糧食英雄

段景頤

2021年5月22日，是一個(gè)讓全國人民心碎的日子。這一天，中國工程院院士、雜交水稻之父袁隆平在湖南長沙逝世，享年91歲。5月24日上午，數(shù)以萬計(jì)的群眾守候在湖南省長沙市明陽山殯儀館外，送別袁隆平。眾多國家的主要媒體發(fā)文悼念袁老逝世?！凹Z食英雄”“亞洲英雄”“科學(xué)英雄”……袁隆平在幫助全世界人民解決饑餓問題的事業(yè)上做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，將饑荒的陰影遠(yuǎn)遠(yuǎn)驅(qū)散。據(jù)統(tǒng)計(jì)，袁隆平共獲得國內(nèi)國際大獎(jiǎng)多達(dá)67項(xiàng)。那么，袁隆平究竟做出了什么樣的研究，能讓世界各國給予他如此高的評價(jià)？

“雜交水稻之父”袁隆平

水稻天生難雜交

雜交水稻是袁隆平帶給世界人民最寶貴的一份禮物。雜交水稻的高產(chǎn)特性是基于雜交優(yōu)勢原理。雜交優(yōu)勢在植物中普遍存在，雜交品種會(huì)繼承雙親品種的優(yōu)秀特征，反映在糧食作物上就是籽粒多且大、產(chǎn)量高等等。例如，雜交玉米的產(chǎn)量非常高。20世紀(jì)70年代，我國種植的玉米品種畝（1畝≈666.67米2）產(chǎn)量僅為100～150千克，而同時(shí)期美國某種子公司培育的雜交玉米的畝產(chǎn)量卻高達(dá)1250千克。因此，雜交是提高水稻產(chǎn)量的必經(jīng)之路。

雜交優(yōu)勢在植物中普遍存在（中間為雜交玉米）

水稻花非常小，自然條件下幾乎不可能雜交

不過，現(xiàn)實(shí)情況是水稻在自然條件下雜交的難度巨大。水稻花和一顆米差不多大，無論是天然異花授粉還是人工異花授粉，難度都很大。奧地利遺傳學(xué)家孟德爾之所以選擇豌豆作為雜交實(shí)驗(yàn)的對象，就是因?yàn)橥愣够▔虼蟆?/p>

授粉時(shí)間短是水稻難以進(jìn)行雜交的另一個(gè)重要原因。一朵水稻花由6個(gè)雄蕊和1個(gè)雌蕊構(gòu)成。水稻開花后，雄蕊上的花藥會(huì)迅速破裂，將花粉快速彈射出去，被雌蕊接住，授粉過程就這樣完成了，整個(gè)過程不到1小時(shí)?；谒镜倪@種特性，一些科學(xué)家提出，如果水稻天生無法產(chǎn)生花粉，或者說如果能阻止水稻自花授粉，水稻雜交就有可能實(shí)現(xiàn)。

要高產(chǎn)就必須雜交，可水稻花偏偏很難雜交。

發(fā)現(xiàn)寶貝稻

中華人民共和國成立后，我國科學(xué)家進(jìn)行了大量的作物雜交實(shí)驗(yàn)，其中就包括雜交水稻。然而，雜交水稻的產(chǎn)量卻始終不理想。1958年，我國農(nóng)技科研人員得出共識：雜交水稻不增產(chǎn)，是由于親緣太近。

20世紀(jì)50年代末，袁隆平被分配到海南江安農(nóng)校擔(dān)任俄語教師。1960年7月，他在農(nóng)校的試驗(yàn)田中，意外發(fā)現(xiàn)了一株非常特殊的野生稻。這株稻子長得特別壯實(shí)，稻穗大、籽粒飽滿且整齊，幾乎匯聚了人們所需要的所有優(yōu)秀品質(zhì)，它攜帶的優(yōu)秀基因是水稻增產(chǎn)的希望。袁隆平小心翼翼地將這株寶貝稻子的籽粒收集起來。1961年，他滿懷希望地試種了1000株該品種稻子，結(jié)果卻出乎他預(yù)料?！耙怀樗氪笫?，高的高，矮的矮，沒有一株有它‘老子（父輩）那么好?！痹∑皆诨貞涍@段經(jīng)歷時(shí)說。

這次失敗沒有讓袁隆平氣餒，反而提醒了他：性狀分離是雜交二代的典型特征。也就是說，他當(dāng)初發(fā)現(xiàn)的優(yōu)質(zhì)稻是雜交一代，是天然的雜交水稻！基于這個(gè)判斷，袁隆平開始研究人工培育雜交水稻。

雜交水稻三系配套原理圖

1964—1965年，袁隆平在檢查了幾十萬株稻穗后，終于找到了6株雄性不育株，也就是雜交水稻的母本。經(jīng)過人工授粉，這6株水稻中的4株成功繁育了1～2代，這激發(fā)了袁隆平的研究信心。

要培育雜交水稻，就要阻止水稻自花授粉，也就是要找到不能產(chǎn)生花粉的水稻品種（不育系）。不過，這種不育是可以被修復(fù)的，因此要給不育系找一個(gè)能保持后代不育的“丈夫”（保持系）提供花粉。經(jīng)過人工授粉，不育系就能結(jié)出大量不會(huì)產(chǎn)生花粉的種子，也就能得到許多無法產(chǎn)生花粉的水稻植株。有了這些無法自花授粉的水稻，接下來就是找一個(gè)關(guān)系比較遠(yuǎn)、能夠修復(fù)不育性狀的“丈夫”（恢復(fù)系）。它倆結(jié)合后，結(jié)出的種子就是能夠自花授粉（即能夠種植）的雜交品種。這就是袁隆平發(fā)明的雜交水稻三系法制種技術(shù)。1973年，袁隆平實(shí)現(xiàn)了秈型雜交水稻的“三系”配套，這項(xiàng)創(chuàng)舉被譽(yù)為農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的“第二次綠色革命”。

雄性不育系的發(fā)現(xiàn)，讓水稻雜交成為可能。

再也不挨餓了

湖南人朱星星還記得，小時(shí)候每當(dāng)青黃不接的季節(jié)，她的母親就要拎著淘米簍，挨家挨戶借米度日。星星家有八口人，吃飯是最大的問題。1976年，工作組的吳同志在星星村里稿實(shí)驗(yàn)，試種雜交水稻。

初次試種雜交水稻，村里還舉辦了隆重的儀式，只有優(yōu)秀的青壯勞力才能栽秧。他們排成一排站在田里，田埂左右兩邊各站了一個(gè)拉秧繩的農(nóng)民。白色的秧繩上，每隔20厘米左右就有一個(gè)紅點(diǎn)，這是雜交水稻秧苗的間距。生產(chǎn)隊(duì)長吹一聲口哨，農(nóng)民就在秧繩的紅色標(biāo)志點(diǎn)處栽下一棵秧苗。在以往，每塊水稻田要栽六列秧苗，但雜交水稻只能栽五列。

首個(gè)國家發(fā)明特等獎(jiǎng)被授予袁隆平團(tuán)隊(duì)

星星記得，一株雜交稻發(fā)成了十幾株，比普通水稻粗壯好幾倍，秧苗高度也超過1米。到了收獲季節(jié)，農(nóng)民們卻遇到了“困難”。以前農(nóng)民割稻谷，每次一把可以割六株稻?？呻s交水稻三兩株就已經(jīng)讓人抓不下。收割的速度慢了，農(nóng)民心里卻滿是豐收的喜悅。最后一統(tǒng)計(jì)，雜交水稻的畝產(chǎn)量是普通水稻的2倍。雜交水稻的高產(chǎn)是最好的廣告：第二年，村里雜交水稻的種植面積迅速增加。從此，星星家再也不用借糧度日，那種幸福感讓星星一輩子無法忘懷。

星星所在的村子當(dāng)時(shí)推廣試種的是“南優(yōu)2號”雜交水稻，播種一畝田只需2.5千克種子，是我國第一代雜交水稻。1981年，袁隆平率領(lǐng)的課題組因雜交水稻育種而獲得國家發(fā)明特等獎(jiǎng)，這是中華人民共和國成立以來的第一個(gè)國家發(fā)明特等獎(jiǎng)。

水稻秧苗

雜交水稻屢破產(chǎn)量紀(jì)錄

袁隆平?jīng)]有停止研究雜交水稻。繼三系法后，他和石明松等科學(xué)家又研發(fā)出兩系法雜交水稻，攻克了雜交水稻配種不自由的難題，進(jìn)一步提高了雜交水稻育種效率。

20世紀(jì)80年代，日本最先啟動(dòng)了超級稻研究，提出在15年內(nèi)提高水稻產(chǎn)量50%，也就是要從6～8噸/萬米2提高到9～12噸/萬米²。此后，菲律賓等國也相繼立項(xiàng)超級稻研究課題。然而，沒有一個(gè)國家如期實(shí)現(xiàn)超級稻的產(chǎn)量目標(biāo)。我國的超級稻育種項(xiàng)目于1996年才正式啟動(dòng)，但起步晚并沒有影響中國的超級稻研究走在世界前列。2014年，中國研發(fā)的超級稻實(shí)現(xiàn)了15噸/萬米²的創(chuàng)紀(jì)錄產(chǎn)量。

袁隆平和超級稻

雖然如今我們都能吃飽，甚至吃好，但糧食危機(jī)距離我們并不遙遠(yuǎn)。2007—2008年，全世界有37個(gè)國家面臨糧食緊缺。截至2021年6月，全球糧價(jià)指數(shù)再創(chuàng)新高，多國為保障糧食安全積極屯糧，并限制食品出口。而截至2018年，雜交水稻在我國已實(shí)現(xiàn)總增產(chǎn)8.5億噸。以雜交水稻為代表的糧食高產(chǎn)技術(shù)有力保障了我國的糧食安全。

中國“魔稻”走向世界

雜交水稻被印上了馬達(dá)加斯加的紙幣

從1979年首次走出國門起，中國研發(fā)的雜交水稻品種已經(jīng)走入全世界幾十個(gè)國家，包括印度、菲律賓、越南、美國、巴西、烏拉圭……中國雜交水稻在海外增產(chǎn)的糧食，每年能解決3500萬人的吃飯問題。

2019年，在中國雜交水稻專家的技術(shù)支持下，非洲島國馬達(dá)加斯加的一片水稻示范田達(dá)到了8.45噸/萬米²的當(dāng)?shù)貧v史最高水稻產(chǎn)量，這個(gè)數(shù)字是當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)品種年均產(chǎn)量的3倍！當(dāng)?shù)厝嗽谥肋@個(gè)數(shù)字后，都想知道中國專家施了什么“魔法”才創(chuàng)造出這個(gè)“奇跡”。高產(chǎn)的答案是“惟楚902-3”——一種適合馬達(dá)加斯加當(dāng)?shù)貧夂虻碾s交水稻品種。

馬達(dá)加斯加總?cè)丝诩s為2500萬，其中80%以上從事農(nóng)業(yè)，稻米是馬達(dá)加斯加的主要糧食作物，總種植面積達(dá)1.5萬平方千米，占馬達(dá)加斯加農(nóng)田總面積的一半以上。然而，當(dāng)?shù)厮井a(chǎn)量卻一直不高，每年都需要大量進(jìn)口大米。從2007年起，中國先后派遣了20多位雜交水稻專家前往馬達(dá)加斯加，指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶種植雜交水稻，累計(jì)推廣雜交水稻種植面積400多平方千米，增產(chǎn)稻谷12萬噸以上。高畝產(chǎn)的雜交水稻為馬達(dá)加斯加人民帶來了徹底擺脫饑餓的希望。雜交水稻技術(shù)不但解決了中國的糧食供應(yīng)問題，還為全世界提供了解決糧食短缺的中國技術(shù)，可以說，雜交水稻技術(shù)正在悄然改變著世界。

雜交水稻技術(shù)正在悄然改變著世界。

雜交水稻為馬達(dá)加斯加帶來了遠(yuǎn)離饑餓的希望

雜交水稻豐收讓印度農(nóng)民喜笑顏開

雜交水稻的高產(chǎn)是最好的廣告

我們永遠(yuǎn)銘記他

1994年，美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家萊斯特·布朗提出“21世紀(jì)誰將養(yǎng)活中國？”的質(zhì)疑。當(dāng)時(shí)的西方學(xué)者普遍認(rèn)為，中國人口眾多，全世界的糧食生產(chǎn)也不一定能滿足中國巨大的需求。然而，僅僅過了26年，2020年我國糧食自給率超過95%，人均糧食擁有量高于世界平均水平。2020年我國全年出產(chǎn)的大米中，65%來自雜交水稻。

袁隆平曾說過：“（布朗）低估了科學(xué)、科技進(jìn)步對提高糧食產(chǎn)量的巨大潛力?！薄爸袊瞬坏莛B(yǎng)活自己，而且能為其他發(fā)展中國家，為解決世界糧食短缺問題做出貢獻(xiàn)。”根據(jù)2019年國務(wù)院新聞辦發(fā)布的《中國的糧食安全》白皮書，2017年，我國稻谷的平均單位產(chǎn)量已達(dá)6.9噸/萬米2，比世界平均水平高50.1%。

袁隆平把一生奉獻(xiàn)給了雜交水稻育種事業(yè)，即便在晚年，他也沒有放下研究。我國有約13.3萬平方千米適宜栽培耐鹽堿水稻的鹽堿地，是國家重要的后備耕地資源。2020年10月，由袁隆平領(lǐng)頭的耐鹽水稻試驗(yàn)田平均畝產(chǎn)達(dá)802.9千克，創(chuàng)下了鹽堿地水稻高產(chǎn)新紀(jì)錄。

今天，中國已經(jīng)徹底解決了糧食短缺問題，中國人的需求也從吃飽變成了吃好。雜交水稻給了中國保障糧食安全的自信，為全中國人民追求更美好的生活斷了后顧之憂。袁隆平離開了我們，但我們將永遠(yuǎn)銘記這位偉大的科學(xué)家。

“第一次綠色革命”

第一次綠色革命：矮化育種

在過去很長一段時(shí)間內(nèi)，世界各個(gè)主要小麥產(chǎn)區(qū)都因?yàn)榇罅渴褂没识霈F(xiàn)小麥植株過高并發(fā)生倒伏的現(xiàn)象，小麥因此嚴(yán)重減產(chǎn)。20世紀(jì)60年代，美國科學(xué)家諾曼·勃?jiǎng)诟耖_創(chuàng)了小麥“矮化育種”技術(shù)，將小麥的高稈變矮稈，同時(shí)輔以農(nóng)藥和農(nóng)業(yè)機(jī)械，提高了小麥產(chǎn)量，19個(gè)發(fā)展中國家因此項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了糧食自給自足。這被譽(yù)為農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的“第一次綠色革命”。

一粥一飯來之不易

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國水稻機(jī)械化率超過80%。機(jī)械化平均只能收割稻田中90%的稻粒，剩下的10%是收割的損失部分。經(jīng)過曬干和脫殼，平均每1千克谷粒只能產(chǎn)出0.6千克成品大米。在運(yùn)輸和倉儲環(huán)節(jié)，又會(huì)有5%～10%的損失。據(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院估算，我國糧食全產(chǎn)業(yè)鏈總損耗率約12%。此外，每生長1千克水稻，至少需要消耗1噸灌溉水，因此，糧食來之不易，我們真的應(yīng)該珍惜每一粒糧食。

大米是水稻的什么部分？

脫去稻殼后的稻粒是糙米，還帶有米糠層，就算煮熟了也難以下咽，因此人們要去除米糠層。同時(shí)，為了避免大米在儲存階段發(fā)芽，稻粒還要去除胚芽。最后留下的只有稻粒的胚乳，也就是可食用的大米。胚乳是種子的營養(yǎng)器官，儲存了種子發(fā)芽所需要的所有營養(yǎng)。

“喬裝”水稻的稗草

你知道稗（bài）子酒嗎？此酒味甘而清涼。稗子酒由稗子發(fā)酵蒸餾而成，稗子并非糧食，而是稗草的種子，這種作物可是稻農(nóng)的心頭大患。

我國宋代自然科學(xué)家（理學(xué)家）朱熹在《勸農(nóng)書》中寫道：“禾苗既長， 稗草亦生， 須是放干田水， 仔細(xì)辨認(rèn)， 逐一拔出， 踏在泥里， 以培禾根。”其中的稗草是水稻田15種主要雜草中最難對付的一種，也是稻農(nóng)的主要清除對象。

稗草種子成熟后不像水稻種子那樣掛在穗上，而是很容易掉落。一塊田里第一年只要有5粒稗草種子落地，第二年地里的稗草種子就能達(dá)到300粒，第三年就有可能造成這塊地絕收。有研究表明，亞洲地區(qū)的水稻雜草平均使水稻產(chǎn)量下降21%～23%，其中危害最大的就是稗草。稗草是碳4植物，能比水稻更高效地進(jìn)行光合作用。不僅如此，生長過程中的稗草還會(huì)分泌一種名為丁布的次生代謝產(chǎn)物，它會(huì)抑制水稻生長。

稗草長得和水稻極其相似。近幾十年來的文獻(xiàn)記錄顯示，稗草變得越來越像水稻，這是因?yàn)槿祟愒诎纬薏莸耐瑫r(shí)，也在對稗草進(jìn)行選擇——長得越像水稻的稗草越容易存活下來。第一個(gè)注意到稗草高明“喬裝術(shù)”的，是蘇聯(lián)著名植物學(xué)家瓦維洛夫，因此稗草的這種模仿水稻的現(xiàn)象也被稱為“瓦維洛夫擬態(tài)”。

種植水稻的歷史

粳稻

秈稻

水稻可以說是亞洲人民最愛的主食，各國也都有各自最驕傲的水稻品種，例如我國的五常大米、日本的越光米、巴基斯坦的巴斯馬蒂長粒米、泰國的長粒茉莉香米……全世界超過一半的人民以水稻為主食。

亞洲地區(qū)種植的稻谷主要是長長的秈稻、圓圓的粳稻和粒大的爪哇稻。我國南方多種植秈稻，這種稻米適合做米粉;我國北方更多種植粳稻，其口感更好?？茖W(xué)家通過基因證據(jù)發(fā)現(xiàn)，野生稻大約在8500年前在我國長江中下游被馴化，并在至少3900年前分化為秈稻和粳稻。

我國春秋時(shí)期的政治家管仲曾經(jīng)寫道：“終歲耕百畝，百畝之收不過20鐘?！辩娛枪糯囊环N量具，一鐘可盛稻谷80千克，20鐘即1600千克。春秋時(shí)期的3.5畝合今天的1畝。這樣算下來，春秋時(shí)期的畝產(chǎn)量不過53千克。2018年，袁隆平帶領(lǐng)研發(fā)的超級雜交水稻創(chuàng)造了1152.3千克的大面積水稻畝產(chǎn)世界紀(jì)錄。