为了穷人的科学：袁隆平和他的水稻家族

　　这个一辈子与水稻打交道的87岁老人，关注的不仅仅是中国人吃饭的问题，还要在全球范围内解决人类吃饱肚子的问题

　　从“南优2号”到超级稻，几十年来，袁隆平对杂交水稻不断改良。在泱泱稻田里，袁隆平一次又一次创造了人类粮食生产的新高度。仅在中国，杂交水稻种植面积就达2.5亿亩，面积占比57%，产量占比65%。在水稻研究上永不止步的袁隆平，最近又实现了一个“小目标”。其团队选育的超级杂交稻品种“湘两优900（超优千号）”，于2017年10月15日在河北省硅谷农科院超级杂交稻示范基地通过了该省科技厅组织的测产验收。平均亩产1149.02公斤，即每公顷17.2吨，创造了世界水稻单产的最新、最高纪录。

　　袁隆平其人

　　与大多数人的直觉相反，农民模样的袁隆平并不是出生在农民家庭的孩子。他出生在1930年的北平协和医学院，出生档案上还有林巧稚的签名。袁家家境优良，父亲是东南大学毕业生，母亲是教会学校高材生，能讲一口流利的英文。1953年，袁隆平毕业于西南农学院。毕业后去湖南安江农校担任教师。在那个年代的社会主义国家，最灿烂的农学明星是苏联人李森科，他认为环境影响比遗传更重要。最初，根据李森科的理论，袁隆平尝试把西红柿嫁接到土豆上。第一年，他大获成功，土里挖出了土豆，茎上收获了西红柿。然而，到了第二年，把上一年收获的种子种到地上，长出的西红柿跟普通西红柿一点区别也没有。

　　土豆西红柿的故事发生在1960年和1961年，除了土豆西红柿的实验失败，袁隆平印象最深刻的还有饥饿。1961年春天，因为觉得在湖南搞小麦研究没有前途，搞红薯又意义不大，袁隆平决心去研究能填饱肚子的水稻。

　　杂交育种的传奇

　　利用杂种优势提高作物产量的做法，从20世纪20年代就开始了。当时，出身于政治豪门的美国小伙子华莱士发现了杂交玉米的秘密--杂种玉米的果实硕大又整齐。华莱士和朋友专门成立了公司，利用杂交育种技术改良玉米种子，仅用了10年，这个公司的业务从北美洲扩展到了欧洲、亚洲、南美洲和非洲，创造了华莱士家族的巨大财富。

　　20世纪60年代，利用杂交育种方法，美国的诺曼·博洛格在墨西哥培育了抗倒伏麦穗大的高产小麦。事实上，在博洛格的半矮秆小麦之前，小麦几乎不需要施肥。这是因为超过了一定限度，施肥越多，小麦的倒伏会越严重，产量越低。但博洛格的“奇迹小麦”长得矮，不易倒伏，启动了施用化肥的现代高产农业的开端。所以，博洛格也被视为第一次作物绿色革命的开创人。1970年，他获得了诺贝尔和平奖，以奖励他带领人们战胜饥饿，“通过和平的努力恢复战争创伤”。

　　在研究之初，袁隆平曾从田里精选了一棵穗大饱满的稻株，收获了1024颗稻种，把它们种在田里。然而，最优秀的稻株长出的后代居然高高矮矮，没有一株的性状超过前代。这让他想起了孟德尔-摩尔根的遗传理论--杂种的第二代会发生性状分离。那么，精选出的那棵穗大粒多的稻株，应该是一棵天然的杂交水稻。他该做的就是找到利用水稻杂种优势的方法。

　　与玉米相比，水稻的杂交很困难。玉米是雌雄同株异花植物，雌花和雄花在植株的不同部位，分离得很清楚，最容易进行杂交。而小麦与水稻是严格的自花授粉作物，雌蕊和雄蕊包覆在同一朵花苞中，要实现杂交，很不容易。博洛格的小麦杂交是利用一把镊子和一个放大镜进行的一项极为细致的工作。博洛格经过20多年、3万多次杂交试验才得到了抗病又矮秆的“奇迹小麦”。

　　而杂交玉米的办法用到水稻上却不可行，因为水稻不仅花极小，一朵花只结一颗种子，而且花粉也只在极短时间内具有活力。操作上的困难让人们很难用手工杂交的方法来提供大批量的杂交种子以满足大田生产的要求。在当时的国际水稻学界，专家们几乎一致认为，水稻是自花传粉作物，杂交没有优势。即使有优势，也由于无法提供大批量杂交种子，水稻杂种优势还是无法用于大规模水稻生产。但从北京回到湖南后，袁隆平还是决定从那棵穗大粒多的水稻身上寻找杂交水稻的钥匙。

　　三系杂交水稻

　　1966年2月28日，袁隆平发表第一篇论文《水稻的雄性不孕性》，开启了水稻雄性不育的研究。1971年11月23日，其助手李必湖、冯克珊在海南试验田发现一株难得的野生稻雄性不育株。此后湖南省农业科学院成立杂交稻研究协作组，由袁隆平挂帅。1972年，杂交稻被列为中国重点科研项目，全国性的协作攻关开始：三十余家科研单位参与、上千个品种与该株野生水稻进行了上万次的转育试验。在此基础上，袁隆平选育不育系二九南1号成功，此为中国第一个应用于生产的不育系水稻。

　　1973年，在“不育系”、“保持系”的基础上，利用全世界各地的上千个品种，进行测交筛选，找到了百余种具有恢复能力的水稻。至此，袁隆平及其团队首次育成三系杂交水稻，水稻产量也从亩产300公斤提高到亩产500公斤以上。当年10月，袁隆平发表《利用“野败”选育三系的进展》论文，正式宣告中国籼型杂交水稻“三系”配套成功。1974年，他成功选育了第一个在生产上大面积应用的强优高产杂交水稻组合--南优2号，比普通水稻增产20%以上。1974年，袁隆平团队配制种子成功，随后又获大面积制种成功。

　　1979年，作为中国首个科研技术，三系杂交水稻技术被介绍到美国。1981年，袁隆平因成功育种中国籼型杂交三系水稻，获得中国第一个“国家特等发明奖”。

　　二系杂交水稻

　　1987年，袁隆平提出“杂交水稻的发展战略”，即三系法为主的器种间杂种优势利用；两系法为主的籼粳亚种杂种优势利用；一系法为主的远缘杂种优势利用。1987年7月16日，袁隆平的学生李必湖、邓华风，在安江农校籼稻三系育种材料中，找到一株光敏不育水稻。历经两年三代异地繁殖和观察，该材料农艺性状整齐一致，不育株率和不育度都达到了100%，并且育性转换明显和同步。这一新成果，为杂交水稻从“三系法”过渡到“两系法”开拓了新局面。1995年，两系法杂交水稻研究成功，普遍比同熟期的三系杂交稻每亩增产5%-10%。1995年12月16日，“国家杂交水稻工程技术研究中心”成立，袁隆平任主任。

　　超级稻

　　“超级稻”即超高产杂交稻。很多人对超级二字的理解仅限于产量高，事实上，其概念本身的含义就是产量高、品质好。国际水稻研究所于1989年正式启动了选育超级稻的研究，原计划到2000年育成每公顷产12-12.5吨的超级稻，至今尚未成功。中国的超级稻育种计划于1996年立项，分四期进行。

　　1997年，袁隆平再次研究超级杂交稻。2000年，超级杂交稻实现百亩示范片亩产700公斤的第一期目标。2004年，超级杂交稻实现百亩示范片亩产800公斤的第二期目标。除了增产外，新型超级杂交稻更重视水稻营养，其研究团队致力于试验新品种中增加维生素A、蛋白质及其他营养含量。就在2015年10月，袁隆平和他的团队选育的“超优千号”在位于湖南衡东县的超级水稻示范基地实现了每公顷16吨（每亩1067公斤）的产量，是继云南个旧、河南信阳后第三个每公顷产量达到16吨的百亩超级稻示范地。第四期超级稻计划提前超额完成，现在，第五期攻关已经启动。

　　要了解水稻亩产1067公斤是什么概念，可以做一个简单的对比，目前全世界水稻的平均单产为300公斤，即使是日本这样的农业科技较为发达的国家，平均亩产也只有450公斤。

　　超级稻+再生稻

　　再生稻，指的是种一茬收获两回，即头季水稻收割后，不用再重新耕田播种，而是利用稻桩重新发苗、长穗，再收一季。这好比韭菜，割了一茬再长出一茬。

　　2017年11月4日，广西灌阳县“超级稻+再生稻”示范基地进行了再生稻测产，经过现场收割、脱粒、去杂、稻谷水分测定等程序，再生稻测产结果显示平均亩产为552.1公斤，而2017年该基地一季稻平均亩产为1009.45公斤，因此一季稻加再生稻平均亩产超过了1500公斤。袁隆平“吨半稻”的心愿得以实现。

　　巨型稻

　　湖南长沙县金井镇，站在2米多高的“巨型稻”前，身高1.7米左右的袁隆平看起来有些“娇小”。多年前，这位“杂交水稻之父”曾做过一个梦：杂交水稻的茎秆像高粱一样高，穗子像扫帚一样大，他和助手们一同在稻田里散步，在水稻下面乘凉。如今，随着“巨型稻”迎来丰收，袁隆平的“禾下乘凉”梦又近了一步。

　　“巨型稻”的根系能深入30厘米的土层，是普通杂交水稻根系深度的3倍。这使得如指头粗细的稻茎最高能长到2.2米，而且格外坚挺，即使在狂风中也不会轻易倒伏。更难得的是，成熟收割时，茎叶仍为绿色，可作青贮饲料。

　　作为水稻新种质材料，“巨型稻”克服了水稻高产不优质的问题，发展潜力值得期待。作为“父本”材料，巨型稻的出现为水稻育种提供了一个新选择，未来有望与其他水稻杂交培育出更多水稻新品种。

　　旱稻

　　水稻，顾名思义，肯定要种在水田里。而2017年10月，河北衡水的袁隆平旱稻种植试验田完成收割，这标志着旱稻在华北平原试种成功。

　　河北衡水地处中国最大的地下水漏斗区，长期的地下水超采给当地的生态环境和农业生产造成了很大的压力。此次试种的旱稻，不再受人工灌溉的限制，在雨季土壤湿度好的情况下，全靠自然降雨就可以成熟。即使是遇上旱季，也只要浇水一次即可。经过测量试验，华北平原的土质、气候适宜旱稻种植，而且在管理上，也与种植小麦、玉米等北方作物区别不大，只是在播种期后注意保持苗齐就可以。旱稻的推广种植，为调整优化农业种植结构、开展节水种植开拓了新途径。

　　海水稻

　　海水稻是耐盐碱水稻的形象化称呼，是在海边滩涂等盐碱地生长的特殊水稻，也是目前研究的重点。中国有100万平方公里的土地尚未得到利用，因为它们的盐碱含量过高，农作物很难生长。如果这些土地有十分之一被利用起来，种植耐盐碱水稻，那么，中国的水稻产量将提高近20%。这些土地可以生产5000万吨粮食，足以养活2亿人。20世纪70年代中期，中国科学家开始寻找能在盐碱地种植的水稻品种。目前在含盐0.6%的咸水浓度里，有几个品种的小面积亩产可以实现600公斤。海水稻现在种植面积还比较小，但显示了良好的发展苗头。

　　（作者单位为中国科学院水生生物研究所）

　　孙敏