三杂交水稻的培育（第1页）
三、杂交水稻的培育
你知道吗？袁隆平先生是当代家喻户晓的著名科学家，他用一粒种子改变了世界。我们很多人只看到了他头顶上的光环，却很少有人注意到他背后的艰辛。通过下面的故事你会发现，袁隆平的成功不是偶然的，他付出的劳动是常人无法想象的，他今天取得的成就是长期艰苦努力的结果。通过袁隆平的事迹，我们还可以发现兴趣是最好的老师。知之者不如好之者，好之者不如乐之者。袁隆平常年在农田里风吹日晒却从不感到辛苦，在研究道路上历经重重坎坷却始终无怨无悔，是因为他在做自己喜欢做的事情。
1960年7月，袁隆平在早稻试验田里，发现了一株与众不同的水稻变异植株。第二年他把收获的种子种下去，结果长出的水稻，高的高，矮的矮。这让袁隆平大失所望，难道自己费尽心思找到的变异水稻是个废物？这让他辗转反侧，夜不能寐。“失望之余，我突然来了灵感：如果它是纯种的话，它就不会出现性状分离，我推测它是一个天然杂交稻。”他立刻意识到这是一个历史性的发现。他小心翼翼地把这棵水稻移栽到自己的花盆里。第二年春天，他把这株变异株的种子播到试验田里继续观察，结果证明了上年发现的那个“鹤立鸡群”的稻株，是地地道道的“天然杂交稻”。他想：既然自然界客观存在着“天然杂交稻”，那就说明水稻可以在自然状态下实现品种间的杂交，那么人工培育杂交稻就不是天方夜谭。这样，袁隆平从实践及推理中突破了水稻为自花传粉植物而无杂种优势的传统观念的束缚。
图5-2水稻花的构造
可是，水稻不同于玉米，要实现不同品种的水稻之间的杂交是非常困难的。水稻的花非常小，在一个稻穗上，有几十个到上百个雌花和雄花并存（图5-2），要让不同品种的水稻进行杂交，首先就要避免它自花授粉（自交），如果采用玉米那样的人工去掉雄蕊再人工授粉的方法，在操作上的难度是非常大的。更难的是，水稻花中的雌蕊，只在很短的时间内接受花粉。除了人工去雄以外，另一个选择是喷洒药物杀雄，存在的问题有药物的效率低、喷洒时间难掌握等。
如果是小规模的实验，处理一两个稻穗，用人工方法是完全可以的。但要在农村大面积推广，就要求育种环节简单易行，这样才能让农民学会，而且必须节省劳力，否则就会增加制种成本，最终没有推广价值。那么，怎样才能在不花费较多人工的前提下让不同品种的水稻进行杂交呢？这成了袁隆平每天都放不下的问题。
他开始搜集和这个问题有关的资料。这时他自费订阅的外文资料派上了用场。他了解到，在植物群体中存在个别不育的个体。有的是雌蕊不正常，有的是雄蕊不正常。这让他灵光一闪：如果找到雄性不育的水稻，将雄性不育系作为母本，和雄性可育的父本在大田中间隔种植，不就省去了人工去雄的烦琐了吗？这样就可以大面积进行水稻杂交种的培育了。
1964年7月，袁隆平在经历了千辛万苦的寻找和无数次的失败之后，终于在大田中发现了第1棵天然雄性不育株。在随后的两年时间里，他和助手们在稻田里一共找到了6株天然雄性不育株。他根据所积累的科学数据，结合自己的研究设想写成一篇论文，这就是1966年在《科学通报》上发表的《水稻的雄性不孕性》。这是国内第一次论述水稻雄性不孕性的论文。这篇论文不仅详尽叙述了水稻雄性不孕株的特点，而且将当时发现的雄性不育株区分为无花粉、花粉败育和部分雄性不育3种类型。这在这篇论文里，袁隆平提出了培育杂交水稻的三系配套战略设想，并描绘出培育杂交水稻的光辉前景。正是这篇论文，使他的工作受到了国家领导的重视，奠定了他在杂交水稻学界的最初地位。
开展杂交水稻的研究以后，袁隆平和助手进行了很多组水稻的杂交实验。他们用籼稻不育型与籼稻杂交，粳稻不育型与粳稻杂交，籼稻不育型与粳稻杂交，3种可能的组合都实验过了，做了3000多个组合，仍然没有培育出不育株率和不育度都达到100%的不育系来。实验可以说是全都失败了。现实是无情的，4年的时光如流水一样过去了，夜以继日的辛劳并没有获得与之相应的回报。
在当时的育种学界有一种理论认为，由于自花授粉植物是大自然经过长时间的自然选择与进化形成的，它们的内在结构包括基因已经与自花授粉活动高度一致。所以对自花授粉植物来说，要么杂交很困难，要么杂交没有优势，抑或是杂交优势不能保持。换句话说，袁隆平等人让原本自花授粉的水稻进行人为杂交是不会有什么成果的。
但这些并没有让袁隆平退缩。他发现，他所获得的杂交水稻，并不是没有杂交优势，只是优势不显著。这是由于控制水稻的籽粒大小、营养物质含量的基因有很多对，属于遗传学上讲的数量性状。要使这么多对基因同时变成高产组合，成功的概率本来就是非常低的。
理论上讲，在一定范围内两个杂交亲本的亲缘关系越远，杂种后代的杂交优势越大。人类栽培水稻的历史非常悠久，现在的栽培稻和现在的野生稻已经有了非常大的差别，如果让它们进行杂交，杂种后代的优势应该会更加明显。袁隆平和助手们决定找到野生稻的雄性不育株，让它与栽培稻杂交。但又一个难题摆在了眼前：哪里有野生稻？找到了野生稻就能找到雄性不育株吗？
苍天不负有心人。1970年11月，袁隆平的助手李必湖等人在海南发现了三个雄花异常的野生稻穗。他们把这蔸不育型的野生稻连泥挖起，搬到实验田里栽好。袁隆平将它命名为“野败”。经过籼稻品种广矮3784与“野败”杂交，当年只收获了3粒种子。可以说，这3粒种子比金子还珍贵。后来，他们又采用无性分蘖繁殖的方法，发展到46株。这就是后来轰动世界的三系法杂交水稻的祖先之一——不育系。
“野败”的发现和转育成功，结束了杂交水稻研究长期徘徊不前的局面。
为了加快杂交水稻的研究，1971年春，中国农业部把杂交水稻列入重大科研项目，并把不育系种子分送南方10省市20多个科研单位进行研究，组织科研攻关。他们先后使用上千个品种，做了上万个杂交组合，与“野败”进行回交转育。
1972年，江西萍乡市农业科学研究所颜龙安等人育成了第一批水稻雄性不育系和保持系，初步解决了这个难题。
但是仅有不育系和保持系是不够的，还需要代表另一品种的恢复系。恢复系是一种正常的水稻品种，它的特殊功能是用其花粉授给不育系后，所产生的杂交种雄性恢复正常，能自交结实，如果该杂交种有优势的话，就可用于生产。为了寻找恢复系，人们选用了国内外1000多个品种进行测交和筛选，找到了100多个有恢复能力的品种。张先程等先后在东南亚品种里找到了一批优势强、花药发达、花粉量大、恢复率在90%以上的恢复系。至此，“三系”终于配套成功了！1973年10月，在苏州召开的全国水稻科研会议上，袁隆平发表了《利用“野败”选育“三系”的进展》一文，正式宣告中国籼型杂交水稻“三系”配套成功。
“杂种优势”是指杂交子代在生长活力、育性和种子产量等方面都优于双亲均值的现象。比如让黄粒玉米和白粒玉米间行种植，它们杂交产生的籽粒会更大更饱满，总产量比单独分片种植要高。这在今天已是公认的规律。杂种优势的原理能不能用到杂交水稻上呢？这是袁隆平和他的协作者们必须回答的问题。
1972年秋，袁隆平的助手罗孝和用国内“南广占”核不育材料与“日本占”杂交，培育出了“三超杂交稻”，预计其产量会超过父本、母本和对照品种。结果，这些杂种秧苗长势十分旺盛，引起了全国水稻研究专家的高度关注。可是收获时，发现稻谷产量和对照组“湘矮早4号”持平，稻草的产量却增加一倍。
袁隆平仔细分析了这个杂交实验，发现杂种一代的植株高度、叶片长度、分蘖能力都超过父本、母本和“湘矮早4号”，确实实现了“三超”，也就是说，杂种子一代是具有杂种优势的，这是确定无疑的。至于这种优势没有体现在稻谷上，这说明我们的实验方案还需要改进，不是说我们的实验彻底失败了，相反，这个实验有力地证明了杂交稻是存在杂种优势的，具有非凡的里程碑意义。
这个观点提出以后，受到全国育种专家的广泛认可与支持，也消除了杂交水稻科研人员的顾虑。他们以更加饱满的热情投入到这项伟大的事业中来。此后，杂交水稻的研究势如破竹，几年的时间就取得了世界瞩目的成就。
1974年5月，湖南省农业科学院对袁隆平主持选育的“南优2号”等优势组合进行组合比较试验，结果显示：“南优2号”比父本、母本增产16。43%～107。94%，小区域亩产高达675。83kg。次年，该组合在湖南进行全省试种，产量名列第一。“南优2号”等一批杂交稻强优组合诞生，使杂交水稻的优势一下子显现出来，这项先进的技术也迅速撒播全国。
至此，关于杂交水稻有没有杂种优势的理论之争，被袁隆平和他的助手们用事实平息了，也从这个时候起，反对培育杂交水稻的声音才彻底消失了。
三系配套方法培育杂交水稻的方案成功了，袁隆平也一夜之间成为名人。可是还有很多棘手的问题没有解决，大面积推广杂交稻还不现实。因为，在当时的制种试验田里，每亩只能收获5。5kg杂交稻种子，这点种子能种多少地呢？得卖多贵才能不亏本呢？农民买了这么贵的种子，每亩地得产出多少稻谷才能有盈余呢？这是个谁都会算的成本账。
所以这时有人认为，由于水稻是自花授粉作物，花粉的产生量本来就很少，花粉的寿命很短，雌蕊的柱头很小，多数不外露，每日的开花时间很短，这一系列特征是它上万年进化的结果，是与自花授粉相适应的，是不利于异花授粉的。这些特征注定了杂交水稻过不了制种高产关，也就无法大面积推广。袁隆平等人经过研究发现：水稻的稻花结构确实有不利于异花授粉的一面，但水稻至今还保留有其祖先风媒传粉的一些特征，这也是有利于杂交的一面。水稻是开颖授粉的植物，花粉轻、小而光滑，开花时几乎全部散出，借助风力可以传播40m左右，这些特征正是可以用来攻克制种低产的绝妙武器。另外，就单个花药和稻穗来看，水稻的花粉确实比玉米和高粱少，但水稻的总花颖多，就单位面积产生和分布的花粉数量来看，三者之间的差异并不大。根据实地调查测定的结果来看，“南优2号”父本平均每个花药有600粒的花粉，按制种田每亩产父本150kg计算，每亩有花粉300亿个，以10天的散粉时间计算，每天每平方厘米的花粉密度达500粒左右，完全可以满足母本柱头受精的需求。
1975年，湖南省协作组的制种田达到了每亩29kg的产量，其中的高产丘突破了50kg大关。1975年冬天，有的制种队突破了亩产150kg大关。
袁隆平及时进行经验总结，写出了重要论文《杂交水稻制种与高产的关键技术》，来指导全国的杂交水稻制种。杂交水稻育种技术还成为中国向美国出口的第一个农业专利，为世界粮食增产做出了重大贡献。
由于突破了制种低产关，杂交水稻开始在全国大面积推广。此后，杂交水稻的推广就可以用一帆风顺来形容了。但袁隆平知道，中国现行杂交水稻制种技术是劳力密集型技术，整个制种过程需靠大量人力操作，这样也就间接地提高了制种成本。因此，怎样把众多的劳力从烦琐的制种工作中解放出来，怎样降低杂交水稻的制种成本，提高农民主动自愿制种的积极性，仍然是袁隆平等水稻育种专家们急切关心的问题。他明白，只有制种成本降低之后，种子的售价才能降低；种子的售价降低了，也就减轻了农民的种地成本，等于提高了农民的实际收入。
1986年10月，在长沙举办的世界首届杂交水稻国际学术研讨会上，袁隆平提出了杂交水稻育种发展方向的战略性思路：从三系法至两系法再到一系法，程序由繁到简，效率由低到高；杂种优势由品种间到亚种间，再到物种间，最后到属间，优势将越来越强。由于袁隆平提出的方案具有非常重大的经济意义，1987年国家将两系法杂交水稻育种研究列入国家高技术研究发展计划（863计划）攻关项目。
到1996年，两系法的繁殖、制种和栽培技术也已成熟配套，开始大面积推广。随后，长江流域双季稻区两系法杂交早稻研究又获突破，育成了一批优质、高产、早中熟的两系早籼组合，为提高长江流域早籼稻品质和产量提供了有力的技术支撑，并于1998年开始大面积示范种植。到2000年全国累计推广面积达5000万亩，10年累计推广达1。2亿亩，累计增加产值110亿元。
两系法研究是一项我国独创的高新技术，是世界作物育种史上的重大革命，它不仅简化了种子生产的程序，降低了种子成本，而且可以自由配组，大大提高了选育优良组合的概率。
在两系杂交水稻育种理论的启发下，两系法杂交高粱、两系法杂交油菜、两系法杂交棉花、两系法杂交小麦相继研究成功。我国农作物育种创造出了新的辉煌。
1997年，袁隆平提出了培育“超级杂交稻”的理念。2002年，由他主持的超级杂交稻育种项目，在湖南龙山县百亩示范片平均亩产达817kg，最高亩产达835。2kg，这标志着超级杂交稻可以在一般生态条件下大面积推广。
2001年7月，袁隆平与香港科学家辛世文合作，通过传统育种技术与基因工程的结合，发展新一代的高产优质杂交水稻。
2001年11月，袁隆平在世界农业科技大会上指出：生物技术可以加速中国的超级稻研究。如果转入玉米的某种基因，超级水稻的单产还会有大幅增长的潜力。与此同时，利用高技术优化米质的工作也全面展开。
图5-3超级杂交稻
随着我国航天事业的飞速发展，袁隆平的育种思路从稻田拓展到了宇宙太空。他在进行超级稻的实验过程中，积极参与我国尖端的航天育种工程。
超级杂交稻（图5-3）具有穗大、粒多、抗倒、功能叶光合能力强、适应性广等优点，具有广阔的推广前景。通过超级杂交稻大幅度提高水稻产量大有希望。经过估算，如果21世纪推广超级杂交稻2。3亿亩，按平均每亩增加稻谷100～150kg计算，每年可增产粮食230×108～345×108kg，可多养活6000万～8000万人口。
超级杂交稻是21世纪增加我国粮食的重要途径，也是解决未来世界性粮食危机和饥饿问题的有效途径。它对我国国民经济和社会的发展以及世界和平和粮食安全有着重要意义。