新浪博客

在失败与挫折中崛起的辉煌——袁隆平的杂交水稻革命

2010-09-03 20:07阅读:

在失败与挫折中崛起的辉煌
——袁隆平的杂交水稻革命

9月1日,是“杂交水稻之父”袁隆平老人八十大寿辰。谨以此文,为之庆贺!

(一)

“杂交水稻之父”袁隆平

1930年9月1日,北京协和医院出生了一个男孩:袁隆平。

袁隆平的父亲袁兴烈先生,是江西德安人,毕业于东南大学中文系,做过县高等小学校长、国民党军队的上校。解放后,政治地位自然低下,于1975年病世。
他的母亲华静女士,江苏大户人家出身,在教会学校中受过高中教育,英语流利。

袁隆平生长在这样比较富有的知识家庭,因而,个人所受的种种教育,便决定了他特有的较高素质——例如,当时做中专农校的老师时,他就能看懂原版英文资料,由此获得一些国外农业科学信
息。他能取得今天的巨大成功,显然,他这种素质是一个极重要的条件。

他的夫人邓哲,原是他的一个学生,虽因家庭出身不好,却也不愿随便下嫁,后她看中了有事业心的这个老师,做了袁的夫人兼助手。

1953年,袁隆平从西南农学院毕业,分配到湖南湘西的安江农校做老师。既重现实、又不失理想的袁隆平,就是在这僻壤之处的小小农校,开始了他辉煌的人生之旅,成功发动了一场震惊了世界的水稻生产大革命,从而出现了比常规水稻要增产20%以上的杂交水稻,更产生了要增产30%以上的超级杂交水稻。

国内从1976年大面积推广袁隆平的杂交水稻以来,至2004年的28年间,杂交水稻累计增产了6000亿公斤,足以多养活了数千万中国人!

因为他的业绩,从1985年起,他便获得了联合国与国际水稻研究所等组织的种种金奖与证书,并被外国科学界誉为“杂交水稻之父”。
1995年当选为中国工程院院士。
2001年,荣获中国国家最高科学技术奖(奖金500万元)的二个人之一,便是袁隆平。
2006年则又被美国国家科院选举为该院的外籍院士。

(二)

一株优良稻穗引发了辉煌之梦

1960年7月的一天,安江农校的青年教师袁隆平在学校的试险田中,突发现了一株穗大粒多、与其他稻株格外不同的水稻植株。袁隆平看出这是一株优良稻穗 ,当即将此株稻穗用红布条作了记号,秋后收割时,他便将此株水稻稻谷单独留下,备作试险良种之用。

不料,第二年,这些良种谷播下后,所有的1024株,却不仅长势参差不齐,而且,就是长得最好的,也没有一株能比得上原来的良种,完全没有了良种的优势。

袁隆平一下懵了:这是为什么呢?良种的后代,为何却变了孬种?
脑海中的苦苦思索,终于出现了闪电:按孟德尔—摩尔根的遗传理论,纯种水稻是不会发生后代异变分离的,只有杂种才会在第二代就发生分离现象。而如果逆向推理想,那岂不证明那株穗大粒多的良种,便是杂交的产物!

当时国际水稻理论界,虽都认为农作物的杂交,能提高其产量或质量,此前,玉米、小麦都成功了,但自花授粉而一朵花只结一粒种子的水稻,其杂交不易,更必然制种困难,因而也是没有生产优势可言的。故国际上的农作物研究,都没能在水稻的杂交利用并导致增产方面,取得根本性的突破。

但去年那株水稻为何能穗大粒?如果它是杂交,那岂不说明水稻杂交同样可能,也同样有很大品种优势?
那株神秘的杂交稻从可而来?
袁隆平认为,是天然杂交产生的。

袁隆平又想:既然天然能有杂交稻,那应该也能通过人工方法,使水稻也实现杂交!
现在,水稻杂交已不再是如现行理论认为的那样不可能,而是已获得了现实的证据。革命的关键,是要是破译水稻杂交的秘密。

从国外进行玉米、高梁杂交的成功经验中,袁隆平发现:他们都是从找到了雄性不育株后,才打开了研究的局面的。因雄性不育株自孕能力差,故其才有进行杂交的可能。
袁隆平认为,水稻中,肯定也存在因雄性弱化而不能自孕的稻株。如果能找到它们,再以常规稻株向其授粉,水稻杂交不就可以实现了吗?而能杂交,就意味着水稻能增产——杂交后产生的第一代种子,就是优良的稻种了。

寻找水稻的雄性不育株!水稻增产革命的第一步,就从这里出发了。

(三)

有志者事竟成

水稻的雄性不育株,就是雄花退化而不能自孕了的水稻。至于它是什么样子,当时的文献中没有任何介绍,国内也没有人看到过它。袁隆平从那株天然杂交稻的出现,从他的理论思考中,却认定它一定存在。于是,艰辛而长达几年的寻找之旅,开始了。

苍天不负有心人!
1964年7月5日下午二时25分,在安江农校的水稻实验田里,袁隆平终于发现了第一株水稻天然雄性不育株。经过对株上花药的实验室捡测,完全确认无误,是真正的雄性不育株。
又经过二年(1965、1966年),袁隆平与其妻邓哲又寻找到了5 株雄性不育株。
用这 6 株宝贵的材料,袁隆平的杂交水稻研究进入了实验阶段。

水稻杂交的最难之处,是配种。因为,水稻是自花授粉作物,要杂交,就只能通过另外的植株来授粉。然而,显然是不可能用人工方式一株一株的为稻穗进行授粉,那样成本太高,得不偿失。

袁隆平虽然找到了几株雄性不育株,但凭这 6 株材料来杂交,产量再高,也是没有什么意义的。可是,到哪儿去找大量的、无限的、源源不断需要的雄性不育株呢?仅仅找到这 6 株,就已花了二、三年,天下哪儿会有那么多能满足杂交生产所需的雄性不育株呢?

能不能用这6株雄性不育株作“火种”,一年复一年,培育繁衍出大量的杂交稻种呢?
然而,杂交品种的后代,却会发生上述分离异变现象,使原有的杂交优势,到第二代就不复存在。这一来,这杂交稻便无法在第一代繁衍后而仍保持其品种优势,良种会锐变为劣种。

真正攻克水稻杂交难关的时候到了。

袁隆平经过一番苦思,想出了一个巧妙的“三系法”,终于解决了杂交水稻的育种问题。
袁氏理论的“三系”,是指不育系、保持系、恢复系这三种不同情况的稻株、稻种。

“三系法”的原理:

不育系——即基本不具雄性自授粉能力的“母本”稻株,也就是雄性不育株。
这雄性不育的“母本”稻株,要配二个“对象”:一是“保持系”稻株,二是“恢复系”稻株。

保持系——其极象“母本”,但却具有健全的花粉与柱头,可以向“母本”授粉,但杂交繁衍的后代却是“女儿”,即仍会象其母,即同样不具雄性自授粉能力的不育系“母本”稻株。

恢复系——是比“母本”长得高大健全的正常良种,当它向“母本”授粉而杂交繁衍后,生出来的是“儿子”,比它的父母都要强壮。
这也就是我们需要的杂交稻种。它种植后,尚属第一代,所以能长出穗大粒多的优良稻株,提高单株水稻的产量。

用“不育系”(雄性不育“母本”)与“保持系”杂交,便可培育出源源不断、大量的仍然保持雄性不育的“不育系”后代种子。以后,再用大量的“不育系”稻株与正常良种稻株杂交,繁衍出更多的杂交水稻的种子。这样的杂交稻种,种植下去,水稻的产量就能大幅增产。

经过一年多的实险,实际情况证明了袁隆平的设想,水稻的株雄性不育的确可以遗传,雄性不育的“母本”稻株与“保持系”稻株杂交后所结的种子,大部分都能具有雄性不育的“母本”的特征。这样,雄性不育的“母本”,此后不再需要去苦苦寻找,而可以人工培育了。

1965年10月,袁隆平将他的这些思考与实验,写成了一篇论文《水稻的雄性不孕性》,寄给了中国科学院的院刊《科学通报》,第二年2月28日,《科学通报》发表了这篇文章。不久,国家科委九局的一位科学家熊衡衍看到了这篇文章,他立即感到袁隆平所进行的工作之重大,也预感到杂交水稻优势有了可能的光明前途。熊衡衍便将此文送交九局局长赵石英看。赵石英也一下子看到了袁隆平试验的巨大份量,便立马上报国家科委党组,获得以国家科委名义,向湖南省科委与安江农校发去公函,要湖南省支持袁隆平的工作。

这一来,袁隆平的试验便由单薄的个人行为,提升成为了政府性工作,使他的试验有了合法与较也的条件。1966年6月在安江农校进行的文革运动,由于有国家科委这封公函保驾,也使袁隆平及其试验都得到了一定程度的政治保护。他带二个学生,正式成立了杂交水稻的科研小组。

1969年6月,因袁隆平在安江的试验遭到很大的干扰,不明身份的人甚至暗中捣毀了他的试验田,为此,湖南省科委得知后,便干脆将袁隆平调到省农科院,杂交水稻的研究工作项目也收到了省科委,并且按袁隆平的建议,在气温宜育种的海南,建立了一个专门的育种基地,并由袁隆平主持。

当今天我们说杂交水稻的巨大成功时,请记住那二位及时的慧眼“伯乐”:熊衡衍,赵石英。


(四)

行路九十方半百

经过五、六年的摸索研究与试验,又有了海南那个水稻一年可三熟、因而可加快育种的好地方做试验场,杂交水稻的难关——培育可繁衍后代的雄性“不育系”之事,看上去,已到很快将攻克之际了。
然而,新问题出现了。

雄性不育的“母本”稻株与“保持系”稻株,杂交后繁衍所结的种子,虽然大部分都能具有雄性不育的“母本”的特征,可以用于以后的杂交。但是,这“大部分”(平均已达到70%以上),却仍是不行的,水稻杂交必须面对100%的雄性不育株,否则少量不具雄性不育的种子,长成稻株后就不会发生杂交。而若有20%—30%稻株不能发生杂交,那杂交水稻的推广种植便毫无优势可言了,甚至会比常规稻种植结果还要差。

袁隆平和他的助手们,想尽办法,费尽心血,数年的试验,“不育系”繁衍,却始终达不到100%都能具有雄性不育的特征。而达不到这个100%,整个杂交水稻试验的进行,就不再有前途,原来所有的一切努力,也将白搭,没有了价值。
越不过这一关,杂交水稻的成功就无望,“功亏一篑”这句古老成语,就将再次因此作注。
当时,袁隆平也有了前途渺茫之悲。

在这种状况下,1970年夏,中国科学院一位有着学部委员(即今天称之为院士者)身份的科学家,在湖南省召开的杂交水稻科研座谈会上,明确宣布:研究水稻杂交毫无意义。因为,自授花粉的水稻是不会退化自交,没有杂交优势。
试验无法突破,权威又否定了这项研究。双重困境下的袁隆平,当时的心情,可想而知。

但,袁隆平毕竟是袁隆平!这一道难关,不知以前难倒过什么人没有?反正,他袁隆平在此难关前,尽管有困惑,有悲凉,然而,他却仍进行了漫长而艰巨的苦苦思索。
反反复复的总结、研究、质疑、学习、借鉴、思考。

终于有一天,思想的闪电,照亮了袁隆平。
他突然想:人类近亲结婚,后代常不聪慧;“不育系”的繁衍,其后代始终不能达到100%具有雄性不育特征,那是不是也因为杂交用的水稻品种太相近呢?
虽然曾用过很多的品种进行杂交试验,但毕竟它们终究都是人工栽培品种!所以是不是它们仍属近亲呢?
如果这个分析是正确的,那么,以后所用的雄性不育想株“母本”,就应该抛弃人工栽培稻,而改用与现今人工栽培稻“血缘”很远的野生雄性不育想株稻种,来充做“母本”,从而使杂交后的“不育系”后代,能达到100%仍保持“母本”的特性。

困惑了数年的难题,终于想到了它症结所在,并有了解决的办法,袁隆平当天高兴得连觉也睡不着了。
国内外那么多从事水稻杂交研究的科学家、专家,之所以最后都毫无建树,是不是就是都被这个“雄性不育株无法繁衍100%的后代”之难关,给卡住了呢?

思路虽理清了,但袁隆平的研究工作,却仿佛又退回到了原始起点。
人工栽培稻的雄性不育株,当年都那样难于寻到,而要在很少见的野生稻中去找,就更不用说了。
袁隆平和他的助手们,又一次走上了艰难的寻“宝”之路。

袁隆平相信,他的研究方向没有错,解决困难的思路也应是对的,他现在需要的,是上天再一次送给他试验的机会。他坚信,即便野生稻雄性不育株的存在,是件概率极小的事,但自己是有目标地冲这小概率去寻找,那么,小概率也就会有了大概率的性质。

法国大科学家巴斯德曾说:机会偏爱有准备的头脑。
果然,到海南搞基地一年多后,1970年11月23日,袁隆平的助手李必湖在海南的三亚南红农场,奇迹般的发现了一株野生稻雄性不育株!
经过实验室捡测,袁隆平确认了这是一株真正的花粉败育(即雄性不育)的野生稻。
袁隆平将这株珍贵的野生稻命名为“野败”。

杂交水稻研究的步伐,就以这株“野败”的发现,再一次拉开了大踏步前进的历史性序幕!

(五)

走向辉煌、再辉煌

用发现的那株“野败”做“母本”进行杂交,当年,获得了三粒金贵的种子。以后,再以这三粒“火种”栽培、回交、繁衍,终于,到1973年9月,在长沙马坡岭试验田的3000株实验稻,实现了100%具有不育特性。可以繁衍后代的“不育系”,终于在袁隆平手中产生了。
有了“不育系”,水稻的杂交种植便正式进行。1974年,精选的良种在与“不育系”杂交后结的的种子,到试验田栽种,其稻谷的产量,显著都提高了20%—30%。

对水稻进行杂交的革命,终于成功了!
从1960年发现第一株天然杂交稻而引发的憧憬、梦想开始,袁隆平在这条崎岖的道路上探索了14年,艰辛不懈的努力,有幸获得了他事业的辉煌,更换来了中国人民从此有望不再因粮食少而发愁的光明前景!

不过,其间还要攻克一个不大不小的难关:在由试验田走向全部农田种植的实践中,遇到了一个制种成本高的难题。用今天的话说,就是科研的成果,遇到了无法商业化的状况。
因为,在培育良种与“不育系”杂交,其后结的的种子,即杂交稻种,每亩只能获得几公斤。按制作与使用成本核算,如果每亩“不育系”杂交生产的种子,不达到40公斤,那么,农民就会因种子价格太高而不能用它,因种子的花费,将抵消或超过种植杂交稻带来的收益。

“不育系”的特点就是自孕能力差,由此才有了杂交的可行性,同时也由此注定结籽水平低下。所以,1 亩田它只能结出几公斤种子。

水稻的杂交优势,虽已被实验证明,但若不能推广种植,这个优势又有什么用呢?
正如今天对将海水变为淡水一事,虽然用蒸馏原理及实验就可以做到,但因蒸馏方法的成本太高,故不可能在实际生活中大量推行,所以至今也只能看着世界上那么多海水,人类却要为缺水的问题日益伤神。

事情仿佛又一次回到了“功亏一篑”的境况。
但这一次袁隆平并没有惶恐,而是再一次展示了他的执着与聪慧。

依据长年在田间探索的经验,袁隆平相信,只要探索方向没有错,很多具体的细节问题,是可以在实践中找到答案的。终于,他发现“不育系”即“母本”在与“父本”杂交授粉时,因二者品种不同,故产生了授、应花期不同步的情况,至使“父本”所扬的花粉很多都没能落到“母本”上。这一来,“母本”又如何能结出多少后代种子来呢?

对此,袁隆平便发明了一系列办法,在制种场来解决这个花期不同步的问题。如:调整“母本”与“父本”的播种期,故意不同步,使它们花期时同了步;喷“920”制剂,催促落后者同步;割去多的叶子以利花粉飘散受孕;用绳子人工拂花增加授粉机会;等等。
这一来,“不育系”杂交结种的产量,便显著提高,由几公斤上升到50多公斤,有的还达到了150公斤,一举解决了制种成本问题。

水稻杂交终于进入了大面积推行种植阶段,1975年冬,中央指定湖南省组织8000人的制种大军,前往海南繁种。一年下来,获得了11万公斤杂交稻种。1976年,便在湖南开始了在200多万亩稻田中,进行种植,当年,这200多万亩杂交稻全部都增产了20%以上,增产最多的衡阳,甚至达到了30%。
至2004年,全国杂交稻种植则达到了 2 . 5 亿亩,占全国水稻面积的59%,而自1976年试验推广以来,累计共增产粮食6000亿公斤。
几千年来的吃饭问题,因袁隆平,已大大被淡化了。

杂交水稻优势的美好前景,已不再有人怀疑,不仅中国在大力推行,很多亚、非国家也请袁隆平去做指导,学习他的杂交水稻种植技术,并同样也获得了很大的成就。

袁隆平不再仅属于安江、湖南,也不再仅属于中国,而是属于了整个世界。因此,国际水稻研究所授于他“杂交水稻之父”的崇高称号。

(六)

继续攀登新高峰

杂交水稻的试验与推广,都以前所未有的的成功,屹立于世之后,袁隆平并没有停步,这些年来,他仍在继续探索研究,一步步将杂交水稻的革命推上新的高度。

1995年,袁隆平宣布“二系法”杂交稻研究成功,他与助手们经过努力,培育出了既可进行杂交制种、又能自行繁衍不育后代的新“不育系”品种,即使“不育系”兼有了“保持系”的功能,从而使杂交稻的制种更为简捷。
用“二系法”进行的杂交稻生产,不仅过程简化了,而且,并在原“三系法”增产量的基础上,能再增产5%—10%。从2000年起,“二系法”应用在全国已达5000万亩。

1997年,袁隆平提出了研究中国超级稻的计划。
第一期目标是在2000年达到大面积种植达到亩产700公斤;第二期目标则是在2005年达到亩产800公斤。
现在,这二个目标全部达到。

2007年3月16日,袁隆平赴香港中文大学联合书院参加“杰出学人到访”活动,并作学术报告。他表示:在第一、第二阶段取得良好成果的基础上,第三阶段超级杂交水稻育种计划已顺势推出,当时已77岁的袁隆平,又给自己定下了第三期目标:5 年内达到900公斤!并达到“种三产四”,即种植3亩田,产出原来4亩田的稻谷。

伟哉,杂交水稻之父!

2010年9月3日

______________________________________________________________________





我的更多文章

下载客户端阅读体验更佳

APP专享