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绿色的神话:中国超级稻研究进展

作者(来源):[暂无]    发布时间:2000-05-19

编者按:科技界、农业界的专家们认为,袁隆平开创水稻杂种优势利用事业,掀起“第二次绿色革命”以来,我国人多地少,粮食紧张的矛盾已大大缓解。现在,已进入大幅提高我国粮食单产和品质的关键时期,大面积推广超级杂交稻已是我国粮食生产的当务之急。

本报4月26日刊发了《中国育种专家续写“绿色神话”我超级稻研究世界领先》的消息,受到各级政府与广大科技人员的关注。大面积推广超级稻,事关我国农业生产大局和广大农民的切身利益,为此,本报记者专访了袁隆平院士,请他阐述了“什么是超级杂交稻,什么是超级稻的技术路线及技术规范”等问题。以此作为“中国超级稻的科学公告”以飨读者。中国超级稻研究国际领先

记者:袁先生,您好!在4月初召开的世界水稻大会上,您所作的中国超级稻研究的学术报告,轰动了国际水稻界。海外媒体争相报道,中国杂交水稻再次成为国际社会关注的一个焦点。请您介绍一下有关情况和国际背景。

袁隆平:今年世界水稻大会是在位于菲律宾的国际水稻研究所召开的。会上我作了一个关于超级杂交稻的学术报告,会场上几次响起了热烈的掌声。这在国际性的科学会议上是极其罕见的,当地媒体对我国超级杂交稻研究进展与以连续的报道。美国《科学》杂志甚至破天荒地发表了我提出的超级稻形态照片。会议期间,菲国总统依斯特拉达乘直升机降临我杂交水稻研究中心设在菲律宾内湖省的试验田,实地察看收成并亲尝米饭,给予了很高评价,并号召菲国农民引种中国的“新杂交稻”。作为中国的农业科学家,我感到有一种强烈的民族自豪感。

我的报告之所以引起如此反响,是因为国际社会认同了这样一个事实:中国超级稻的研究处于国际领先地位。

记者:据了解,从20世纪80年代开始,世界水稻生产国都先后提出并实施自己的超级稻计划,目前的进展情况如何?

袁隆平:超级稻计划又叫水稻超高产育种计划。最早是日本于1981年开始实施,计划用15年的时间育成单产潜力达到12吨/公顷的超高产水稻品种,但迄今这个计划尚未实现。1989年,国际水稻研究所提出培育“超级稻”,后改称“新株型”育种计划,预期于2000年育成产量12吨/公顷的超级稻。由于技术路线欠妥,未达到预期的目标,而不得不把实现计划的时间推迟到2004年。

我国超级稻研究始于1996年。当时我提出建议,在“九五”期间育成超高产杂交水稻新品种,产量指标为每公顷每日产稻谷100公斤,若以生长期120天计算,也是12吨/公顷。这个建议被国家有关部门采纳,作为“超级杂交稻”立项,即将进入“S—863”计划,并连续两次得到总理基金的资助。

经过全国协作单位数十名专家5年努力,现已育成几个有苗头的超级杂交稻新组合。从大面积试种情况来看,增产效果明显。去年在湖南和江苏,共有10个百亩片、一个千亩片单产均超过700公斤/亩,达到农业部制定的中国超级稻指标。在云南永胜县涛源乡的试验田,创造了世界水稻单产的最高纪录,达到1139公斤/亩。今年湖南省计划示范30个百亩片、5个1000亩片和1个万亩片。按照农业部的规定,一个新品种,须连续两年在两个以上百亩片示范达标,就可以宣告中国的超级稻育种成功。

超级稻计划可以说是世界各国在水稻育种研究上展开的一场赛跑,现中国处于“领跑”的位置,已领先其他对手3—4年的时间。技术路线决定成败

记者:技术路线是决定育种成败的关键因素,您作为中国超级稻计划的首席责任专家,是怎样制定技术路线的?

袁隆平:迄今为止,通过育种提高作物产量只有两条有效途径,一是形态改良,如矮秆、少蘖、大穗等高产的理想株型,二是杂种优势利用。其它育种技术,包括基因工程在内的分子育种手段,最终都要落实到优良的形态和强大的杂种优势上来。以国际水稻所为代表的各国育种家,单纯走形态改良的路子,增产潜力有限,难以达到预期目标。杂种优势利用如果不与优良形态相结合,效果也差。两系法亚种间杂交水稻育种技术是中国的独创,且被实践证明是在遗传上具有多种增产效应的成熟的先进技术,再配以理想的株叶形态,就能达到超高产目标。因此,我国超级杂交稻育种的技术路线,是两系法亚种间杂种优势利用与优良株型相结合的路线。根据这条路线,我们以高产优质的不育系“培矮64S”等为亲本,进行广泛的测交和筛选,不仅育出几个具有超高产潜力和米质优良的组合,更重要的是找到了具体的超高产株叶形态模式,即库大源足和高度抗倒的理想株型,按这个模式进行育种,一批新的超高产组合正在接踵而来。这就是在国际水稻界引起轰动的最新进展,超越了单纯形态改良或仅利用品种间杂种优势的技术路线。技术规范不能违背

记者:有专家认为,两系法育种技术是中国超级稻计划的理论基石。两系法从发明到成熟配套,最后进入应用,作为“杂交水稻之父”,您发挥了不可替代的作用。您的贡献主要在哪些方面?袁隆平:两系法育种技术是中国育种家集体研究的成果。我个人的工作主要在两个方面:

一是提出了杂交稻育种三步走的战略设想。三系法杂交水稻研究成功之后,杂种优势对于水稻的增产潜力还有多大,以后杂交稻育种的主攻方向在哪里?当时水稻界的认识并不明确。我在总结三系法成功经验的基础上,结合后来陆续发现的一些可用于育种的新材料,提出杂交水稻育种,在方法上由三系法向两系法再向一系法过渡;在提高杂种优势水平上,由品种间杂种优势利用到亚种间,再到水稻与其它物种之间远缘杂种优势利用三个发展阶段。在这个发展过程中,杂种优势越来越强,而育种的方法越来越简单,最后归结到利用无融合生殖以固定杂种优势的一系法。如果说,三系法成功是我们在科学道路上的艰苦探索,两系法则是在科学理论指导下成功的科学实践,并因此受到国际科学界的普遍称道。

二是为两系法育种探索出一套完整的技术操作方案,使这一科研成果迅速转化为现实的生产力。

从1973年湖北农技人员石明松发现水稻光、温敏雄性不育材料之后,很长时间一直没有选育出稳定的光、温敏两用不育系。主要是由于早期的认识有片面性,认为凡是用农垦58S(S代表光温敏不育系)作供体转育成的两用不育材料,都属于光敏不育类型,没有充分考虑温度对育性的表达和转换所起的重要作用。我们在实践中发现,水稻两用核不育材料有光敏型和温敏型两种基本类型。简言之,光敏型是在长日照下表现雄性不育,在短日照下育性恢复正常;温敏型则是在高温下表现雄性不育,在较低温度下转变为可育。但光敏不育材料只能在一定的温度范围内才表现光敏特性,如光敏不育系7001S的范围为24-30℃,超过这个温度范围,光的长短对育性转换不起作用。

理顺了水稻光、温敏不育系育性转换与光温变化的关系之后,我提出了水稻两用不育系的选育方向:选育两用不育系最关键的技术指标是可育临界低温。根据长沙70多年的气象资料。确定湖南两用不育系的临界低温指标为23.5℃,即在这个温度之上,不育系可表现完全雄性不育。并根据一定的理论和实践制定了两系法杂交水稻育种思路和技术策略。“安农S-1”和“培矮64S”就是根据这一新的技术策略选育出来的。

符合要求的水稻两用不育系育成后,不育系在繁殖过程中还会出现临界低温“漂移”的问题,即临界温度会随繁殖世代的增加而逐代上升,不解决这个隐患问题,两系法杂交稻制种就存在着很大风险。

为了使不育系的育性临界低温相对稳定,我们精心设计了一套科学的“核心种子—原原种———原种—制种”的原种生产技术程序,即每年用23.5℃的临界温度,在人工气候室筛选不育系核心种子,以生产原原种,原原种在严格隔离条件下繁殖原种,再用原种制种,如此周而复始,就能避免因不育系临界低温的向上“漂移”所造成不育系育性“打摆子”的现象,使水稻制种有了可靠的技术保障。

记者:有了这一套完整的技术路线和技术规范,是不是大面积制种就完全没有风险了呢?

袁隆平:还不能这样说。用这套技术方案指导制种,严格控制原种育性转换的临界温度,自然因素带来的风险就基本上化解了。如在湖南地区制种,夏制的始穗期放在8月中旬,早秋制的放在8月20日左右,这一时段,低于临界温度的低温气候80年才一遇。风险只有1%左右,然而,技术路线能否得到贯彻落实,却是事在人为的。

1993年和1999年,湖南两系法制种曾不同程度地出现过“打摆子”的问题。特别是1999年,优质早籼稻“香两优68”一个组合在湖南制种1.7万亩,其中约1万亩出现不育系自交结实,所收种子的纯度和质量很差,只好作商品粮处理,造成一定的经济损失。主要原因是一些种子公司对两系制种技术规范不甚了解,套用三系的老办法,将秋制的抽穗期安排在9月上旬,或将制种安排在海拔500米以上的山区冷浸田,因而碰上低于临界温度的低温气候,造成不育系可育。此外,一些单位和个人受高额利润驱使,违反原种生产规范,非法加代繁殖了大量不合格的不育系种子出售,用于制种。

违背规律就会受到报应。正如一辆状态很好的汽车,驾驶员不按交通规则行驶,车祸就是不可避免的。目前各地制种单位技术水平和能力参差不齐,一些种子企业还在违规繁育不育系种子。作为育种家我个人深感担忧,希望引起管理部门的高度重视。绿色的神话无尽的追求

记者:三系杂交水稻的成功被誉为水稻史上的第二次“绿色革命”,两系法超级杂交稻成功又将成为育种史上新版的绿色神话。您在自己的科学生涯中为人类作出如此巨大的贡献,是令人仰慕的。今年您已经70岁了,在完成超级稻计划之后,是否会考虑功成身退,安享晚年?

袁隆平:不会。科学没有终点,水稻杂种优势利用,也远没有发掘完毕,我自己提出的杂交水稻育种三段式发展战略也仅走了一段路程。我要做的还很多很多。今年是“九五”的最后一年,超级杂交稻研究进入了冲刺阶段,容不得半分懈怠。我前天从菲律宾回国,昨天撰写了超级杂交稻项目的年度工作报告,今天晚上要乘飞机到海南试验基地,并组织“863”项目的年会,人生苦短,我根本不去考虑事业以外的事情。

记者:与许多“开风气之先”的科学家不同,您成名之后不断有惊世的成果产出,耄耋之年仍醉心于科研第一线的劳作,甚至骑着助力车奔驶在田野里,春寒料峭中裤腿一挽下田播种。您称得上科学界的“不老翁”。

袁隆平:这要感谢党和国家,只有在我们国家这种社会制度下,我的研究才能获得政府和全社会的如此高度重视,才能组织起这么多的育种家和推广大军协作攻关。也要感谢美国人布朗,他提出21世纪谁养活中国人的问题,我的回答是“依靠科学技术进步就能养活中国”,而且回答不仅是语言,必须用行动来回答。再说我是个育种家,育种家不与土地打交道,难道叫我闲呆着安逸享乐?科技界、农业界的同仁们认为,现在正处在大幅度提高我国粮食单产和品质的关键时期,大面积推广两系法亚种间杂交稻已是我国粮食生产的当务之急。近两年来大面积的试种示范证明,超级杂交稻比现在生产上应用的品种每亩可增150公斤,以种植2亿亩算,每年可为国家增产300亿斤粮食,可多养活7千多万人口。今年,在全国政协会上,我呈送了“建议在云南永胜县建立国家级超高产水稻示范园”的提案,如果建成了这个水稻高产潜力的“比武场”,我认为可以不断刷新水稻单产记录,提高我国国威。有党和政府的支持,有广大农业科技人员的努力,我深信中国一定能实现粮食单产和品质的新跨越。另外一方面,我一直认为,杂交水稻这一科研成果不仅属于中国,也属于世界。我衷心希望这项成果不但能增强我们国家依靠自己的力量解决吃饭问题的能力,同时也能为解决人类依然面临的饥饿问题作出更大的贡献。