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杂交水稻的“婚姻进化史”

来源:人民网2021-05-29 00:00
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  【引子】

  5月22日,“共和国勋章”获得者、中国工程院院士袁隆平逝世。他被誉为“杂交水稻之父”,是我国研究与发展杂交水稻的开创者,也是世界上第一个成功利用水稻杂种优势的科学家。水稻为何要杂交?杂交水稻技术经历了哪些发展阶段?

  马和驴杂交的后代骡子,比双亲都健壮,适合劳役,又耐粗伺。杂种优势是生物界的普遍现象,无论动物、植物都具有杂种优势。袁隆平院士便是发现了杂交水稻有高产的优势,于是一辈子深耕于此。

  水稻是雌雄同花、自花传粉作物。要想让它杂交,必须要培育出一种特殊的品系——雄性不育系,也称作“母水稻”。这种品系雄花退化,没有花粉或花粉败育,因而不能参与受精过程;但它的雌性器官正常,只要给它授以其它株的正常花粉就能受精结实。

  可是,杂种优势只会体现在第一代身上,杂交水稻需要年年生产大量的第一代杂交种子。

  开始,袁隆平院士领衔发明了“三系法”杂交水稻。通俗地讲,三系法就是为“母水稻”配两个“丈夫”,让她既能生产“高富帅”的杂交稻种子,又能生产跟她具有同样功能的“女儿稻”,这样杂交优势才会稳定地、延绵不断地保持下去。

  一个“丈夫”叫保持系,其形态特征和不育系“母水稻”只有育性差异,用它的花粉给“母水稻”授粉,所产生的后代仍然是表现雄性不育的“母水稻”,这样“母水稻”便可ー代代地繁殖下去,作为杂交水稻的育种工具。

  另一个“丈夫”叫恢复系,它给不育系“母水稻”授粉之后,所产生的后代恢复正常可育,正是农民需要的正常结实、高产的杂交水稻,可应用于大田生产。

  三系法是杂交水稻育种的经典方法,也是一种复杂的方法。袁隆平院士又带领全国水稻育种专家协作攻关,成功研究出“两系法”杂交水稻。

  两系法,是建立在一种特殊的“母水稻”基础上的育种技术。这种“母水稻”即光温敏雄性不育系,它的育性主要受光、温所调控。在夏季,它表现为雄性不育,可用于生产“高富帅”的杂交种子;而在春秋季,当温度低于它的不育起点温度时,它又恢复育性可自身繁殖出与它长相一样的“女儿稻”。这样一来,一系两用,省掉了保持系,让杂交水稻育种成为了“一夫一妻制”。

  与三系法相比,两系法的优点在于简化了育种程序,提高了优良组合的选育几率。但也有缺点,极端气候的频繁发生会导致两系杂交稻生产的不稳定性。

  2011年,袁隆平院士领衔启动了第三代杂交水稻育种技术研究。与前两代杂交水稻育种技术相比,这种技术可以充分挖掘水稻杂种优势的潜力,彻底解决了两系不育系育性受环境影响“打摆子”的问题,兼具配组自由度高和育性稳定的优点。从理论上来说,它能让每个水稻品种找到适合自己的“另一半”,并产生优良后代,实现“婚姻自由”。(记者 周阳乐)

  (科学指导:湖南杂交水稻研究中心 柏斌博士)