■編者按
  1月10日,國家科技獎勵大會在北京舉行,由袁隆平院士領銜攻關的“兩系法雜交水稻技術研究與應用”項目獲得了科技進步獎特等獎。這是繼三系法雜交水稻技術1981年獲得國家技術發明獎特等獎後,雜交水稻研究又登上國家科技獎勵大會特等獎的領獎台。與此同時,由國家電網湖南省電力公司為首攻剋的“電網大範圍冰凍災害預防與治理關鍵技術及成套裝備”項目,獲得了科技進步一等獎。這也是我國電網防災領域獲得的首個國家科技進步一等獎。
  為此,本報記者採寫了2篇特稿,詳細解讀兩項大獎獲獎的台前幕後,以饗讀者。
  本報記者 胡宇芬
  通訊員 段愛珍
  從700公斤、800公斤到900公斤,雜交稻大面積畝產的世界紀錄不斷在中國誕生。這些水稻品種中的佼佼者,都有一個共同的身份——兩系法雜交水稻。
  如果說三系法雜交水稻為中國開啟了自己養活自己的時代,那麼,兩系法雜交水稻則為中國開啟了更高產、更優質、更高效的雜交水稻新紀元,確保了我國雜交水稻技術的世界領先地位,並推動了世界雜交水稻的快速發展,是對遺傳育種學科的巨大貢獻。
  1月10日,由袁隆平院士領銜攻關的“兩系法雜交水稻技術研究與應用”項目獲得了國家科技進步獎特等獎。這是繼三系法雜交水稻技術1981年獲得國家技術發明獎特等獎後,雜交水稻研究第二次登上國家科技獎勵大會特等獎的領獎台。
  從三系法到兩系法,僅一字之別,卻帶來了雜交水稻技術的偉大飛躍。背後,是全國10多家科研單位、幾十位科研人員歷經20餘年不懈探索的汗水和心血。
  三系法遇瓶頸
  呼喚育種突破
  三系法是雜交水稻最初培育成功時採用的方法,也是最經典的方法。在上世紀八十年代中期我國實現糧食自足中,三系法雜交水稻立下了汗馬功勞。
  但是,三系法也是一個複雜的方法。雄性不育系即雜交水稻母本是雜交水稻育種的關鍵材料,三系法要求必須給她找到兩個功能各異的“丈夫”。一個確保她生下的雜交寶寶恢覆成常規水稻一樣雌雄都正常,也就是雜交種子,種在大田裡成為高產的雜交水稻,所以叫恢復系。另一個確保她生下的寶寶保持她雄性不育的遺傳特征,日後用於製作雜交水稻種子,所以叫保持系。
  “這兩個‘丈夫’可不容易找,特別是保持系。按照三系法的要求,現有秈稻品種中,只有0.1%可轉育成不育系,只有5%可用作恢復系。”獲獎項目第三完成人、國家雜交水稻工程技術研究中心鄧華鳳研究員告訴記者。
  由於三系法雜交水稻種子生產程序複雜、配組不自由和稻種資源利用率低,很難協調高產與優質、早熟與高產等問題,雜種優勢利用長期徘徊不前。三系法走到了瓶頸之地,雜交水稻的進一步發展寄希望於育種新材料的發現和新技術的運用。
  光敏不育系的發現
  點燃了兩系法火種
  兩個重大的發現,改變了歷史。
  1981年,湖北石明松報道發現粳型光敏核不育水稻 “農墾58S”,提出一系兩用的思路。即光敏不育系在長日照條件下表現不育,用於生產雜交稻種子,在短日照條件下恢復可育,自交繁殖生產不育系種子,不需要保持系這個“丈夫”。
  1987年,鄧華鳳發現並隨後育成秈型光敏不育水稻“安農S-1”。
  光敏不育系就像兩棲動物一樣功能強大,只不過根據日照條件來決定當下到底表現不育還是可育。由於其生育功能只受細胞核的隱性不育基因控制,所以理論上現有水稻品種中95%都可以轉育成不育系或用作恢復系,選到優良組合的幾率大大提高。
  有了這樣的新材料,兩系法雜交水稻育種頓時海闊天空。全國出現了研究高潮。
  1986年,袁隆平在其論文《雜交水稻育種的戰略設想》中提出,將雜交稻的育種從選育方法上分為三系法、兩系法和一系法3個發展階段,從雜種優勢水平的利用上分為品種間、亞種間和遠緣雜種優勢的利用3個發展階段,即育種程序朝著由繁至簡且效率越來越高的方向發展,優勢利用朝著越來越強的方向發展。
  一次異常低溫天氣
  讓研究走入低谷
  天有不測風雲。
  1989年7月,長江中下游地區出現持續數天異常低溫,導致已經過鑒定的“光敏不育系”變成了可育,出現了“打擺子”現象,制出的還是常規種子。
  這一變故,給了育種家們當頭一棒。隨後的研究證明,“農墾58S”和“安農S-1”的育性轉換都受溫度影響,而且,溫度起主導作用。光敏不育繫於是改名為光溫敏不育系。
  “自然界溫度的變化更為頻繁,不像光長變化那麼有規律,利用這種易受溫度影響的不育系進行繁殖和制種,其繁殖的穩產性和制種的安全性都將受到極大的挑戰,生產應用的難度將非常大。科技界和管理部門都對兩系法能否應用於生產產生了質疑,很多學者甚至放棄對兩系法的研究。兩系雜交水稻研究陷入低谷。”鄧華鳳回憶道。
  “看透”光溫敏不育系
  攻關取得大突破
  在這緊要關頭,袁隆平及時提出了選育實用光溫敏不育系的新思路,明確指出不育起點溫度低是實用光溫敏不育系的關鍵指標。
  所謂實用,是指不育系的育性轉換特征明顯,制種風險低,自身繁殖也可靠。
  隨後,該研究得到總理基金立項和“863”計劃的大力支持,組織全國性協作攻關,解決了系列技術難題,逐漸掀起兩系法研究的新高潮。
  “經過近20年的協作研究,實現了7個方面的創新與突破,取得了國際獨創的具有完全自主知識產權的重大科技成果。”鄧華鳳告訴記者。
  哪個溫度是合適的不育起點溫度?項目組以低於23.5 ℃為標準,提出了實用光溫敏不育系關鍵技術指標選育理論及選育與鑒定技術。應用該技術,全國育成了170個不育系通過審定和應用於生產。
  溫度是如何影響不育系?項目組探明瞭溫敏感時期和敏感部位,為種子生產提供了理論依據。
  光溫敏不育系繁殖幾代後,出現了不育起點溫度升高如何辦?項目組闡明瞭這種遺傳漂變的機理,創新了光溫敏不育系核心種子和原種生產程序,有效防止了不育系育性起點溫度的漂變,保證了制種的安全性。
  兩系法制種雖然少了保持系這個“丈夫”,但對制種的時間和地點要求很高,稍不滿意就“賭氣”變成常規種子。項目組建立了兩系雜交稻的制種氣象分析決策系統,建立了兩系法高產制種技術體系和規範,制種平均畝產高達210.6公斤,比三系法提高16.5%。
  對光溫敏不育系來說,適宜繁殖的溫度範圍很窄。項目組研創了低緯度海南冬繁、常溫加冷水灌溉夏秋兩季繁殖、高海拔自然低溫夏繁等技術體系,繁殖平均畝產386.5公斤,比三系法增產153.4%,成本減少50%。
  袁隆平提出形態改良、亞種間雜種優勢及遠緣有利基因利用相結合的兩系超級雜交稻育種技術路線。項目組據此設計出高冠層、矮穗層、中大穗,上三葉長、直、窄、凹、厚的超級雜交稻理想株型模式,先後實現了我國超級稻育種計劃前三期目標。這些超級雜交稻新組合不僅超高產,而且米質優,抗2種或2種以上主要病蟲害。
  兩系法成全球雜交稻
  發展方向
  由於在制種和產量、質量方面的明顯優勢,兩系雜交稻儘管研究起步晚、歷時長,推廣速度卻後來居上。
  2005年至2012年推廣面積最大的雜交稻組合中,兩系雜交稻連續8年蟬聯第一。近3年,全國推廣面積前3名均為兩系雜交稻。目前,兩系雜交稻推廣區域遍佈全國16個省(市、區)。安徽、湖南等省的兩系雜交稻種植面積超過了三系雜交稻。
  截至2012年,項目組培育的兩系雜交水稻已累計種植4.99億畝,總產2358.2億公斤,增產稻穀110.99億公斤;總產值5777.59億元,增收271.93億元。
  67個國家先後派專家來我國培訓學習,希望引進兩系法雜交水稻技術。在美國,兩系雜交水稻年推廣面積占水稻總面積的3成,平均增產20%以上。2012年9月,第6屆國際雜交水稻學術研討會把兩系法雜交水稻的應用定為全球雜交水稻發展方向。
  有意思的是,兩系法雜交水稻研究還帶來了一個額外收穫。借鑒其理論和經驗,兩系油菜、高粱、小麥等相繼研究成功,紛紛開啟新時代。  (原標題:兩系法,開啟雜交水稻新紀元)
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Newton Faulkner

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