hybrid rice

起因

中午吃饭和朋友谈到人口问题,注意到东南亚很多国家面积不大但是人口众多,猜测原因就是大面积的种植水稻. 尤其热带地区可以做到一年三熟,然后就谈到中国的杂交水稻. 这个杂交水稻,猜测是个杂交后,不同品种结合 优势,然后再优中选优的过程.

饭后就搜了网上关于杂交水稻的文章, 杂交水稻的大面积推广种植整个过程还是很曲折的. 写篇博客记录一下.

水稻杂交的问题

杂交的本质是一个品种的雄性和另一个品种的雌性结合所产生的下一代. 而水稻杂交有一个特殊的问题, 水稻属自花授粉植物，雌雄蕊着生在同一朵颖花里，由于颖花很小，而且每朵花只结一粒种子，因此很难用人工去雄杂交的方法来生产大量的第一代杂变种子，所以长期以来水稻的杂种优势未能得到应用。

1917年日本学者发现了野生水稻雄性不育(有雄性不育的水稻,但是很少很少), 美国农学家琼斯于1926年提出水稻具有杂种优势理论(杂交水稻好).

技术路线

• 希尔斯（Sears,E.R.,1943～1947）的“三系法”技术路线设计
• 爱德华生（Edwardson,J.R.,1956）的“二系法”
• 日本科学家新城 长有的“三系法”育种方案

成功实验

• 首次成功的水稻杂交是由美国人Henry Beachell在1963年于印度尼西亚完成的
• 1968年，日本科学家新城长友经过多年努力提出了一系列诸如赶粉等等杂交水稻育种新方法，首次成功实现了基于“三系法”配套育种

但是无论是Henry Beachell还是新城长友，其方案都存在着某些缺陷(不能稳产)，无法进行大规模的推广，使得水稻杂交停留在实验室阶段，未能完成杂交水稻的产业化.

我不能找到方案的缺陷说明或者缺陷的证明, 我个人的理解是至少方案的设计是没有问题的, 但是在方案的实施过程中需要大量的实验, 需要时间和人力, 在后来的中国解决杂交稻的问题中, 投入了大量的人力和时间, 找到和培育了适合大面积推广的种子

三系法

• 雄性不育系, 杂交时需要一个品种的雌性和另一个品种的雄性结合.所以,对于水稻来说,要找到雄性不育(只有雌性)的样本作为母本. 设代号为A
• 雄性保持系, 与雄性不育系杂交时,产生的下一代为雄性不育系, 自交时,产生的下一代仍为雄性保持系. 很明显这是为了保持雄性不育系步绝种. 设代号为B
• 不育恢复系, 与雄性不育系杂交时,产生的下一代即为杂交稻, 自交时, 产生的下一代仍为不育恢复系. 设代号为R

下图简要说明了三系法的原理

中国的杂交水稻

雄性不育系的母本

第一步,首先就是寻找雄性不育系. 1967年，由袁隆平、尹华奇与李必湖三人组成的“水稻雄性不育科研小组”正式成立，全力寻找不育系. 寻找的方法当然是发动群众(基层农科人员).

最初, 袁隆平用他的野生不育材料培育出的C系统，找了好几年却始终找不到相应的保持系。此时，时任湖南省委书记的华国锋指示，“将研究交给群众去搞。于是，1970年，湖南省迅速开展了一个由专业人员和农民相结合寻找不育系的运动。不久，这场群众运动席卷全国，许多农业科研机构、农场、良种场、公社、生产队、大专院校都参与其中，各省成立了杂交水稻科研协作组，形成了一个全国范围的大协作网

1970年春季，袁隆平和他的助手李必湖、尹华奇来到海南岛崖县南红农场，在当地调查野生稻的生长和分布。冯克珊是1963年农专毕业，时任原南红良种繁育场技术员。冯克珊听过袁隆平的讲课，就联想到农场附近有一种名叫“假禾”的草，很可能就是要找的野生稻。它们一大丛一大丛地匍匐生长，穗粒又小又少，一碰就掉。冯克珊记在心里，时刻留意寻找这种“野草”。冯克珊清楚地记得，1970年11月23日上午，他在南红农场一个铁路涵洞附近的水塘边发现一片野草，感觉其中有的很像袁隆平讲课所说的“野生稻“。当时正值野生稻开花之际，生殖性状比较容易识别。冯克珊十分欣喜，立即找到袁隆平的助手李必湖。他们在野生稻群落中仔细观察，发现三个雄花异常的野生稻穗，它们的花药细瘦，色浅呈水渍状，不开裂散粉。这三个稻穗生长于同一禾蔸，是从一粒种子长出、匍匐于水面的分蘖。他们立即把这蔸不育型的野生稻连泥挖起，放在铁桶里用牛车拉回去，然后移栽在试验田里，等待鉴定。

正在北京公干的袁隆平惊喜地收到海南发来的电报，连夜赶火车奔赴海南岛。袁隆平仔细观察稻花样品并在显微镜下行检验，最终确认这是一株十分难得的野生稻雄性不育株。大海捞针啊！袁隆平给它命名为“野败”。

不育保持系

1970年冬，江西省萍乡市农业局的颜龙安被市里派来向袁隆平学习杂交水稻. 除了江西，当时已有福建、广东、湖北等多个省份的农技人员跟着袁隆平做杂交水稻。此时，大家的注意力还主要集中在C系统上。颜龙安和助手很快就完成了C系统的杂交工作。一天闲来无事，他看到袁隆平那里有一株“野败”开始抽穗，就顺便向其讨要了一蔸。朱英国记得，包括湖北在内，大约有10个省的农技人员都从袁隆平那里分到了“野败”。

眼到了1971年春天，各省的农技人员怀揣在海南育成的多种种子包括“野败”回当地播种。但是，袁隆平带回的“野败”在长沙并没有出穗，颜龙安带回萍乡的“野败”却成功出穗了。1972年冬，颜龙安育成“二九矮1号”不育系及同型保持系，并开始向全国提供不育系种子。而袁隆平则比颜龙安晚了将近一年，在1973年秋天才育成“二九南1号”不育系和同型保持系。在这场育种大赛中，颜龙安是成功育出不育系的第一人，因而也被人称为“杂交水稻之父”。朱英国说，也正因为这场“竞赛”有此过程，才有了后来“袁隆平与颜龙安谁是特等发明奖第一人”的争端。

当时，在所有人带回各省的‘野败’里面，只有我的出穗了。”颜龙安解释说，成功的诀窍就在于遮光处理。“野败”是感光性稻种，三亚属于热带，夏天日照时间比萍乡短，所以带回内地的“野败”就必须做遮光处理。在颜龙安带回的“野败”种子里，只有做了遮光处理的这部分才成功出穗。

至此,不育系和保持系都已经找到,能稳定的产生不育系和保持系的后代.

三系配套

有了不育系和保持系，但还没有找到好的恢复系。这“第一任丈夫”的选育也很重要，因为它是杂交水稻的父本，没有恢复系，“三系”就不能配套，不能用于生产。全国的水稻技术人员开始全力攻克这个难关，扩大研究材料，在长江流域、华南、东南亚、非洲、欧洲等地的1000多个品种里进行筛选，找到100多个有恢复能力的品种。直到1973年，广西农学院教师张先程在东南亚的品种里找到第一个结实率在90%以上的强恢复系，至此，籼型杂交水稻的“三系”配套获得成功。

实际可以看出时在1000多个品种里的筛选工作. 全国的水稻技术人员都在搞.

而袁隆平的研究进展却不是很顺利。1975年以后，他以自己的不育系配成的优势组合“南优2号”，在湖南洞庭湖地区大规模试种。与同类杂交稻品种相比，“南优2号”的确长势最好，穗大粒多，但却有致命缺陷——不抗病。后来，洞庭湖地区几十万亩水稻遭遇矮缩病，颗粒无收，“南优2号”也因此被逐渐淘汰。

到了1980年代，福建三明农科所技术员谢华安育成了新一代强恢复系“明恢63”，因此他也被称为“杂交水稻之母”。“明恢63”与颜龙安的不育系“珍汕97”配套，生产出来的种子就是“汕优63”。

两系法

两系法中,不育系和保持系合二为一. 一般表现为光敏和温敏, 在夏季的长日照、高温下，表现为雄性不育. 这时，用恢复系和它杂交，生产用于大田里的种子。到了秋季，在短日照、低温下，又变成了正常的水稻，自交结实，生产用于下年作为母本的种子.

中国早先研究两系法杂交水稻的关键人员是石明松. 1973年，石在沙湖原种场“农垦58”大田中，发现“光敏感核不育水稻”。

思考

整个在杂交水稻中, 美国,日本等外国人员贡献了杂交优势,三系法等理论方法, 但是寻找不育系和保持系,以及大量筛选出恢复系,都需要大量的人力和时间, 新中国为了解决人民的吃饭问题投入大量的人力从工程上解决了大面积推广的问题,当然,我猜想理论上也会进一步完善的.

• 袁隆平为西南农学院毕业(23岁毕业). 现为工程院院士.
• 颜龙安在江西省农学院农学系学习、获学士学位. 现为工程院院士
• 谢华安1964年结业于福建农学院(函授), 现为科学院院士
• 石明松1959年毕业于荆州农校. 1989年不幸去世, 被评为国家级有突出贡献的科学技术专家,1982年获全国“五一”劳动奖章 ,2013年获国家科学技术进步特等奖

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参考

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%9C%E4%BA%A4%E6%B0%B4%E7%A8%BB

http://finance.sina.com.cn/china/gncj/2018-08-15/doc-ihhtfwqr8066734.shtml