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二、袁隆平的科研之路
袁隆平成為當(dāng)今世界的知名農(nóng)業(yè)科學(xué)家，最初的動力源于兒時的一個美麗夢想。袁隆平說：“我學(xué)農(nóng)其實(shí)源于一次偶然的事件，讀小學(xué)時老師組織了一次郊游。老師帶我們?nèi)⒂^一個私人園藝場，當(dāng)我看到紅紅的桃子掛在枝頭，紫紅的葡萄一串一串地垂在架上，整個園藝場花紅柳綠，一派豐收美麗的景象；巧的是，當(dāng)時正在上演卓別林的電影《摩登時代》，影片里的主人公對城里的生活感到厭倦，只有在夢里回到鄉(xiāng)下美麗的田園生活時，他才會感到快樂。電影里的鏡頭和眼前的景象疊加起來，我覺得田園確實(shí)太美了。當(dāng)時就想，等我長大以后要是學(xué)農(nóng)就美了，如果老師那時帶我們?nèi)フ嬲霓r(nóng)村看看，知道當(dāng)時的農(nóng)村生活又苦又窮又臟，那我一定不會去學(xué)農(nóng)了。”
袁隆平農(nóng)業(yè)方面的老師是管相桓，管相桓的老師是清華大學(xué)的趙連芳。管相桓教授當(dāng)年并不接受來自蘇聯(lián)的遺傳學(xué)教育，當(dāng)時遺傳的主流是米丘林和李森科，他們都是前蘇聯(lián)的專家，他們提倡環(huán)境影響學(xué)說。
其實(shí)早在1859年，達(dá)爾文就指出了“雜交優(yōu)勢”的存在。1866年，奧地利修道士孟德爾根據(jù)他的豌豆雜交試驗(yàn)發(fā)表了論文《植物雜交試驗(yàn)》，提出了現(xiàn)在稱為孟德爾遺傳定律的基因的分離定律和基因的自由組合定律，從而奠定了遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。
20世紀(jì)是遺傳學(xué)高速發(fā)展的時代。1910年美國遺傳學(xué)家摩爾根發(fā)現(xiàn)了基因的連鎖和互換定律，之后又提出了基因的染色體學(xué)說，使遺傳學(xué)的發(fā)展達(dá)到了細(xì)胞遺傳學(xué)的水平。
1953年美國分子生物學(xué)家沃森和英國物理學(xué)家克里克提出DNA雙螺旋模型，標(biāo)志著遺傳學(xué)的研究深入到了分子水平。
遺傳學(xué)的發(fā)展為農(nóng)作物育種提供了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)和全新的操作思路，育種的方法也在不斷創(chuàng)新。在20世紀(jì)20年代，美國首先利用雜交育種的方法培育出了高產(chǎn)玉米。玉米是雌雄異花的，進(jìn)行人工雜交比較容易。水稻則是自花授粉的，而且花小花多，不易人工授粉。
這個時期，美國人Henry Beachell于1963年在印度尼西亞進(jìn)行雜交水稻培育，他因此被同行稱為“雜交水稻之父”，并因此獲得了1996年的世界糧食獎。但他的雜交水稻在技術(shù)上還不成熟，未能進(jìn)行大面積推廣。
后來，日本科學(xué)家曾提出用不育系、保持系、恢復(fù)系三系法來培育雜交水稻，甚至提出讓野生稻和種植稻雜交，獲得高產(chǎn)的雜交水稻的設(shè)想。最終，日本人找到了雄性不育的野生稻，但他們培育的雜交水稻增產(chǎn)效果并不好，始終沒能培育出具有產(chǎn)業(yè)化價值的雜交水稻。
1956年，周恩來總理提出了向科學(xué)進(jìn)軍的號召，袁隆平覺得自己也應(yīng)該做點(diǎn)事，然后就開始搞嫁接，學(xué)的還是米丘林和李森科的那一套理論。米丘林和李森科理論的最大問題是，他們培養(yǎng)出來的植物種子無法遺傳。袁隆平懷疑他們的那一套理論可能不對，于是悄悄開始研究孟德爾的理論。
1959年，三年自然災(zāi)害開始，大家有三年時間都吃不飽飯，這次饑餓對于袁隆平的影響是終身的。這三年感覺比三十年還要漫長，每一天都度日如年，每一刻都在難以忍受的饑餓中掙扎。
袁隆平這才明白，對于人類來說吃飽就是最基本的生存權(quán)，生存權(quán)就是最大的人權(quán)。后來有記者采訪袁隆平的時候問他：“日本人一直在做雜交水稻的研究，為什么沒有成功？”袁隆平沉思了一下說：“可能他們沒有挨過這樣的餓吧。沒有體會過那種切身的餓，所以在做這件事情的時候，就不會那么拼命。”
關(guān)于農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，最重要的一個方向就是雜種優(yōu)勢。比如，馬和驢雜交以后產(chǎn)生的騾子，比馬和驢能干，但是它不能生殖，無法自我繁殖。雜交水稻的研究也面臨這么一個問題。
西方早就通過雜交的方式改良了玉米和高粱，很多植物學(xué)家都認(rèn)為水稻雜交無優(yōu)勢，長出來的水稻還是一樣。但是袁隆平周圍只有水稻，他原來曾經(jīng)想過研究小麥，但是湖南這個地方水稻最多。
此時，袁隆平一個人在安江農(nóng)校，在這么偏遠(yuǎn)的大山溝里，遠(yuǎn)離學(xué)術(shù)核心圈，沒有人給他潑冷水。我在《我們是如何走到今天，一部創(chuàng)新史》系列文章中就提到過，創(chuàng)新經(jīng)常發(fā)生在邊緣地帶，也就是普利高津在耗散結(jié)構(gòu)模型中提到的遠(yuǎn)離非平衡態(tài)。
婁向鵬在《品牌農(nóng)業(yè)》系列中也提到，要打破農(nóng)產(chǎn)品營銷邊界，雜交創(chuàng)新。這種“跳出行業(yè)看行業(yè)，跳出產(chǎn)品看產(chǎn)品”的雜交創(chuàng)新，推動和打造農(nóng)產(chǎn)品品牌的構(gòu)想，讓袁隆平院士頗為贊賞。
那段時期，袁隆平每天就拿著放大鏡，走到稻田里，到處找可以用來實(shí)驗(yàn)的對象。1961年夏天，他發(fā)現(xiàn)了一株特別高的稻子，穗又粗又大，袁隆平欣喜若狂。袁隆平就把這株移回去，把種子培育出來。第二年用這個種子種植水稻，結(jié)果令他失望，因?yàn)榉N出來的稻子并不像它的父本，這些稻子有高有矮，穗有大有小，都不一樣。后來他查了孟德爾遺傳學(xué)的書，才知道這叫生物的分離現(xiàn)象。
1964年他和他的學(xué)生鄧則結(jié)婚，鄧則也是學(xué)農(nóng)業(yè)的，后來成為袁隆平很好的幫手。1964年結(jié)婚的這一年，他又有一個重大發(fā)現(xiàn)。他認(rèn)為必須得尋找到雄性不育種，才能夠自己去控制雜交的過程，才能夠產(chǎn)生想要的雜交效果。
鄧則的日記記載：7月5號14點(diǎn)25分，袁隆平拿著放大鏡，在田里面找到一株洞庭早秈[xiān]。稻子大類分兩種，一種叫秈稻，一種叫粳[jīng]稻。在洞庭早秈的田里，袁隆平找到了一株天生的雄性不育稻株，這種水稻植株有一個特征，就是雄蕊花藥不開裂，導(dǎo)致雄性功能喪失而不育。
對于雌雄同花的水稻，既然其雄性功能喪失，那它就是具有單一功能的母稻，也就是可以用來作為雜交的母本。后來，袁隆平經(jīng)歷南繁育種，5·18毀苗事件，雜交水稻的科研之路可謂是磕磕絆絆。
1965年，袁隆平不斷培育各種品種，用不同品種和母本雜交，嘗試各種各樣的可能性。這年冬天，袁隆平寫下了他人生中最重要的一篇論文，他寫下了三系法的雜交水稻技術(shù)路線圖，制定了一個三系路線圖：
第一步，尋找天然的雄性不育株。
第二步，篩選和培育保持系。
第三步，篩選和培育恢復(fù)系。
水稻不具備玉米“雌雄同株+異花授粉”的特性，水稻是“雌雄同株+自花受粉”。自花受粉和異花授粉的最大區(qū)別在于，一朵水稻花里既有雄花也有雌花，而玉米的一朵花要不是雌的、要不是雄的。
袁隆平知道困難的核心在于雌雄都在同一朵花，沒法做隔離和摘除，而且他也知道，這類自花受粉的植物里有一定概率出現(xiàn)半殘的雄花。雌花雄花雖然都在同一朵花里，但雄花卻不能給雌花授粉，這類水稻被稱為“雄性不育型”。
三系中最重要的那個系就是雄性不育系，不育主要由兩個因素控制：一個在細(xì)胞質(zhì)中，導(dǎo)致不育的遺傳因子為S型。另外一個因素在細(xì)胞核，核基因?qū)е虏挥倪z傳因子為rr型?！耙皵 辈徽撌羌?xì)胞質(zhì)還是細(xì)胞核都是不育的，簡寫成（S）rr。
與此完全相反的，如果細(xì)胞質(zhì)中的遺傳因子能育，并且核基因中的遺傳因子也能育的，這個類型的水稻叫做（N）RR，(N)RR在三系法中叫作“恢復(fù)系”。
如果母本提供細(xì)胞質(zhì)基因，也就是不育系提供一個S，核基因是父本、母本各取一個形成一個Rr，（S）Rr就是袁隆平想要培育的優(yōu)質(zhì)水稻。
這樣種還是沒法產(chǎn)生第二代大量優(yōu)質(zhì)種子，于是就引入第三系“保持系”，它在核基因上和不育系一樣都是rr，但在細(xì)胞質(zhì)遺傳類型上是可育的，也就是（N）rr。
當(dāng)不育系和保持系雜交時，母本提供細(xì)胞質(zhì)基因，父本、母本各取一個得到（S）rr。保持系和不育系隔行種植，就能大量產(chǎn)生雜交種(S)Rr。不育系總可以從正常水稻里導(dǎo)入優(yōu)良性狀，這樣的步驟可以不斷疊加多次。
如此，恢復(fù)系的優(yōu)良性狀可以不斷結(jié)合到不育系中。與此同時，也不用害怕保持系會干擾整個雜交過程，因?yàn)樗念愋停∟）rr自交后依然是（N），雜交水稻就是這樣培育出來的。
▲培育保持系，圖片來自《改變世界的一粒種子》
▲“野敗”回交轉(zhuǎn)育過程，圖片來自《改變世界的一粒種子》
袁隆平把這篇文章寫下來以后，投稿給了中科院《科學(xué)通報》，這篇稿子的標(biāo)題叫作《水稻雄性不孕性的發(fā)現(xiàn)》，結(jié)果被中科院刊登。這篇文章對于袁隆平的意義是生死攸關(guān)的，這篇文章發(fā)表以后，國家科委九局有一個工作人員叫熊衍衡，他看了這篇文章以后覺得很重要，就把這篇文章呈交給了國家科委九局的局長趙石英。
趙石英看這篇文章以后，也覺得非常重要，就立刻把這篇文章匯報給了國家科委主任兼國務(wù)院副總理聶榮臻元帥，聶榮臻元帥批示要保護(hù)這個研究，而且提前讓湖南科委重視這件事情。正是這個批示，讓袁隆平在“文革期間”受到了很好的保護(hù)，雜交水稻的研究才得以繼續(xù)進(jìn)行。
1970年6月，湖南省第二次農(nóng)業(yè)科技會議上，袁隆平遇到了當(dāng)時湖南省委書記華國鋒，這是一位實(shí)干家。袁隆平后來評價華國鋒，說沒有華國鋒就沒有雜交水稻。華國鋒確實(shí)給予了袁隆平特別多的支持。
袁隆平在三亞有一個助手叫馮克珊，馮克珊每天就是白天拿著放大鏡，晚上拿著手電筒，滿世界找野生稻子。1970年11月23號晚上，馮克珊突然從床上坐起來，想起來有一個地方?jīng)]看過，是鐵道邊的一片草地，非得要去看一下，結(jié)果還真的找到了一棵稻子。這個稻子后來被袁隆平命名為“野敗”。
正是這株“野敗”，徹底改變了中國的糧食格局。野敗的花瘦小，黃色不開裂，內(nèi)含敗育花粉。這是一種極為罕見的花粉敗育型野生稻，國際上的學(xué)名是“Wild Abortive”，簡稱WA。今天我們種植的絕大多數(shù)雜交水稻，包括超級水稻，都是野敗的后代。
野敗本來產(chǎn)量不大，這個植株能用的種子只有五粒，1973年，袁隆平用這五粒種子培育出數(shù)萬株野敗，而且是100%的雄性不育株。為了實(shí)驗(yàn)出更多的可能性，袁隆平把種子分給了13個省的100多位科技工作人員，讓他們?nèi)嬲归_雜交實(shí)驗(yàn)。
1973年10月，袁隆平培育的二九南一號不育系100%不育，且性狀與副本完全一致，100%意味著三系配套完成。袁隆平是三系法的總設(shè)計師，但他從未把雜交水稻的成就歸為一己之功，一再強(qiáng)調(diào)這是集體的力量和智慧。
1974年，南優(yōu)二號第一個實(shí)現(xiàn)了大面積推廣，平均畝產(chǎn)超過600公斤，能養(yǎng)活的人直接翻了一倍。后來，袁隆平的團(tuán)隊通過“趕粉”等技術(shù)，又攻克了大批量制備種子的問題。
1986年10月，雜交水稻國際學(xué)術(shù)討論會在長沙召開，在這個會上袁隆平發(fā)表了他的路線圖。他認(rèn)為雜交水稻育種可分為三系法、兩系法、一系法。從雜種優(yōu)勢的水平上分，一是品種間雜種優(yōu)勢，二是亞種間雜種優(yōu)勢，三是遠(yuǎn)緣雜種優(yōu)勢，上述三種育種方法和三種優(yōu)勢水平之間存在著一定的內(nèi)在關(guān)系，可以概括為三系法為主的品種間雜種優(yōu)勢利用、兩系法為主的亞種間雜種優(yōu)勢利用和一系法遠(yuǎn)緣雜種優(yōu)勢利用，這被稱作“袁隆平思路”。
1995年，兩系雜交水稻研制成功，產(chǎn)量比三系雜交水稻增加5%-10%，且米質(zhì)有較大提升。
1996年，袁隆平提出超級雜交水稻育種目標(biāo)和技術(shù)路線，2000年實(shí)現(xiàn)示范畝產(chǎn)700千克。
2004年，袁隆平帶領(lǐng)他的團(tuán)隊提前一年實(shí)現(xiàn)示范畝產(chǎn)800千克。
2012年，袁隆平團(tuán)隊在湖南省隆回縣的百畝試驗(yàn)田里，畝產(chǎn)達(dá)到了926.6千克。
2014年12月，袁隆平提出力爭在2018年之前實(shí)現(xiàn)每公頃產(chǎn)糧16噸（畝產(chǎn)1067千克）。
目前我國雜交水稻制種主要采用兩系法，還在積極探索一系法。2014年1月，袁隆平和他的團(tuán)隊?wèi){借“兩系法雜交水稻技術(shù)研究與應(yīng)用”項目，獲得2013年度國家科技進(jìn)步獎特等獎。
隨著袁隆平聲望的提升，讓他當(dāng)院士的呼聲也越來越高。1995年5月，袁隆平第二次參評中國工程院院士時，中國工程院經(jīng)過認(rèn)真評選，才將袁隆平評為院士。袁隆平接到通知之后，心情仍然十分平靜，他對身邊的工作人員說：“評上院士，只不過工資漲了一點(diǎn)，我還是從前的我，并沒有因?yàn)樵u上院士和從前有什么不同?！?/p>
在談到自己不能被評選為中科院院士一事時，袁隆平謙虛地說：“我沒評上說明我的工作還不夠條件，說明評選條件很嚴(yán)格，我還要繼續(xù)努力?！?/p>
在國際上，由于袁隆平在培育雜交水稻方面的突出成就，對世界糧食安全作出的巨大貢獻(xiàn)，他成了世界聞名的大科學(xué)家。2005年底，美國科學(xué)院將“雜交水稻之父”袁隆平提名評選為外籍院士。
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