中国杂交稻育种的尴尬与产业化困境

2019-11-19 21:11 来源:未知

刚从海南风尘仆仆回到武汉的朱仁山满怀忧虑。他是武汉大学生命科学学院工程师、武汉国英种业公司副总经理,每年冬春季节,和他一样的全国各地的农业专家就会像候鸟一样集聚在海南南繁基地搞育种。

袁隆平不是第一个杂交稻研究者。

这个传统已经持续了近半个世纪。南繁基地位于海南三亚,是中国最为重要的制种基地。它典型的热带气候条件为水稻玉米等农作物全年生长和种子繁殖提供了“天然大温室”。享誉世界的杂交水稻就诞生在这里。然而,今春的异常高温却给杂交稻的种子繁殖带来困难。

中国现代稻作学奠基人丁颖1929年就开始了野生稻与栽培稻杂交的研究。袁曾就读的西南农学院创始人、着名水稻专家管相桓在1930年代也开始了探索。

“减产了!”朱仁山说,“2月底到3月初,三亚遭遇了48年一遇的高温天气,两系温敏不育系杂交稻的稻种结实率大大下降,至少减产70%。”

新中国成立后,中国水稻科研进入全民创新阶段。1950年代的中国育种界,有“南黄北李”之说。指的是广东省农业科学院研究员黄耀祥和吉林省海龙县河洼公社社员李贞生。黄耀祥在1950年代通过人工杂交,育成世界上第一个抗倒伏的籼稻矮秆良种“广场矮”,使广东稻谷单产从250公斤左右提高到350-400公斤,矮化稻在其后数十年中推广几十亿亩,直到90年代重新提出高秆的科研方向。

稻种减产引发了农业相关人士的忧思,稻种多样性问题日显严峻。武汉大学朱英国院士曾培育出不同于袁隆平的杂交水稻,他也被称为“湖北袁隆平”。然而他的稻种产业化之路,在混沌的中国种业格局中遭遇了科研与产业化的重重困境,也折射出目前粮食安全的隐忧。

袁隆平于60年代初开始杂交稻研究。袁1930年生于北京,1953年8月从西南农学院农学系毕业后,被分配到湖南省安江农校教书。1960年7月,袁在安江农校实习农场早稻田中,发现一株“鹤立鸡群”的天然杂交水稻。袁受启发,于19 6 4年在国内首创水稻雄性不育研究,并在以后系统提出了“不育系、保持系、恢复系”三系配套育种法。

农业是整个国家的基础。种子是农业的基础。种种迹象表明,中国种业正在陷入一种脆弱的境地,只有根本性的变革才会带来希望。

袁隆平发表的第一篇论文《水稻的雄性不孕性》被国家科委领导看到。1967年6月,由袁及其农校学生、助手李必湖等组成的黔阳地区农校水稻雄性不育科研小组正式成立。

时代周报记者 韩洪刚 发自武汉

国际上,早在1920年代,美国人就发现了水稻雄性不育现象。1958年,日本学者发现中国的红芒野生稻能导致雄性不育,并在1968年育成不育系、保持系、恢复系三系粳稻品种,但未推广。国际学术界一般认为,首次成功的不育系水稻杂交是美国人Henry Beachell在印度尼西亚完成的。1996年HenryBeachell获得世界粮食奖,被国际上誉为“杂交水稻之父”。

脆弱的水稻制种

IR8等品种为中国的杂交水稻研究提供了大量恢复系亲本,70年代国内的杂交稻亲本大多数直接取自国际水稻所。直到今天,国际水稻所一直接纳中国留学生,以及与中国进行技术合作。

“今年2月10日到这段时间海南气温在25~27℃,正常年份是24℃左右。两系温敏类型杂交稻的育性转换温度是23.5℃,这次气温高了2~3℃,导致亲本花粉败育,影响了结实率。”农业部全国农技中心种业发展处处长马志强说。稻种减产引起了农业部门的高度重视。

从1966年到1970年上半年,袁隆平率领助手轮流到气候温暖的海南、云南等地育种,用1000多个品种的常规水稻与最初找到的雄性不育株及其后代进行试验,但能保持不育特性的比例不断下降,成了徘徊之局。

澳门皇冠金沙网站,朱仁山说:“此次减产的主要是两系温敏不育系杂交稻。正如其名,由于其育性转换对温度敏感,所以受天气因素影响较大,过高或过低气温都会对结实率产生影响。”

当时担任湖南省革命委员会代主任的华国锋对袁隆平非常支持,1970年6月,湖南省革委会召开了全省第二次农业学大寨科技经验交流会,华国锋点名要袁隆平在大会上发言。

据朱仁山不完全统计,目前全国的两系杂交稻种基本都在海南育种,今年种植规模在5000亩左右,按平均单亩繁种400斤计算,减产70%意味着2010年全国两系杂交稻生产面积将会减少35万亩;按平均亩产稻米700公斤计算,全国将会减少2.45亿公斤稻米产量。

1970年11月23日,李必湖在海南岛三亚发现了野生稻雄性不育株,袁隆平闻讯后连夜从北京奔赴三亚。由于这是一株典型花粉败育的野生稻,袁隆平称其为“野败”。这为雄性不育杂交稻研究带来了转机。

“种子供种安全是国家农业安全的重中之重。”农业部全国农技推广中心副主任邓光联在海南琼州召开的《2009年全国杂交水稻和杂交玉米种子产销形势分析会》上强调。“2009年制种情况不容乐观”成为会议共识。

1971年,湖南省农科院成立杂交水稻研究协作组,袁隆平领导的杂交水稻科研组调入省农科院,成为后来的湖南省杂交水稻研究中心和国家杂交水稻工程技术研究中心。国家科委把杂交稻列为全国重点科研项目,组织全国协作攻关,将“野败”材料分发到全国10多个省市的30多个科研单位,用上千个品种与“野败”进行了上万次杂交试验。根据业内人士回忆,当年的试验基地集中在三亚,来自全国的试验人员太多,又都不修边幅,“像一群疯子一样”。1973年,成功培育出三系杂交水稻。

全球气候变暖、自然灾害频繁加剧了人们的忧虑。国际粮食政策研究所的报告指出,由于全球变暖,到2020年全球农业产量预计降低16%,其中发展中国家所受的影响会更大。

1972年初,武汉大学生命科学院教授朱英国也从海南岛找到红芒野生稻做母本,用几十个常规稻种做父本进行杂交,在1974年培育出红莲型细胞质雄性不育稻种。

参加了座谈会的朱仁山说:“专家们都开始强调要重视品种和遗传多样性。一旦某个品种出现问题,其他品种可以顶上。”

目前,世界上仅有4种从野生稻中获得的雄性不育类型,其中中国有两类,一类是李必湖发现的野败型雄性不育,一类是朱英国发现的红莲型细胞质雄性不育,两者的命运却有天壤之别。

相比而言,三系杂交稻的适应性就要高很多。“三系不育系的野败型和红莲型,用了很多年了,到现在都很稳定。” 中国工程院院士、武汉大学生命科学学院教授朱英国说。

1974年,全国13个省区的18个科研单位为攻克杂交水稻再度进行科研大协作。袁隆平是全国协作组组长,朱英国是湖北协作组组长。当时全国大协作基本上在攻关野败型,红莲型未受重视。

水稻是自花授粉作物,要想获得杂交优势,必须先获得雄性不育。为此,自上个世纪70年代以来,中国无数农业科技专家进行了不懈的探索。“杂交水稻之父”袁隆平从中脱颖而出,首先培育出了“野败型”三系杂交稻。

1976年,在时任国家领导人华国锋的重视下,野败型杂交稻开始大面积推广,全国种植面积达到208万亩,增产全部在20%以上。

三系杂交稻是指雄性不育系、保持系和恢复系三系配套育种。雄性不育系即一种雄性退化但雌蕊正常的母水稻,由于花粉无生活力,不能自花授粉结实;再用保持系使这种不育系能不断繁殖,不至于绝种;再育成恢复系,使不育系育性得到恢复,自交结实并产生杂种优势。两系杂交稻即没有保持系,其育性转换与日照长短和温度高低有密切关系,分为光敏和温敏两种类型。袁隆平院士对此有一个形象的比喻:三系法像包办婚姻,两系法是自由恋爱。据马志强提供的数据,两系杂交稻占杂交稻种植的20%左右,三系杂交稻占70%~80%。

1978年3月,袁隆平和朱英国分别在全国科学大会获金奖。但红莲型雄性不育此后仅累积推广了2000万亩。

朱仁山说:“这一次海南减产不但让大家认识到天气的影响,还意识到了可能的病虫害的影响。如果不强调遗传多样性,一旦遇到特殊灾害,那种子就绝收了。”

这次大会之后,袁隆平晋升为湖南省农业科学院研究员,并于次年4月出席菲律宾国际水稻研究所召开的科研会议,会上宣读《中国杂交水稻育种》的英文论文并即席答辩。1980年和1981年,袁隆平团队的杂交水稻技术先后转让给美国圆环种子公司和卡捷尔公司,这是中国第一次向外国转让农业专利技术,袁隆平开始声名鹊起,成为一张国际名片。

遗传多样性之忧

1981年6月6日,袁隆平获国内第一个特等发明奖,该奖项针对的是他的籼型杂交水稻研究。1982年,袁被聘全国杂交稻专家顾问组副组长,开始被誉为“杂交水稻之父”。

中山大学生态与进化研究所所长彭少麟教授对时代周报表示,遗传多样性是任何品种不断改良完善的基础,如果过度地强调某一个物种或品种,其本身性状不仅可能退化,同时也蕴藏着大面积病虫害的风险。

在一些业内专家看来,袁隆平是中国籼型杂交水稻科研的开创者之一,但称为“中国杂交水稻之父”和“世界杂交水稻之父”并不准确。在杂交水稻的开创中,也有其他人的突出贡献。[《农财宝典》授权中国种业商务网独家发布]

根据资料显示,在生产实践和实验中有很多这方面的实例。1970年,美国的T型玉米,由于不育细胞质单一,引起小斑病大流行;1984年,中国大面积种植野败型杂交稻籼优2号,发生了稻瘟病大流行。

杂种优势是生物界的普遍现象,利用杂种优势来提高农作物的产量和品质是现代农业科学的主要成就之一。杂交水稻便是中国利用植物遗传多样性方面最成功的例子之一。

朱英国院士介绍说,目前我们三系杂交稻雄性不育系有野败型、红莲型、BT-型、滇型、冈型、D-型、K型、印尼水田谷、矮败、马协等类型,基本实现了杂交稻的遗传多样性。但在生产应用上却潜藏着单一化的风险。

马志强表示:“虽然说表面上杂交稻品种很多,但同质化严重。”包括中国水稻研究所国家水稻生物学重点实验室在内的众多研究机构的研究结果表明,中国杂交水稻遗传差异较小,遗传背景单一。以三系杂交稻为例,目前生产上所使用的大部分杂交水稻组合都是由野败型或与野败型类似的不育系配出的。上世纪90年代初,生产上使用的杂交稻的母本不育系95%左右来源于野败型细胞质。

朱英国院士说:“从整个的水稻发展来讲,杂交水稻和普通品种要并举。杂交水稻里面各种类型也要并举,不能单独地说是哪一种类型特别好,哪一种类型特别差,各有优缺点,要提倡多样性。”

彭少麟强调:“一方面好的品种应该积极推广造成最大的效益,另一方面同时存在着对多样性的抑制的风险。所以,在推广的同时必须强调对于多样性的保护,应该采取各种办法,把多样性保护起来。”

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