近日,“共和国勋章”获得者、我国著名水稻专家袁隆平相关话题上了热搜。其于上世纪70年代领衔研发、至今仍在沿用的三系法杂交水稻,近日被人搬上互联网,与数千年驯化的“老种子”进行了一场非此即彼的对比。
三系法杂交水稻是什么?老百姓饭碗里香喷喷的白米饭怎么来的?它和老品种有无关联?
谈及三系法杂交水稻,不得不提“雄性不育”。
水稻是一种小花器自花授粉作物,遗传学经典理论认为其并无杂种优势。1961年,袁隆平在水稻试验田里发现了一株“鹤立鸡群”的植株。以其为种进行种植后,他发现该植株的“娃”长得参差不齐,出现了杂种后代才有的分离现象。
这一发现让他敏锐地认知并大胆推测——水稻可能具有杂种优势。他同时认为,要想在生产中大面积利用杂种优势,培育雄性不育系是有效途径和关键。
袁隆平的博士生、著名水稻育种家邓启云告诉科技日报记者,“雄性不育”是指作物花的雄蕊发育不正常,无法自花授粉,须依靠异花授粉杂交。这是大面积人工制种利用作物杂交优势的基础。
在袁隆平团队的共同努力下,1970年,他们在海南的一块沼泽地里找到了天然雄性不育材料——野败。野败的发现,让袁隆平“通过进一步选育,找出雄性不育系、保持系和恢复系,实现三系配套,能使利用杂交水稻第一代优势成为可能”的育种构想有了实践和验证的可能。这便是人们常听到的三系法杂交水稻。
在众多中国科学家的共同努力下,我国成功培育出了举世闻名的三系法杂交水稻,使大面积利用水稻杂交优势成为了现实,助推水稻亩单产量得到了大幅提升。此后,袁隆平领衔科研团队,接续培育成功了两系法杂交水稻、超级杂交稻等新技术。
袁隆平带领我国科研工作者,通过雄性不育遗传工具,攻克了利用杂种优势的世界性难题,创建了系统化、原创性的杂交水稻育种体系,开辟出利用水稻杂种优势的新道路,有力保障了国家粮食安全。
但利用雄性不育培育杂交水稻总被有些人拿来说事。“诟病”的理由为:无论三系法杂交水稻、两系法杂交水稻还是超级杂交稻,它们的“娃”都不适宜再留种,进行下一年度的种植。而常规稻则可以。
这些“娃”为什么不宜“再生再育”?邓启云介绍,它们是育种家经过精挑细选,筛选出具备抗倒伏、抗稻瘟病、耐高温等优良性状的父本、母本,应用三系法、两系法等育种方法,获得的高产、优质、抗性好的品种。来年可结出高产优质的稻米。
然而,种植这样的品种所结出的稻米,就和袁隆平所发现的那株“鹤立鸡群”的水稻一般,进行再种植时,会因杂交后代分离现象导致水稻大幅减产和品质下降,从而危及到新一年度的粮食生产安全。
常规稻可被留种和再种植,缘何还要大力推广三系法、两系法杂交水稻?因为杂交稻的产量远高于常规稻,能在同样面积的耕地上结出更多的粮食,成为国家粮食安全的技术压舱石。
值得一提的是,常规稻也是育种家通过杂交育种或诱变育种等技术培育获得的,与品质、产量双低的天选“老种子”不是一码事。
杂交水稻育种的“留种”难题会永远存在吗?答案是否定的。
袁隆平构想的杂交水稻育种战略,在技术层面遵循着从三系法到两系法、再到一系法的演进逻辑,育种流程由繁入简,制种效率持续提升。与之对应的优势利用路径,则沿品种间杂种优势、亚种间杂种优势向远缘物种间杂种优势逐级跃升,水稻增产潜力随之呈阶梯式放大。
然而,令人惋惜的是,袁隆平已带着未竟的“一系法”蓝图与世长辞,将这一终极课题留给了后来者。
“我们的进一步探索,本质上都是在袁隆平院士奠定的基础上不断推进,都在回答他当年提出并长期关注的问题——如何更高效地利用遗传多样性,更精准地发挥杂种优势,让水稻产量更高、品质更优、适应性更强。”中国科学院院士、作物基因组与遗传学家韩斌说。
随着科学技术的不断进步,杂交水稻的一系法终将成为现实。到那时,一系法能固定水稻杂种优势,杂交水稻将不再出现自交分离现象,会和常规稻一样适宜留种再种植。
几千年驯化的“老种子”是否一无是处?非也!它们在自然界历经优胜劣汰,其中的“胜出者”都是水稻科研珍贵的种质资源,助力着人类对杂种优势的不断挖掘和利用。