杂交水稻就是利用野生稻母与栽培稻父杂交而成的水稻。但水稻是自花授粉的植物,这就使得水稻的杂交育种成为一个难点。必须找到雄性不育的野生稻,才能实现和栽培稻的杂交,同时,还需要保持系和恢复系,才能把杂交的成果延续下去。
雄性不育系:是一种雄性退化(主要是花粉退化)但雌蕊正常的母水稻,由于花粉无力生活,不能自花授粉结实,只有依靠外来花粉才能受精结实。因此,借助这种母水稻作为遗传工具,通过人工辅助授粉的办法,就能大量生产杂交种子。
保持系:是一种正常的水稻品种,它的特殊功能是用它的花粉授给不育系后,所产生后代,仍然是雄性不育的。因此,借助保持系,不育系就能一代一代地繁殖下去。
恢复系:是一种正常的水稻品种,它的特殊功能是用它的花粉授给不育系所产生的杂交种雄性恢复正常,能自交结实,如果该杂交种有优势的话,就可用于生产。
三系杂交水稻:是指雄性不育系、保持系和恢复系三系配套育种,不育系为生产大量杂交种子提供了可能性,借助保持系来繁殖不育系,用恢复系给不育系授粉来生产雄性恢复且有优势的杂交稻。
两系杂交稻:一种命名为光温敏不育系的水稻,其育性转换与日照长短和温度高低有密切关系,在长日高温条件下,它表现雄性不育;在短日平温条件下,恢复雄性可育。利用光温敏不育系发展杂交水稻,在夏季长日照下可用来与恢复系制种,在秋季或在海南春季可以繁殖自身,不再需要借助保持系来繁殖不育系,因此用光温敏不育系配制的杂交稻叫做两系杂交稻。
杂交水稻的历史缘由:
早在上世纪20年代,美国人就发现了水稻雄性不育现象;1926年,中国丁颖就育成了杂交水稻;同年,美国琼斯也得到了杂交水稻后代;二战后世界各国科学家进行了长期的努力,美国、日本、苏联、印度、菲律宾等国家,都先于中国开始了杂交水稻的研究;提出了多种基于雄性不育来实现水稻杂交技术路线,著名的有希尔斯(Sears,E.R.,1943~1947)的三型学说、爱德华生(Edwardson,J.R.,1956)的二型学说以及日本科学家新城长友的“三系法”育种方案。(另有一说杂交水稻的理论是苏联植物育种家米丘林首创)
首次成功的水稻杂交是由美国人HenryBeachell在1963年于印度尼西亚完成的(HenryBeachell因此被学术界称为“杂交水稻之父”,并由此获得1996年的世界粮食奖)。1966(在IRRI,菲律宾国际水稻研究所)培育出奇迹稻IR8。HenryBeachell的工作使印度尼西亚的水稻产量十年(1972-1982)翻了一番。由于这些成绩,HenryBeachell于1978年获韩国政府奖,1987获日本政府奖,1996年获世界粮食奖……
1968年,日本科学家新城长友经过多年努力找到了野生的雄性不育株,提出了一系列诸如赶粉等等杂交水稻育种新方法,首次成功实现了基于“三系法”的水稻杂交技术。但是无论是HenryBeachell还是新城长友,其方案都存在着某些缺陷,无法进行大规模的推广,使得水稻杂交停留在实验室阶段,未能完成杂交水稻的产业化。
杂交水稻的真正产业化,最终是在中国由众多育种专家完成的。
早期开拓者:
管相桓:30年代就开始卓有成效的水稻杂交育种研究(其所积累保有的水稻栽培品种和野生稻品种都是全国之冠,这些价值连城、万金难求、不可复得和再生的绝世珍宝,及其所育成的多个高产优质新品种,连同他本人,在大力培育“社会主义草”的高潮文革中,都被作为“资产阶级的苗”彻底销毁了)。
李贞生:吉林省海龙县(梅河口市)河洼公社社员,于1967年就成功培育出杂交水稻新品种,他的杂交水稻的全称是温汤去雄远缘杂交,此成果当时在世界也是首例。李贞生培育出的玉米稻其特点是粒大饱满,杆高,抗倒伏,抗病力强,抗旱,高产。在当时能提高百分之15左右的产量。1974年在海龙县已推广2万余亩,并已为吉林、黑龙江、辽宁、北京、广东等二十多个省、市的一些科研单位和社、队,提供玉米稻种三十多万斤!当时的玉米稻已在全国范围推广。1978年李贞生参加了全国科技大会,并与国家领导人和参加大会的科学家一起合影留念。李贞生由于他没有文化,不会写论文,所以他什么荣誉都没得到。
产业化功臣:
李必湖:作为袁隆平的主要助手从事三系杂交水稻的研究,1970年11月,李必湖在三亚南红农场一个水渠边洗手时偶然发现一株海南野生稻雄性不育株。他小心翼翼地将稻株连根带泥挖出来,脱下衣服包起,带回试验基地。他每天提水浇灌,守株待花,开一朵,就小心地用镊子夹着栽培稻的雄花与之杂交。一连5天,杂交了65朵小花。为防麻雀和田鼠,他把铺盖搬到田边精心呵护,终于收获了5颗金灿灿的杂交种子。5颗种子改变了世界。“野稗”的发现和转育成功,结束了杂交水稻研究徘徊的局面。他无私地把“野稗”材料分送给13个省市的科技人员,开始了全国性协作攻关。1973年,终于完成了水稻杂交“三系”配套的创举,我国成为世界上第一个在水稻生产上利用杂种优势的国家。籼型杂交水稻在全国应用推广以来,累计种植面积30亿亩,增产稻谷3500多亿公斤,增纯利逾千亿元,先后被引种到20多个国家和地区。
李必湖荣获建国以来第一个特等发明奖;1973年与袁隆平等一起,在世界上首次育成强优势杂交水稻。1981年获国家发明奖特等奖。1988年指导助手育成“安农S一1”,为两系法杂交水稻研究奠定基础;指导助手育成一系列高产、高抗、优质的三系或两系杂交水稻新组合,累计在全国推广26亿亩,增产稻谷2500多亿公斤。1989年获全国先进工作者称号。
石明松:两系杂交水稻奠基人,“湖北光周期敏感核不育水稻”的发现者和研究者。1973年,发现光温敏雄性不育系,其后育成农垦58S,两系法水稻杂交技术在中国成为现实,在袁隆平之前,淘汰了袁隆平沿袭他人的繁琐而推广艰难的“三系法”,使得杂交水稻生产实用性技术获得决定性突破。
罗孝和:袁隆平称他是“杂交水稻功臣,三系法主将,两系法元勋”。他大胆采用赤霉素刺激稻穗细胞的伸长,打破三系杂交稻制种瓶颈,使三系杂交水稻制种产量由不到10公斤/亩提高到近100公斤/亩,促使三系杂交稻全面走向市场。罗孝和把广亲和基因与光温敏不育基因集聚一起,育成了世界上第一个实用的籼型低温敏不育系培矮64S,为两系法杂交稻应用起到关键作用,也为两系亚种间杂交优势利用铺平道路。该不育系成为迄今全国应用最广、推广面积最大的两用核不育系,培矮64S系列组合累计种植面积1亿多亩,新增产值100多亿元。他发明冷水串灌繁殖低温敏不育系技术,从根本上解决了低温敏不育系繁殖产量低的难题,为种子生产企业带来数亿元的经济效益。此外,罗孝和培育出的黎优57粳稻组合,开创杂交粳稻应用的先河,该组合累计在北方推广近1000万亩,占北方水稻面积的80%。
颜龙安:中国工程院院士,1972年育成“珍汕97”水稻不育系,1973年完成杂交水稻不育系、保持系、恢复系三系配套,选育出强优势组合“汕优二号”杂交水稻。1979年获全国劳动模范称号。1981年与袁隆平等共获国家发明奖特等奖。
记忆中,在杂交水稻的产业化历史中,还有广西的一位育种专家起了重大的作用,可惜找遍搜索引擎,也找不到他的名字和事迹了。(我记忆中这个人是杂交水稻研发史中非常关键的一环,几年前还可以搜索到,没想到现在却完全没有任何资料能找到了)
因为从小生活在一群水稻专家身边的关系,小时候还亲眼看过某教授的申诉材料。虽然本人不懂水稻,学电子的~~但心里一直想整理一下杂交水稻的历史,可惜,不管怎么搜索,细节都隐藏在一团迷雾之中。大致来说,杂交水稻的产业化成功,最大的功臣是袁隆平、李必湖、罗孝和、石明松,但其他众多育种专家在其中也起了重大作用。我企图描绘出这个从无到有的路线图,却发现几乎搜索不到什么资料。就上面这些了,虽然我知道这些远远还不是历史。