì)錄。

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　　如今，從光輝歲月中走來的福建雜交水稻，正面臨著新的挑戰(zhàn)與課題。

　　在需的這端，市場對種業(yè)的需求日益多元化，不僅要高產(chǎn)管溫飽，還要優(yōu)質(zhì)、耐儲藏、適宜機(jī)械化生產(chǎn)等；在供的那頭，福建水稻育種根基深厚，但進(jìn)入新世紀(jì)后，讓人眼前一亮的拳頭產(chǎn)品并不多。

　　捧過接力棒的新一代育種家正直面挑戰(zhàn)，探索新“稻”路。

　　近幾年，省農(nóng)科院水稻研究所研究員張建福領(lǐng)銜的水稻抗逆分子育種團(tuán)隊(duì)，接連在權(quán)威期刊發(fā)表論文，挖掘出系列水稻功能基因，揭示了水稻耐旱、抗稻瘟病、耐鹽堿、生長調(diào)控等分子調(diào)控機(jī)制。

　　“傳統(tǒng)育種周期長、效率低、不確定性大?！睆埥ǜＵf，破譯了水稻的遺傳“密碼”后，將應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選擇、全基因組選擇、分子模塊設(shè)計(jì)等現(xiàn)代育種技術(shù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿科技，變“經(jīng)驗(yàn)育種”為“定向育種”，“像設(shè)計(jì)工業(yè)產(chǎn)品一樣，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)出水稻新品種”。

　　眼下，他的育種計(jì)劃包括選育耐鹽堿品種，拓展沿海地區(qū)耕地資源；耐儲藏品種，減少糧食損耗與儲備成本；更強(qiáng)再生力品種，進(jìn)一步做大再生稻產(chǎn)業(yè)。

　　著眼種業(yè)短板，張建福希望推動建設(shè)一個(gè)高水平的育種平臺，把全省種質(zhì)資源匯聚起來，把不同學(xué)科的人才聚集起來，把研發(fā)機(jī)構(gòu)和種業(yè)企業(yè)聯(lián)合起來，在共建共享中，形成種業(yè)創(chuàng)新的合力。

　　“我們將進(jìn)一步發(fā)揮優(yōu)勢，強(qiáng)化科企聯(lián)合育種攻關(guān)，推動資源向企業(yè)流動，將現(xiàn)代分子育種技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)相結(jié)合，培育一批豐產(chǎn)、抗性、優(yōu)質(zhì)、廣適的突破性品種，為保障國家糧食安全作出福建新的更大貢獻(xiàn)?！笔》N子總站站長趙杰樑說，最近兩輪種業(yè)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化工程，省級共安排財(cái)政資金8400萬元，用于支持開展水稻良種攻關(guān)與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。

　　如今，雷捷成已退休多年，但他當(dāng)年領(lǐng)銜的不育系選育課題組，經(jīng)三代傳承，依然活躍在育種研究一線。40年間，研究的方向從最初聚焦稻瘟病抗性問題，到后來著重提高不育系配合力和異交特性。如今，第四代研究者、省農(nóng)科院水稻研究所副研究員張以華，則將選育米質(zhì)好、早熟的不育系作為發(fā)力點(diǎn)。

　　在他看來，中國禾下追夢的50年，就是科研精神在一代代育種家中傳承與創(chuàng)新的50年。他通過一張不育系系譜圖，展現(xiàn)傳承與創(chuàng)新的力量。

　　“啟源A”是張以華新近獲得植物新品種權(quán)授權(quán)的不育系，優(yōu)質(zhì)、高異交、耐高溫、抗性好。沿著系譜圖逐代追溯：其祖輩是“福伊A”，曾經(jīng)國內(nèi)抗稻瘟病最強(qiáng)的不育系；高祖輩是“V41A”，早年國內(nèi)四大不育系之一；發(fā)端則是“野敗”，最初在三亞沼澤地中找到的那株天然不育株。

　　“正是‘野敗’點(diǎn)燃了雜交水稻創(chuàng)新的星星之火，通過一代又一代育種家接力傳承，創(chuàng)新的火焰在半個(gè)世紀(jì)后依然熊熊燃燒，并愈發(fā)絢爛?！睆堃匀A說。

　　轉(zhuǎn)自：東南網(wǎng)

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