杂交水稻是转基因吗 袁隆平是真正的杂交水稻之父吗?

2019-08-02 - 杂交水稻

一眼望去,颜龙安的试验田里满眼碧绿,看不出庄稼之间有什么差别。“这一蔸是不育系,旁边一排是恢复系,这一亩是野生稻,那一块是超级稻?” 听了他的介绍才知道,这些看上去长得差不多的绿色植物,原来“出身”各不相同。

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“特等发明奖”之争

雄性不育性的发现是杂交水稻研制成功的第一步。根据杂交优势理论,农业上很早就开发了杂交玉米、杂交高粱,但杂交水稻无论是在理论上还是实践上都起步较晚。这是因为,与玉米异花授粉不同,水稻是自花授粉,即雌雄同花,由同一朵花内的花粉传粉受精繁殖后代。

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因此,水稻杂交难度大,要想成功,就要先育出只有“单一性功能”的水稻。中国稻作科学的奠基人丁颖曾用人工办法给水稻“去雄”,但实际效果不佳,也未能大面积推广。理想的办法,是找到雄性不育系水稻(简称不育系,即雄性器官功能丧失,但雌性器官仍可授粉结实),这样的水稻适合用作杂交水稻的母本。

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因此,那篇由袁隆平单独署名的论文,对中国的杂交水稻和袁本人都意义非凡。对于1981年的那场争论,国家科委正是通过那篇3000字左右的论文而裁定——袁隆平是国内最早研究水稻杂种优势理论的学者。

发现“野败”

现在看来,杂交水稻的研究发端于当时整个中国对刚刚过去的“三年困难时期”大饥荒的恐惧。因此,尽管“文革”时期全国的科研工作几近瘫痪,但只有杂交水稻与关乎国家安全的“两弹一星”研究受到了中央政府的最高重视,并以举国之力而开展。

根据2011年湖南文理学院李晏军所做的“杂交水稻科学共同体的社会评价研究”,“杂交水稻发展的制度动因,主要是体制的推动、政府的直接介入与科研大协作。”袁隆平的《水稻的雄性不孕性》一文当时就引起了国家科委的注意。在政府的指示下,1967年,由袁隆平、尹华奇与李必湖三人组成的“水稻雄性不育科研小组”正式成立,全力寻找不育系。

利用不育系来培育杂交水稻并非袁隆平的首创。在国际上,美国农学家琼斯于1926年首先提出了水稻具有杂种优势的理论。日本学者则在1917年就发现了野生不育系,并于1968年培育出“三系法”杂交水稻,但由于效果不好,并未在该国推广开。

“三系法”是杂交水稻最早也是主流的技术路线。所谓“三系法”,形象的解释就是“一妻二夫”制:妻子是不育系,恢复系是它的第一任丈夫,给它授粉,后代恢复可育性,作为种子,用于生产;在另一块田,再由保持系这第二任丈夫给它授粉,后代可保持雄性不育的性状,下年继续作为母本,再跟恢复系杂交,生产杂交种子。

然而,袁隆平用他的野生不育材料培育出的C系统,找了好几年却始终找不到“丈夫”保持系。此时,时任湖南省委书记的华国锋指示,“将研究交给群众去搞。”李必湖在《我们是怎样研究杂交水稻的》一文中对此有所论述。于是,1970年,湖南省迅速开展了一个由专业人员和农民相结合寻找不育系的运动。

不久,这场群众运动席卷全国,许多农业科研机构、农场、良种场、公社、生产队、大专院校都参与其中,各省成立了杂交水稻科研协作组,形成了一个全国范围的大协作网。

而瓶颈也由此取得突破:1970年10月,李必湖与三亚南红农场的技术员冯克珊在当地的一个水沟旁发现了一株野生的花粉败育不育株。当时正在北京查阅资料的袁隆平为了这一株水稻连夜赶回三亚,后来他将其命名为“野败”。

李必湖发现的这株“野败”,是如今绝大部分“三系法”杂交稻不育系的始祖。而李后来却与袁隆平分道扬镳,一直留在安江农校,也育成多个杂交稻新品种,官至怀化职业技术学院(即原安江农校)党委书记、怀化市人大副主任。由于健康方面的原因,李必湖如今已无法接受采访。有关他的经历,只能在文献资料中见到。

“三系”配套

与此同时,一个日后将会给袁隆平留下深刻印象、并与其分享“杂交水稻之父”荣誉的人,也来到了海南。

1970年冬,江西省萍乡市农业局的颜龙安被市里派来向袁隆平学习杂交水稻。除了江西,当时已有福建、广东、湖北等多个省份的农技人员跟着袁隆平做杂交水稻。此时,大家的注意力还主要集中在C系统上。颜龙安和助手很快就完成了C系统的杂交工作。一天闲来无事,他看到袁隆平那里有一株“野败”开始抽穗,就顺便向其讨要了一蔸。朱英国记得,包括湖北在内,大约有10个省的农技人员都从袁隆平那里分到了“野败”。

转眼到了1971年春天,各省的农技人员怀揣在海南育成的多种种子包括“野败”回当地播种。但是,袁隆平带回的“野败”在长沙并没有出穗,颜龙安带回萍乡的“野败”却成功出穗了。1972年冬,颜龙安育成“二九矮1号”不育系及同型保持系,并开始向全国提供不育系种子。

而袁隆平则比颜龙安晚了将近一年,在1973年秋天才育成“二九南1号”不育系和同型保持系。在这场育种大赛中,颜龙安是成功育出不育系的第一人,因而也被人称为“杂交水稻之父”。朱英国说,也正因为这场“竞赛”有此过程,才有了后来“袁隆平与颜龙安谁是特等发明奖第一人”的争端。

“当时,在所有人带回各省的‘野败’里面,只有我的出穗了。”颜龙安解释说,成功的诀窍就在于遮光处理。“野败”是感光性稻种,三亚属于热带,夏天日照时间比萍乡短,所以带回内地的“野败”就必须做遮光处理。在颜龙安带回的“野败”种子里,只有做了遮光处理的这部分才成功出穗。

有了不育系和保持系,但还没有找到好的恢复系。这“第一任丈夫”的选育也很重要,因为它是杂交水稻的父本,没有恢复系,“三系”就不能配套,不能用于生产。全国的水稻技术人员开始全力攻克这个难关,扩大研究材料,在长江流域、华南、东南亚、非洲、欧洲等地的1000多个品种里进行筛选,找到100多个有恢复能力的品种。

直到1973年,广西农学院教师张先程在东南亚的品种里找到第一个结实率在90%以上的强恢复系,至此,籼型杂交水稻的“三系”配套获得成功。

传奇无以复制

而袁隆平的研究进展却不是很顺利。1975年以后,他以自己的不育系配成的优势组合“南优2号”,在湖南洞庭湖地区大规模试种。与同类杂交稻品种相比,“南优2号”的确长势最好,穗大粒多,但却有致命缺陷——不抗病。后来,洞庭湖地区几十万亩水稻遭遇矮缩病,颗粒无收,“南优2号”也因此被逐渐淘汰。

1991年版的《中国杂交水稻的发展》一书列出了23个杂交水稻组合。在1980年之前,也就是第一代杂交水稻品种里,只有“南优2号”为袁隆平的成果。此书由中国农科院与湖南农科院主编,主要撰稿人第一位即是袁隆平。

杂交水稻研究的上述历程引发了一个争议:第一个能大规模推广的不育系、保持系、强恢复系与优势组合都不是袁隆平做出的,但长期以来他却被公认为“杂交水稻之父”,几乎成为杂交水稻唯一的形象代言人。对此,朱英国认为,不管怎么看,袁隆平都是国内最早开始做杂交水稻的,“野败”也是他的助手李必湖发现的。

但颜龙安却有不同意见,“不一定你(袁隆平)搞得早,功劳就归于你,应该允许人家超过自己。如果论贡献大小,他只是开了个头。”

娄希祉是《中国杂交水稻的发展》一书的统稿者,也参与了当年的大协作。他认为,“杂交水稻的诞生,除了有像袁隆平这样的学术带头人的贡献,主要还是社会主义大协作的产物,是集体智慧的结晶。”

“但现在人们都不知道当年大协作这个事了,以为这是袁隆平一个人的功劳”,娄希祉指出,这既是媒体舆论的一个误区,也是客观因素造成的。他解释说,1987年,中国将杂交水稻这个成果向联合国教科文组织申报科学奖。

本来是以中国农科院和湖南农科院为主体来申报,但根据国外的评奖规则,报奖人不能是一个单位,必须要具体到个人。袁隆平是这一领域被公认的开拓者,又是1981年特等奖的第一获奖人,于是,顺理成章地,这次大奖就再次落到了他的头上。

由于联合国科学奖名气较大,袁隆平声望日隆,使得媒体与公众也就越来越多地只关注他一人。

学术成就与社会名望,使袁隆平当仁不让地成为中国杂交水稻研究的领军人物。据李晏军的不完全统计,1966一2000年,国家投人到杂交水稻技术研发的直接经费2000万元,间接经费2000万元,但从2000年起,袁隆平所在的湖南省杂交水稻研究中心,三次得到总理基金的资助总额就达4000万元,相当于过去24年全国杂交水稻研发经费的总和。

就杂交水稻的诞生过程,《中国新闻周刊》记者试图联系袁隆平,对此,袁的秘书、《袁隆平口述自传》一书的记录整理者辛业芸回复:“袁院士在海南基地是亲自坐镇指挥南繁工作,他很忙,不可能为你的报道抽出半小时来听电话的。”辛业芸说,“大协作里面每个人的贡献究竟是多少,这本来就各有各的看法,我们是不会对这种问题予以回应的。”

无论如何,杂交水稻的传奇都在继续。到了1980年代,福建三明农科所技术员谢华安育成了新一代强恢复系“明恢63”,因此他也被称为“杂交水稻之母”。“明恢63”与颜龙安的不育系“珍汕97”配套,生产出来的种子就是“汕优63”。

由于生物的适应性,一个杂交品种的优势一般只能保持数年至数十年,因此,杂交水稻的品种需要不断更新,没有哪一个品种可以一直包打天下。而“汕优63“从1987年起连续15年种植面积冠居全国,单年最大种植面积超过1亿亩,是迄今为止国内种植面积最大、推广速度最快、连栽时间最长的品种。

由于农村与农业经济体制的变革,朱英国坦承,目前没有哪个品种可以再在全国占据主流,杂交稻品种已进人百花齐放的时代,也不再会有谁能够复制“汕优63”的成功。

“红莲”生不选时

而这,在某种程度上也是朱英国的遗撼。尽管比袁隆平小9岁,朱英国在杂交水稻界却称得上是自立门户。1974年,他用海南红芒野生稻与莲塘稻杂交,育出新的不育系“红莲型”,在杂交稻领域,这与湖南的“野败型”、日本的“包台型”,被国际公认为三大细胞质雄性不育类型,而且只有“野败型”和“红莲型”在生产中大面积推广种植。

但是“红莲型”却生不逢时,这又与其出现的时代背景有关。1972年10月,首届全国杂交水稻科研协作会在长沙召开,正式拉开杂交水稻科研大协作的大幕。从1972年到1982年的11年内,共召开了9次杂交水稻协作会。

作为湖北省协作组组长,朱英国参加了每一次会议。他说,每次的开会地点,多是根据当年哪个地方的杂交水稻长得最好来定。会议的形式也很特别,都是在田里开现场会,大家不仅交流杂交和种植经验,也直接分享育种材料,根本没有什么知识产权的概念。

“但当时的大协作基本上就是在攻关‘野败型’,我们的‘红莲型’仅比‘野败型’晚出来一年,也给了很多单位,但并没有得到足够重视。”朱英国说,除了育种,协作组还要负责杂交稻的推广工作。同时,“红莲型”当时也存在一些需要克服的缺陷,比如育性稳定、纯度、强恢复系难以找到等问题。

“但‘野败’之所以能那么快就成功,正是靠全国之力。而‘红莲’的研究长期只有我们一家。”在那几年,就连朱英国自己大部分时间也都在研究推广“野败”,顾不上钻研自己的“红莲”。

杂交水稻协作结束以后,朱英国回到武汉大学,在研究力量和资金不足的情况下,继续开展研究。直到2000年,他们才克服了“红莲”的上述缺陷,育成一批新的“红莲型”强优杂交组合。这一年,朱英国邀请包括袁隆平在内的全国杂交稻专家开了一个鉴定会。

“他们都十分肯定。新的‘红莲型’不育系确实不错,袁先生也表示了支持。”朱英国说,直到21世纪,已经出生近30年的“红莲型”终于得到了大面积种植,到目前为止,全国累积推广面积已超过1亿亩。但是,当年集举国之力推广“野败型”杂交水稻时的那种得天时、地利、人和的时代已经一去不复返了。

“两系法”命运多抖

今年春节,在武汉打工的石新华回到仙桃老家,他在给父亲石明松上坟时说:“爸爸,我能为你做的,都已经做了!”

当《中国新闻周刊》记者找到石新华时,他说这是父亲去世后20多年来第一个来找他的记者,紧接着就拿出了一个装满厚厚一撰材料的大信封。在1988年石明松意外身亡之后,他对杂交水稻做出的贡献,也逐渐被世人所淡忘。如果不是最近偶然发生的一件事,石新华也很少再触及这段令他揪心的往事。

2011年,一个朋友告诉石新华,他在网上看到国家科技奖的申报名单正在公示,袁隆平领衔的湖南省杂交稻研究中心,将“两系法”杂交水稻申报了国家科技进步特等奖,但在申报的获奖者里面,却没有石明松的名字。

石新华赶忙找到这个网页,按照上面公布的地址给国家科技奖励办公室写了一封信,大意是:石明松最早开始研究“两系法”杂交水稻,并在去世前已获初步成果,因此,他才是这项技术的发明人。

石明松与“两系法”杂交稻的发现要追溯到1973年。当时还是湖北省污阳县(今仙桃市)沙湖原种场技术员的他,在4000可育的。围绕这个有趣的发现,他又做了大量的试验,而唯一可以给他帮上忙的,只有自己的妻子和3个未成年的儿子。

1980年初春,湖北省农牧厅的春耕生产检查组来沙湖原种场,石明松趁人少的时候,把他的研究报告悄悄塞到了检查组一位负责人手里。数天后,湖北省农牧厅的几个人就专程给石明松送来了3000元钱、一架海鸥牌照相机和一个计算器。这是石明松研究杂交水稻7年以来,获得的第一次资助。随后,湖北省专门成立了“两系法”杂交稻协作组,联合省内的7家单位进行研究,并确定由华中农业大学牵头,武汉大学也参与其中。

日后的研究证明,石明松开辟了一条新路。与“三系法”的“一妻二夫”制不同,“两系法”实行的是“一妻一夫制”:“妻子”对光照和温度敏感,在夏季的长日照、高温下,表现为雄性不育,这时,用恢复系和它杂交,生产用于大田里的种子。到了秋季,在短日照、低温下,“妻子”又变成了正常的水稻,自交结实,生产用于下年作为母本的种子。

“三系法”杂交水稻需要寻找特定的恢复系,而“两系法”的优势就在于恢复系广泛,形象地说,就是能和“妻子”配得了一系列认可:通过省级鉴定,被正式命名为“湖北光周期敏感核不育水稻”;被列为国家自然科学基金重点课题与国家“七五”攻关课题。这年12月,石明松获得了湖北省科学技术进步特等奖。同年,国家启动高技术研究发展计划(即863计划)。

为寻找农业领域的863项目,当时的国家计委、科委与教育部联合来湖北调研石明松的“两系法”水稻研究。此时已经成为杂交水稻学界权威的袁隆平,也应三部委邀请来到湖北。袁隆平一看到“两系法”水稻,当即就大加赞赏,并认为“三系”杂交稻要被清仓查库了,“两系”才是今后发展的方向。同时,他做出了一个看起来更宏远的判断:杂交水稻要从“三系”转向“两系”,最终走向无融合生殖的“一系”。

1987年,“两系法”水稻研究被正式列为国家863计划的第一个项目,编号101,袁隆平任责任专家,主持全国16个单位的联合攻关。石明松与朱英国也在专家组成员之列。但不幸的是,在项目刚刚开展之际,石明松却在一次意外事故中身亡。

863项目一直持续到2005年,朱英国说,“两系法”水稻的研究中心一开始一直在湖北,随着项目的推动,其他单位也取得了不错的成果。其中,东北的杨振玉和袁隆平的湖南杂交稻中心都育成了优良品种,也在实际中推广较多。但石新华说,从目前推广的组合来看,仍以石明松当年发现的“农垦58S“为背景的不育系所配的组合推广面积最大。

2011年底,石新华忽然接到湖南杂交稻中心打来的电话,请他去长沙开一个协调会。对方告诉他,国家奖励办收到他的来信后,就搁置了“两系稻”的评奖,并将他的意见转给了湖南。此次开会,就是要商量如何将他父亲的名字加进获奖人的名单里。

在协调会上,石新华提出来要将父亲的名字与袁隆平并列第一,与会人员皆不认同。石新华还记得,会上,袁隆平表态说:“我个人得到的荣誉已经很多了,我不一定非要得这个奖。”商议的结果,排名次序为:袁隆平、邓华凤、石明松。

其中,邓是袁隆平的学生,为国家杂交水稻工程技术研究中心暨湖南杂交水稻研究中心副主任。

朱英国是国家科技进步奖遗传育种组的评审专家组组长。他说,就他个人的意见,石明松在获奖人里面应该排第二。实际上,早在1993年,湖北省就将“两系稻”报过奖,当时得的是国家自然科学奖三等奖,已经去世的石明松是第一获奖人。所以这一次存在着重复报奖的嫌疑,但鉴于“两系法”杂交水稻成果重大,再予以重奖也在情理之中。

单就技术而言,颜龙安并不认为“两系法”就能完全替代“三系法”。他指出,“两系法”杂交稻的母本是受温度和光照控制的,由于自然因素不可控,“两系法”水稻的制种在很大程度上都要受制于天气,这就存在较大风险。

“超级稻”冲击纪录

根据《中国杂交水稻的发展》一书和程式华提供的数据,杂交水稻的亩产,用了12年时间,从1976年的316公斤增长到1988年的443公斤,增长了127公斤。但又过了20年,到2011年,杂交水稻的亩产达550公斤,只增长了110公斤不到。人们不禁会问:杂交水稻产量是否接近“天花板”?杂交水稻这一技术是否将会被淘汰?

2011年9月,袁隆平在湖南隆回县的百亩超级稻试验田创下亩产926公斤的纪录,被称“中国超级杂交稻种植获得重大突破”。实际上,近两年来有关全国各地水稻产量突破900公斤大关甚至1000公斤的新闻都屡见不鲜。

比如,云南省农业厅就称,该省楚雄彝族自治州农科所水稻站站长李开斌育成的常规稻种“楚粳28号”,2011年百亩片平均亩产达977.07公斤,且该品种百亩平均亩产已连续3年突破950公斤。袁隆平就此事接受《南方周末》采访时称,这主要是因为“那个地方生态环境特别好”。

作为袁隆平926公斤纪录的验收专家组组长,程式华指出,湖南隆回山区的地理环境也特别适宜水稻生长,再加上配套的先进田间管理技术,因此,这个产量的纪录也只是个案。“当时,中央电视台的记者也这么问我,说这个900公斤能够大面积推广吗?我对着镜头就说不能。它能否在当地复制成功,今后也还要再看。”但是,程式华说,亩产突破900公斤,本身就具有标杆意义,说明杂交水稻的产量目前还远远未达到极限。

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