杂交粳稻50年的变与不变

  图:每年9月下旬至10月上旬,育种工作者进行选种工作。

  图:长势优良的稻种稻穗。本版照片除署名外由本报记者韩宇浩摄

  水稻育种工作者开展水稻抗病鉴定工作。 省农科院供图

  杂交稻田间调查,育种工作者调查颖花发育情况。 省农科院供图

  本报记者 胡海林

  今年秋天,一个“小众”而又不失隆重的学术会议在沈阳召开,会议的主题之一是庆祝北方杂交粳稻研究成功50周年。杂交粳稻育种成功,是我省水稻育种专家杨振玉的一项世界级突破,并在杂交稻育种界留下“南袁北杨”的盛誉。这段历史和成就不为公众所熟悉,但50年来始终有一群人追随着前辈足迹,不断学习和自我挑战,致力于杂交粳稻研究,以期找到新的突破。

  10月中旬,沈阳市苏家屯区,成片的稻田如舒展的黄金绸缎,用丰盈和灵动绘出令人陶醉的画卷。

  “画布”中,一块稻田略显另类:稻秧高矮不齐,有的早已泛黄,有的还绿意盎然,犹如一个斑驳的拼图。这块隶属于省农科院水稻所的200亩试验田,种下近5万份水稻育种材料,有的材料只占1平方米。

  试验田向北30多公里的皇姑区金山小区, 93岁的林生不时念叨着“想去试验田看看”,早年间秋天逛稻田是他的休闲项目。因与杨振玉共事20年,一起下田插秧、海南繁种、出国交流,林生与杨振玉结下深厚的友谊,并对那段峥嵘岁月如数家珍。

  面对到访的杂交粳稻育种后辈,林生说得最多的是勉励:不要着急也不要有压力,慢慢来,只要把基础打牢了,突破总是顺其自然的事。尽管退休已30余年,林生炯炯有神的眼睛,仍闪烁着他们那代人对杂交粳稻事业满腔的热情。

  关键突破

  杂交水稻,是我国20世纪农业科技领域的一次伟大突破,被国际社会誉为“第五大发明”。

  上世纪70年代初,由于天然雄性不育野生稻的发现,催生了水稻“野败型细胞质雄性不育系”,使我国杂交籼稻实现了“三系配套”,相继育成一批强优势组合并大面积推广应用,拉开了南方杂交籼稻育种的大幕。

  杂交水稻的诞生,大幅提升了水稻产量,解决了国人的粮食安全问题,也为全球粮食增产提供了中国方案。提到杂交水稻,人们自然会想起为此作出巨大贡献的我国杂交水稻之父袁隆平院士,但很少有人知道,在北方还有一位杨振玉,最先在杂交粳稻领域获得重大突破,引领了北方杂交粳稻育种的发展与进步。

  “与杂交籼稻不同,当时北方杂交粳稻育种进行得非常缓慢,主要原因是杂交粳稻不能用‘野败型细胞质’,而只能用‘包台型细胞质’培育不育系,但当时‘包台型细胞质’不育系在粳稻中找不到恢复系。因此,杂交粳稻实现不了‘三系配套’,就像被判了死刑。”忆及过往的艰难,林生直叹“不容易”。

  杂交水稻育种“三系配套”技术,就是将雄性不育系、保持系和恢复系进行配套组合,通过核质互作机制实现杂种优势利用。其中,不育系无法自交结实,需通过接受保持系花粉,维持不育系的遗传特性,实现繁殖;保持系通过自交实现繁殖;不育系通过接受恢复系花粉使后代恢复育性,实现杂种优势利用。

  看似简单的“排列组合”,但因在粳稻中找不到恢复系的天然“缺陷”,导致杂交粳稻育种始终无法取得突破。即使美国、日本在此之前进行了数十年的杂交粳稻理论研究,同样在实践环节未能取得突破。

  时间回溯至1970年5月,杨振玉接到省农科院一项工作任务,带队去湖南向袁隆平团队学习。彼时,袁隆平团队在研究水稻杂种优势利用上取得了突破,正在全国范围开展协作攻关。于是,他率领来自营口、盘锦、沈阳等地的11名水稻科研人员,前往湖南省农科院,在袁隆平的悉心指导下学习杂交水稻育种技术。

  由于培育成功的“三系配套”只适合籼稻,辽宁学习团队对杂交粳稻“三系配套”成功并没有太足的底气。经学习并获得袁隆平团队提供的一些“野败”类型亲本后,辽宁学习团队回到沈阳,最终大多数人没有选择从事杂交粳稻育种研究,但杨振玉还是决心一搏。

  在数千年的水稻种植史中,由于生态环境的自然选择,让籼稻和粳稻两个水稻亚种形成了一定的生殖隔离。而培育杂交粳稻的主要难题,就在于要克服籼稻、粳稻间生殖隔离的障碍,让籼稻、粳稻亚种间有利的杂种优势得到应用。

  “举个通俗的例子,马和驴杂交产下高大有力的骡子,这就是‘杂种优势’,但骡子最终不能生育小骡子,就叫‘生殖隔离’。”林生说,“杨振玉的过人之处,就在于当时‘正路’走不通时,他想到了走‘中间路线’,在世界上首创了‘籼粳架桥制恢技术’,率先攻克了粳稻杂种优势难关。”

  1975年,首个“人工制恢”粳型恢复系C57选育成功,利用C57选育的杂交粳稻在北方地区大面积种植,开创世界杂交粳稻利用之先河,使我国成为最先应用杂交粳稻的国家,并为世界稻作文化作出突破贡献。杨振玉也因此成为杂交粳稻的主要奠基人。

  荣誉接踵而至。1978年,杨振玉主持的“粳型水稻杂种优势利用的研究”成果获全国科学大会奖,他被评为“全国先进工作者”,受到党和国家领导人的亲切接见;1981年,“粳型水稻恢复系C57及其杂交组合黎优57”荣获国家发明三等奖……

  “嘉禾满天下”,这是杨振玉写入家训的句子,也是他毕生的追求。仅是南繁育种工作,杨振玉便像候鸟一样往返于辽宁与海南之间,整整46年不曾间断。

  “新”的传承

  粳型恢复系C57的诞生,让杂交粳稻育种人备受鼓舞,也迎来了杂交粳稻育种应用的春天。

  1986年,国家启动“863”专项,省农科院水稻所团队参与国家“863”北方杂交稻育种攻关课题,同时开展三系、两系亚种间杂交稻育种研究。其中,两系法选育出的“广占63S”,成为一个标志性品种。

  以“广占63S”及其衍生系配制而成的“丰两优1号”“扬两优6号”等两系杂交籼稻品种,在我国长江中下游稻区大面积推广应用,肩负起这些地区籼稻品种更新换代的任务,累计种植面积超过1.5亿亩,取得了巨大的经济效益和社会效益。

  “2008年,我在海南基地参加南繁时,碰到安徽省一位水稻育种老前辈,他对杨振玉连连称赞‘杨先生可算挽救了两系杂交籼稻’。原来当地一度遭遇低温冷害,原有两系不育系遇低温结实,严重影响了杂交稻的制种安全性,在尚无可替代品种的情况下,‘广占63S’下场并取得不俗成绩。”省农科院水稻所副研究员张城说,那一刻对前辈的贡献有了更具象化的认识。

  “杨振玉非常鼓励大家创新,从外面每引进一份重点材料,都会在所内进行分享。在他看来,每个人对材料的理解、评价和利用角度各不相同,大家从不同的角度出发去挖掘材料的潜力,主打就是一个‘东方不亮西方亮’。”省农科院水稻所副所长李跃东说。

  在省农科院水稻所内部,水稻育种也呈现出百花齐放的格局,杂交粳稻的发展助力了常规稻育种。

  以辽宁省功勋育种家李玉福为代表的常规稻育种家,用杨振玉分享的籼粳杂交中间材料为桥梁亲本,与生产上推广的优质抗病品种进行多元复合杂交,采用理想株形育种与杂种优势利用相结合的育种路线,成功育成一系列高产常规稻品种“辽粳326”“辽粳454”“辽粳294”“辽粳9号”“辽星1号”等,替代了日本引进品种成为辽宁省主栽品种。

  继杨振玉之后,华泽田、隋国民、张忠旭等专家建立了以大柱头高外露率不育系培育、恢复系快速定向选育、父母本籼粳成分适度搭配等为主体的北方杂交粳稻育种技术体系,育成“辽优”系列高产优质抗病杂交粳稻新组合。其中“辽优5218”“辽优1052”被农业农村部认定为超级稻。

  然而,杂交粳稻从诞生的那天起,同样自带“天然”短板,那就是口感因略带籼稻血缘而欠佳。“在那个人均口粮尚不富足的年代,高产是水稻育种的第一目的。但随着人们生活水平的提高,以及粮食供给的多元,人们对大米品质的需求越来越高,对水稻育种也就提出新的要求。”省农科院水稻所副所长马作斌说,改善水稻品质成为一个重要的课题方向。

  杂交粳稻育种技术也在与时俱进。在张满利、王先俱、张城等新一代科研工作者的接续努力下,省内杂交粳稻育种进入“3.0版”,他们将传统育种技术与分子育种技术相结合,高效聚合有利基因,育成“粳优653”“粳93优06”“辽优2868”等一批株型理想、杂种优势强、制种产量高、米质优良的杂交粳稻新组合。

  创新,是科研工作亘古不变的定律。省内一代代杂交粳稻育种专家不仅以身作则、埋头苦干,而且接力带出了一支支创新队伍,呈现薪火相传的良好局面。随着人工智能时代的到来,全球生物育种技术正围绕数字化、智能化加速演进,也对杂交粳稻育种提出了新的要求。

  坚守使命

  粳稻育种和应用有多难?一个新品种往往需要四至五年的选育,选育出来的品种还要进行三年区试,然后经审定方能推广应用。

  结合自己的工作实践,省农科院水稻所研究员王彦荣解释:粳稻杂交好比“包办婚姻”,但如何匹配则是细致活儿,就拿稻秧同株自花授粉来说,由于父本开花时间早、母本开花时间晚,花时不遇就会导致产量减少或影响杂交成果。这个过程,就要充分计算好父本、母本开花时间,还要不间断巡田,在小时级的最佳授粉时段进行人工干预。

  于是,在水稻扬花的季节,也是实验田里最热闹的时候,各个课题方向的水稻育种科研工作者都会下田抢“工期”,顶着烈日在水田中“蒸桑拿”成了家常便饭,蚊虫、蚂蟥叮咬也见怪不怪。

  受制种产量低、产业化难、农户积极性不高等因素影响,近年来杂交粳稻推广应用面积低于市场预期,国内不少杂交粳稻育种科研工作者也纷纷转换研究方向。业内专家表示,目前整个北方地区,从事杂交粳稻育种研究的人员已经所剩不多,大部分集中于辽宁省农业科学院。

  “我内心肯定是有过纠结的,杂交粳稻育种本身就很难,出成果又慢又少,推广面积还小,因而获奖的机会也少,付出那么多努力,有些纠结是正常的。”王彦荣坦承内心,这个时候也会自我开导,前辈们在恶劣的条件下都能作出那么大的成就,自己还是有努力空间的。

  类似的压力,作为加入杂交粳稻研究时间不长的助理研究员王远征也深有同感。一次,她的母亲偶然路过便去看望她,看到自己的女儿顶着烈日在泥泞田里劳作,脸被晒得通红,身上衣服被汗水浸透,母亲流着泪劝她:“姑娘,这也不是女孩干的活儿啊,咱们学历也不差,要不换份工作吧?”

  王远征笑言:“其实这是水稻育种人的工作常态,只是我母亲第一次看到我这样的形象,心疼我而已。从事杂交粳稻育种研究,对于国家来说是关乎粮食安全的大事,于个人来说一些成果获得同行、农户认可,就像有束光照进来,让你更有盼头,以更积极的状态去挑战。”

  2015年至2022年,省农科院水稻所杂交粳稻经历了7年的“蛰伏期”后,厚积薄发迎来了成果爆发:2023年10月,专家组在大连对国审杂交粳稻“辽丹67优89”现场测产验收,亩产802.97公斤,创下全省晚熟稻区水稻单产新高;2024年秋,在沈阳示范田对数十个水稻品种测产比较中,亩产前十的品种有7个为杂交粳稻,当年常规稻普遍因低温、寡照、多雨而减产,而杂交粳稻表现出很强的杂种优势;今年10月,省内专家组在沈阳对杂交粳稻新品种进行现场踏察和实收测产,“辽优76”亩产达904.4公斤,实现了北方杂交粳稻产量的新突破……

  当前,尽管北方杂交粳稻发展面临产业化困难等现实问题,但向难而行正好赋予了杂交粳稻育种科研人员坚守的意义。

  省农科院水稻所杂交稻育种学科带头人张满利说:“虽然杂交粳稻研究难度系数大,但其未来发展的空间也会更大。比如最近两年夏季南方持续高温,对籼稻结实率形成负面影响。今后,随着全球气候变暖、生态环境变化等问题的出现,又给我们育种研究带来全新的课题。”

  近几年来,我省杂交粳稻育种研究在不断创新的同时,也强化了跨区域技术协作,实施“走出去、引进来”策略,与浙江省农科院、上海市农科院等深度合作,先后合配的4个新品种已进入区试阶段。这些高产品种的育成,未来有望显著促进我省水稻单产及总产提升。

  时空变迁,斗转星移。50年前的“吃饱饭”,早已焕新为今天的“吃好饭”,但坚守时代使命并驰而不息,追梦之路便充满光彩。

责编:张晓楠
审核:刘立纲

PC版

Copyright © 2024 lnd.com.cn 北国网