稻佛
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⑴立志从农
"喝水不忘挖井人,吃饭不忘袁隆平"
人们这么赞美你。
你是新中国的第一批大学生。
1930年,你出生在北京的协和医院,你的母亲是小学老师,你的父亲是国家干部,你是正宗的城里人,可为什么你要立志当一名农民,把毕生的精力都奉献给杂交水稻的农业事业呢?
那是因为小时候你就想让每个人都有饭吃。
那一年,你才六岁。
在汉口的扶轮小学你上一年级,你的老师带领你和你的同学去参观一座私人的园艺场,那是个美丽的地方,桃子红红的、长得又大又好看,葡萄一串一串,也长得非常好看。
你想:
为什么这里的果树长的这么好看呢?为什么这里的花也长的这么美呢?
你想起了电影《摩登女郎》里令人向往的画面:奶牛被人轻轻一挤就挤出了大量的牛奶,酸甜的葡萄只要一伸手就能栽下来一串串……
呵,你说你长大了一定要当一名农业的技术员,培育出又大又好的水果蔬菜。
1937年7月7日日本鬼子制造了"卢沟桥事变",开始全面侵略中国的战争,在那惨无人道的炮火之下,你一家人从江西德安忽忽忙忙逃往重庆。一路上,你缺衣少食,亲眼看到了许多没有食物吃而饿死的灾民。
缺少食物的战争对你的震动很大。
1942年,你到了重庆复兴中学读初中,当你打开崭新的课本,你的生活又翻开了新的一页。在书的海洋里,你思绪翩跹,学习上你喜欢独立思考,总要剥根究底,问个为什么,你更善长于用记忆和理解去学习。
至今80多年了,你还记得当年问过老师的问题,为什么负数剩于负数是正数呢?老师没有解释为什么,只是说这是个法则,可你不那么认为,应该可以解释清楚。
数学老师还说,只用圆规和直尺两件工具,除了直角外,其他任何角都不能被三等分,老师也没有解释,这一直成了你心中放不下的疙瘩,而那时候你才12岁。
1953年你从重庆相辉学院农学系大学毕业,被分配到安江山区的一所农校,当了一名遗传学的老师。
1953年英美的遗传学家克里克和沃森根据孟德尔、摩尔根的学说,已经研究出遗传物质的分子结构模型,即DNA分子双螺旋结构,从而使遗传学的研究进入到了分子水平。他们直到1962年才获诺贝尔奖。
由于政治的原因,当时学苏联,遗传学的教材也是学习苏联学者米丘林、李森科的理论。你尝试进行无性杂交的实验。
你成功地把月光花嫁接到红薯上,西红柿嫁接到马铃薯上,西瓜嫁接到南瓜上。
实验是成功的,红薯地下长红薯,地上结的是月光花的种子,土里挖出了马铃薯,茎上结的是西红柿,南瓜上结了西瓜。
然而当你用嫁接得到的种子播到实验田里后,等到收获的季节,地上收获的是月光花,地里却没有长出红薯,正如你想的那样,嫁接的种子是不能把优良的性状遗传给后代。你对米丘林、李森科学说产生怀疑,你决定要深入研究各种学说,包括当时遭社会主义国家批判的孟德尔和摩尔根的遗传理论。
在1958至1961年的困难时期,发生了历史上旱见的特大干旱,由于缺水,农作物活不了,再加上当时大跃进、办公社吃大锅饭这样冒进的政策,农民家里几乎不留稻种、饲料和备荒的粮食。那三年简直是天绝人寰,粮食绝收,中原大地在三年之内就饿死了三千万以上的人口。吃草根咬树皮,吃观音土,何止一个惨字了得。
做为研究粮食的你,居然也没有饭吃,不得不和几位同事拔了菜园里未成熟的萝卜和红薯,煮了充饥。
⑵发现"野败"
1960年7月,你在学校外的早稻田里惊喜地发现了一株鹤立鸡群的水稻植株,那株水稻长的特别高大,株型优异,穗大粒多,格外显眼。
你数了数那株水稻的穗数,又细心地数了每支稻穗上的谷粒数。这株水稻有10余穗,每穗160-170粒壮谷。要知道当时水稻稻穗的谷粒数一般为100粒左右,这株特异的稻株穗数和谷粒数远远多于普通的稻株。
这真是一株不同寻常的水稻。
你想:要是第二年用这株水稻的种子种下去,田野里长的如果都是这些金灿灿的稻谷,不就可以提高单位的亩产量了吗?
啊,这绝对是宝贝,你用红布条给这株健壮高大的稻子扎上了记号。
然而,第二年你失望了,你满怀希望收集到的稻种在生长过程中发生了性状分离,去年穗大粒多的优势居然退化了。
为什么?
一个念头像闪电一样闪过你的大脑,根据19世纪奥地利人孟德尔的遗传规律,这说明去年那株穗大粒多的稻株是天然杂交稻,在自交繁殖后发生性状分离,性状比例3:1,不能保持原来的优良性状。
水稻是自花传粉植物,雌雄同株,雌花小,雄花健壮金灿灿,风媒花,花药开裂后散出花粉,落在雌花的柱头上,然后萌发出花粉管,产生两个精子,一个精子和卵受精发育成胚,另一个精子和两个极核结合发育成胚乳。
水稻也是单颖果植物,一朵花只结一粒种子,异花杂交非常不易,让水稻杂交是世界上公认的科研难题。
你想:天然杂交水稻生殖器官长的那么好,如果用人工方法,是不是也可以培育出具有产量高的杂交稻呢?
关键是如何给水稻去雄,总不能通过人工的方法把每株水稻的雄花去掉,只留下雌花,然后再拿其他水稻品种的雄花来与之授粉。如果这样的做话,岂不苦不堪言,根本就不现实。
你又想:要是找到雄性不育的而雌花却是正常的植株不就可以解决问题了吗?把雄性不育的植株种下去,它不得不接受其他水稻的花药,从而获得杂交稻。
可是谁也没有见过雄性不育的水稻到底是什么样子。
你从那株天然杂交稻推断,自然界肯定存在雄性不育的植株,它的特点是发育不好,花蕊呈现病态的稻株。
在成千上万亩的水稻田里找到一株这样特殊的稻穗,无异于大海捞针。
1964年的夏天,骄阳似火,你在吐穗扬花的水稻田里一行一行地寻找着。你手拿镊子和放大镜,不时的停下来,用放大镜仔细观察着花蕊。顶着烈日,你晒得比刚果布的黑人还要黑。
养在深闺人未识的雄性不育株,到底是一幅怎样的真容啊?
你的妻子邓则看到你在水稻田里大海捞针般寻找,心疼不已,她也挽起裤脚,下田和你一起寻找。
你和你的妻子就这么执着的日复一日地寻找,整整坚持了16天,当日历翻到1964年7月5月,你的目光被一株性状奇特的植株给冻住了。
啊,那株水稻,它大多数的颖花花药不开裂,雄蕊长得瘦弱寡白,一幅发育不全的样子,振动稻株也没有散出花粉。这不就是你日盼夜盼要追寻水稻姑娘吗?
1965-1966年期间,在连续两年的水稻扬花季节,你和你妻子又在稻田里艰苦的寻找,你们前后共检查了1.4万株水稻几十万稻穗,一共找到了5株雄性不育的水稻。
你如获至宝采收了这些在雄性不育上结的种子,这些种子肯定是天然杂交稻,它之所以有种子,是接受了其他水稻的花粉。
你把这些种子视为珍宝留作实验材料,含辛菇苦地加速培育。
你耕地、播种、施肥、记录着它每天每个发育阶段的细微变化。
连续2年盆栽实验包括秋播和次年的春播,你发现天然不育的植株经人工杂交后结实率达80%以上。这说明雄性不育的雌蕊正常,可接受异花传粉。最令你高兴的是经杂交繁殖出来的后代,有的继续保持了母本的雄性不育性,这让你喜极而泣,因为这意味着不育性可以通过大量繁殖而得到。要知道在1964年,你可是在1.4万株水稻几十万稻穗里用了16天的时间只找到一株雄性不育的早稻。
1966年2月在《科学通报》上你用中英文发表了论文《水稻的雄性不孕性》,这篇论文非常重要,得到了中科委九局的重视,以国家科委的名义发公函责成安江农校支持你的研究工作。非常幸运在这一年爆发的文化大革命,你因为有了这一公函而避开了政治运动的漩涡。
有了国家科委九局公函的保护,你和你的助手尹华奇,李必湖三人组成了水稻雄不育的科研小组在安江农校光明正大地搞科研。
1968年的秋天,湖南省科委和农业厅在实施毛主席提出的"以粮为纲"战略方针时决定把你调到省农科院长沙,继续攻克"雄性不育"制种的技术难关。
为了加快雄性不育育种,加快杂交实验,你和你的助手在每年10月,带着一年收获的稻种奔赴云南和海南,因为那里的气候炎热,每年可多繁殖水稻一两代。
在三亚的南红农场,这里的水稻一年可种三季。然而奇怪的是繁育雄性不育种子时,你先后投入了1000多个常规水稻品种,和原先找到的六株雄性不育及其后代进行3000多个杂交实验,没有能找到一个100%保持不育的水稻品种,而且不育率没有提高反而下降。
该怎么办呢?
如果不能获得100%不育的稻种,就不能算成功。因为你不可能在一亩地里人为区分出第二年种出的水稻哪些是可育的种子哪些是不可育的种子。
这里需要向大家科普一下关于核质互作遗传的规律知识,以便理解杂交稻的原理。
遗传性状的表达受细胞质基因和细胞核基因的共同作用。
水稻的细胞质中含有可育基因N和不育基因s,水稻的细胞核中也含有可育基因Rf和不可育基因rf。可育基因表现显性,不可育基因表现隐性,细胞质和细胞核只要有一方含显性基因就对外表现为雄性可育,而只有细胞质和细胞核都含有隐性基因才表现为雄性不可育。
比如细胞质中含不育基因s,细胞核中含不育基因rfrf,这样共同作用就表现为雄性不育,如果细胞质中含可育基因N,即使细胞核中含纯合体的不育基因rfrf,对外也表现为雄性可育。如果细胞质含不育基因s,细胞核含有可育基因RfRf或Rfrf,对外表达为雄性可育。
夜深人静,你久久不能入睡,这几年代代繁育的资料就像放电影一样,一幕幕在你脑海里呈现。
灿稻不育和灿稻杂交,F1代性状分离,效果不好。
粳稻不育和粳稻杂交,F1代性状分离,效果也不好。
籼稻不育和粳稻杂交,获得不育种子多一些,效果好一些。
咦,两个亲缘关系远的稻谷杂交,效果要好一些。那么如果用野生稻和杂交稻杂交,效果会不会更好一些呢?你这么想。
这几年杂交实验里,你一直在栽培稻里兜圈子,这好比是近亲结婚,后代没有优势是一样的道理。
想到这里,你豁然开朗,你提出了应该用远缘的野生稻和栽培稻杂交的新思路。
现在最关键的是要找到野生的雄性不育稻。
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1970年11月23日,你的助手李必湖在南红农场不远一片沼泽地里,找到了一片约0.3亩的野生稻,他和你当年寻找籼稻不育种一样,也是一株一株拿着放大镜仔细地寻找。
奇迹出现了,李必湖他发现了三株导常的野生稻穗,花药细瘦,不分裂不散花粉。这三株稻穗长在同一个禾蔸,是从同一粒种子发育来的不同分蘖。你从北京赶回来,用碘化钾染色不变蓝,证明了这是典型的花粉败育。你给她取了个好听的名字"野败",即野生稻雄性不育。
野生稻雄性不育的细胞质含不育基因s,是自然突变的结果,其细胞核中含有纯合体隐形基因rfrf,现在你和你的助手小心翼翼的保护这株价值连城的黄金稻株。
从第二天起,以这株野败为母本,李必湖利用一个抽穗末期的籼稻品种为父本,即利用灿稻的雄花和野败的雌花杂交,共杂交了65朵小花,当年这65株小花结果时由于风吹雀啄,最后留下了三颗非常珍贵的种子。
这时候,你还不能确定这三颗种子在第二年种下去会不会100%都是雄性不育。
1971年元月,你采用无性繁殖分蘖的方法,分秧苗,在3个地段,共插了46株秧苗。
1972年你在《利用"野败"选育水稻不育系的进展》一文中写道:用以前材料,采用筛选和人工制造,很难获得保持性。唯有"野败"表现不同,给实验带来了起色。
野败的稻株及其后代如果和它长的差不多但雄蕊是正常的稻株杂交(即保持系)就有可能获得细胞质含不育基因,而细胞核也是不育基因的种子。
野败的稻株及其后代如果和长的比它高大健壮,雄花雌花都发达的正常可育稻株(即恢复系)杂交,就有可能获得细胞质含不育基因,而细胞核里含显性基因的可育种子,这样的子一代有杂种优势,产量会增加。
我们平时的杂交稻就是雄性不育的稻子和恢复系的稻谷杂交获得的种子。
现在的关键是要大量繁殖雄性不育的稻子,这样才有实际的生产意义。
那么要如何提高雄性不育稻种的产量呢?
你曾经用割叶、剥包、多插父本紧靠母本的做法,目的是增加单位面积的花粉量,然而你种的两亩地,平均一亩亩地只获得17斤的雄性不育的种子。
这产量太低了,是要亏本的。
你发动你的助手和学生,集思广益。你想到了解决问题的关键是要解决雄花和雌花同时相遇的问题。一般父本生长期长,母本生长期短,因此要先种父本的稻株,后种母本的稻株,有时还得用902植物激素催熟还未开花的雄花或雌花,目的是让雄花和雌花能同时开放。到了1975年你制种的27亩地 平均每亩制种59.6斤。又经过20多年的不断探索和不断回交创造,如今每亩地可制种达200斤,而杂交水稻用种量很少,一亩地用2-3斤的种子即可以。
解决了不育系制种难题之后,还需要在2万多水稻品种中找到和不育系最佳的恢复系组合。
1972年3月,国科委将杂交稻列为全国重点攻关项目,全国27个省市自治区几十家单位互相协作互通有无,做了几千个测交组合和几个世代的回交,把雄性不育细胞质中的不育基因置换到栽培稻细胞质中。
每家单位各有侧重,从不同角度去突破,你指导用"野败"与上千个不同的品种进行了上万次的测交和回交转育实验,扩大成功的概率。
1973年,参加攻关协作的各地科技人员找到了100多个具有恢复能力的品种。
你和张先程助手在东南亚一些品种中率先测得花药强、花粉量大,恢复率达90%以上的恢复系稻株。
这年九月,你在长沙马坡岭实验田,利用转育过来的不育系,经过3年连续7代的杂交实验,3000株实验稻终于达到100%不育,性状和父本性状标准一致。
1973年10月份,你发表了《利用"野败"选育"三系"的进展》,正式宣布籼型杂交稻"三系"配套成功。
1973年春,你把海南配制的杂交稻种分给大家试种,从湖南到广西频频传来杂交稻试种的喜讯,平均亩产量达550公斤以上。
我国水稻三系选育依靠集体力量,举国之力,发挥社会主义大协作的优势,仅仅用了三年时间,就成功地选育出杂交水稻的三系配套。
有人曾预言:杂交水稻三系就是三代人也搞不成器,但是你和你同事却在短短3年时间内就把三系配套成功了。
1975年10月在全国21省市自治区协作单位会议上,你总结这几年的科研成果,认为大面积生产应用的时机已经成熟,同时命名了3个不育系和6个恢复系,制定杂交稻命名规则。选配出"南优""矮优""威优""汕优"等6组强优组合。
杂交稻和常规水稻不同,须要年年制种。如果直接用杂交稻的种子播下去,性状分离,优势退化。有了强优化组合的制种技术,接着就是想办法让科学转化为生产力,在生产中加以大力推广应用。
这里要感谢华国锋,是华国锋的支持和指示下在全国大面积推广杂交稻的种植。
1975-1976年利用海南一年可种植多季稻的气候条件,不育系的种子南来北往繁殖4次,从117公斤猛增到11万公斤。全国27省市自治区每年去海南就有1万8千多人,制种面达达6万多亩。
从1975年种植面积370公顷到2006年杂交稻在我国累计推广3.76亿公顷,增产稻谷5200多亿公斤。
⑶再战两系法
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1973年10月湖北省农业技术员石明松在他栽培的晚粳品种大田里发现3株典型雄性不育突变株,这突变株在夏天是雄性不育,花粉败育,可有趣的是到了秋天却正常恢复可育。这是一种光敏不育类型水稻。石明松通过6年的系统实验研究得出这不育株在长光照下不育和短光照下可育的转换特性。
你对这个发现非常重视,认为这是为两系法创造了条件。1987年李必湖的助手邓华凤也像当年你一样,在安江农校田野里苦苦搜寻,在籼稻三系育种材料中找到了1株光敏核不育水稻。
邓华凤实验如下:他先用套装隔离,到9月初,其他和该株同时种的其他59株育种材料自交结实,唯有套袋的这株不结实,说明它花药不正常。9月21日,仅有的一个晚生分蘖抽穗,开24朵小花结出11粒种子,说明该稻株雄性又恢复了正常。表现了湖北石明松发现的光温敏核不育水稻的特点。
11月下旬到海南冬播这11粒珍贵的种子,第二年2月23日开始抽穗,雄性正常,自交结实80%。到了4月1日,抽穗整齐一致,4月2日育性开始转换,花粉败育日增。
这是可以用来制种的。在雄性不育期可与其他稻杂交产生杂交稻,在雄性恢复期完成自花传粉产生光温敏核不育种子。
邓华凤向你报告,你立即奔赴安江农校,观察和指导。在邓华凤的悉心呵护下,这株光温敏不育株经过安江和三亚两地三代繁育后。证实这是一株新的不育突变株。在安江高温和长日照下,不育率达100%,且保持不育时间长达50天,而在这50天之前或之后抽穗扬花则全部表现为雄性可育,能自交结实。
两系法杂交水稻没有设想的那么简单,罗孝和用尚不成熟的两系法在新化县搞了100亩杂交制种,结果父本母本花期严重不遇,每亩只收5斤的种子。大受损失的农民气的要割罗孝和的耳朵。你急忙给罗孝和汇去两万元,赔偿农民的损失。
罗孝和没有辜负你的期望,他发现了用冷水灌溉不育系植株能恢复雄性可育的现象。用水库下层巨大冷水资源繁殖光温敏不育株,终于收到了满意的效果,在一处丘块实验田每亩超过了700斤,解决了二系法种源的供应问题。
⑶征战超级稻
1996年,两系法才实现一年,你就主动请缨,立项超级稻育种的计划且组织实施。
有一次你赴江苏考察两系稻时,突然脑海闪过一种超高产杂交稻的形态模式。
这是多年来你受现场参观的启发与触动突发来的灵感,以提高光合效率为宗旨的水稻特点应是"高冠层、矮穗层、中大穗、高抗倒"。你设想的水稻应该是三片叶"长、直、窄、凹、厚"的模式。
根据这个设想,你和你的助手以高产不育系"培矮64S"等为亲本,广泛测交与筛选,找到高抗倒县有高产潜力的理想株型。
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罗孝和用"培矮64S"与恢复系"9311"选育出亚种间杂交稻"两优培九"亩产超过700公斤。
1999年秋节云南涛源乡试的"P64S/E32"超级杂交稻亩产1139公斤,创下世界纪录。
邓启云是超级水稻的研究员,他根据你《杂交水稻的超高产育种》筛选出"丫两优1号"丫两优2号"0293""双8S"等系列高产稳产的优化配组。
但是经过多次攻关,亩产一般只有800多公斤,始终无法突破900公斤大关。
为了顺利冲关,你与肖利民、王化永仔细商讨耕作技术问题。
确定良种、良田、良法的技术标准。良种科研团队研究的"Y两优2号"品种。良田保水肥,排灌自如,施用石灰调节酸碱度。每蔸禾插两粒谷,增加基本苗,用专用肥。
2012年9月18日,由你指导邓启云研制的"Y两优2号"百亩超级杂交稻试验田,正式收割验收。经农业部委派专家验收,平均亩产900公斤以上,你开玩笑说这个有900公斤重的姑娘终于被你追到手了。
2013年你用邓启云"Y两优900"超高产水稻新组合,平均亩产988公斤,逼近了1000公斤的研究目标。
2016年全国16省37个县市精心布局了46个超级杂交稻百亩攻关片,除了"Y两优900"外,还有"超优千号""双两优1000"等。
云南省、海南三亚种植的"超优千号"最高亩产量均超过1000公斤以上。
你曾经提出每公顷粮食产量的应该可以达17吨的纪录,也许你会发现,你的理想很快会实现,因为在2015年已经有好几个地区已接近每公顷16吨,你的学生和同事正在运用常规或分子育种的方法培育出更加高产优质杂交水稻新品种,这些新品种会不断创造更大的奇迹。
如果我们将常规稻、三系杂交稻、两系杂交稻、超级杂交稻单位面积产量进行比较的话,它们分别是100:120:129:181,可以发现超级稻优势明显,潜力巨大。
⑷转战一系法
一系法最大的特点是不需要年年制种,杂种优势固化,真正实现由繁到简的飞跃。实现这一方法要有赖于分子育种、基因技术的进步。
一系法是利用不发生核融合的生殖,利用未经受精的卵或胚珠内的某些细胞直接发育成胚的现象。
比如我们常说的孤雌生殖或孤雄生殖就是由单倍体不经过正常受精而产生单倍体胚的现象。还有二倍体胚囊不经减数分裂发育成孢子体的现象等等。
1990年耗资240亿美元动员了120所大学和2万家企业的力量启动对人类基因组的测序工作。
作为世界第一大水稻生产国,最早发明杂交水稻的国家,我国有能力有责任开展水稻的测序工作。2000年你和中科院遗传研究所人类基因合作,以超级杂交水稻恢复系"9311"为研究对象,启动水稻基因组的测序研究。
2001年10月12日,著名生命科学家陈竺宣布具有国际领先水平的籼稻水稻基因组"工作框架图"和数据库在我国完成。
踠蜓不断的青山啊
层层梯田
金灿灿的水稻盘绕至山顶
这是一幅超级稻谷丰收喜庆的画面
2001年11月你说,生物技术将加速中国超级稻的研究,如果能转入玉米的某种基因,粮食还会有大幅增长的潜力。
1999年你同香港大学的辛世文教授合作,利用分子标记技术改进水稻的形态,增进抗病能力的研究。
通过分子技术,发现了野生稻中的两个增产基因。把增产基因导入栽培稻后,培育了一个很好的恢复系。用它来配组双季晚稻,比对照组增产20%左右。
稗草是田间生命力很强的杂草,生命力旺盛,里面有好的基因使它生命力强,把稗草的DNA导入水稻,后代发生变异,到田里选出好的来培植。你们找到了一个"RB207"的恢复系,结出的稻穗和籽拉显著增大。
C4植物光合效率比C3植物高出30%,玉米甘蔗高粱都是C4植物,把C4植物的关键酶基因转到超级杂交稻亲本里去,能提高株系的光合效率,增加产量。
1996年10月,你精选的杂交水稻种子搭载返回式卫星进入太空,通过太空强辐射杂交种子发生变异,你再选取育种。太空变异有的有利和有的不利,两者并存,目前尚无证据说明有利的变异占主导地位。
通过航天育种寻找变异的大种子为杂交水稻提供了新的发展途经。
⑸终成稻佛
你是一位真正的耕耘者,当1953年你还是一位农校教师的时候,就有颠覆世界权威的胆识;当你名满天下的时候,仍然专注于田畴。你淡泊名利,一介农夫,播撤智慧,收获富足。
你还中学读书的时候,聂耳、田汉的《毕业歌》"我们今天桃李芬芳,明天是社会的栋梁"这首歌词一直感动着你、激励着你。
同时,你也记得保尔·柯察金的话:"人生最宝贵的是生命,生命对每个人只有一次。人的一生应该这样度过:当他回首往事的时候,不因虚度年华而悔恨,也不因碌碌无为而羞愧。"
你用毕生的梦想,想让所有人远离饥饿,你用优良的杂交种子,改变了整个世界。
"行路难,行路难,多岐路,今安在?长风破浪会有时,直挂云帆济沧海。"这是你平时最爱弹奏的李四光的小提琴曲《行路难》。
是啊,探索科学的道路是艰难的,这是一条充满险阻的荆棘之路,但科技工作者要勇敢的走下去,踏过去。
为有英雄多壮志,敢叫日月换新天,
喜看稻菽千重浪,一尊稻佛在田间。