常德会议成为转折
1970年6月,湖南省革命委员会在常德召开湖南省第二次农业学大寨科技经验交流会。为配合大会的召开,会前筹办了专题展览。在黔阳地区的展室里,介绍水稻雄性不育试验项目的内容被安排在展板中头版头条的位置,旁边还有实物展示,摆放着水稻雄性不育的禾苗。大会的头一天,当时的湖南省革命委员会主要负责人华国锋,仔细地观看了杂交水稻研究展览,听取了汇报。第二天会议正式开始时,华国锋同志还破例把我请到主席台上,在他的身边就座,并让我发言。会上,他还给我们研究小组颁发了奖状。这真是雪中送炭,使得孤独前行的我们,在一片阴霾中感受到了巨大的力量。当时,我心里既欣慰又不安,因为当时的科研工作进展并不顺利。我向会议代表介绍了研究的实际情况,也说明了存在的技术问题和解决问题的难度,表示有些愧对大家的期望。
华国锋同志听完我的发言后,充分肯定了前期艰难探索的阶段性成果,指示要把水稻雄性不育研究拿到群众中去搞,并要求有关地市和部门大力支持。我听后受到极大的鼓舞,也更坚定了攻克难关的决心和信心。他还和我交谈,说对于科学研究,他是个外行。但知道,农业生产要发展,就得依靠农业科学的进步;而农业科学的进步,离开农民和土地,是不可能成功的。作为一个地方的领导人,支持和帮助我们的科研项目,是他的天职。
根据大会的最后决定,1970年7月,省农林局下文,将"水稻雄性不育研究"列入第一个年度科研计划重大研究课题(持续到1990年每年列入年度科技计划,拨给科研经费)。此后,杂交水稻研究成为全省协作项目,组织成立了"湖南省水稻不育研究协作组",最初是安江农校、湖南省农业科学研究院、湖南省贺家山原种场、湖南农学院、湖南师范大学南省农业科学研究院、湖南省贺家山原种场、湖南农学院、湖南师范大学生物系等五个单位参加,还举办"水稻雄性不育学习班",由水稻雄性不育研究小组的科研人员给学习班讲课,普及水稻杂种优势利用知识。后来在全省掀起了一个水稻雄性不育研究热潮,各地(市、州)、县"三结合"研究小组纷纷成立。
常德会议之后,我决心重新调整研究方案,继续用野生稻与栽培稻进行杂交,也就是通过野生稻与栽培稻进行核置换,来培育细胞质雄性不育系或核质互作型雄性不育系,使不育系和保持系因细胞质的差异而造成育性差异,以达到突破徘徊局面的目的。
我们先是在云南元江寻找野生稻,找到后拿到湖南进行试验,由于生育期太长了,结果却不能抽穗。为此,我决定去海南岛寻找野生稻,真的是要走向"天涯海角"啰。
在海南三亚发现"野败"
1970年夏秋,我们来到海南三亚繁育,同时继续收集野生稻资源。我们当时住在海南南红农场,那时我常给助手讲课、讲"洋葱公式",农场技术员冯克珊等几位同志也来和我们跟班学习育种技术。正因为这样,冯克珊懂一点,知道花粉瘦瘪就是不育。冯克珊是当地人,知道什么地方分布有野生稻。11月份,到了野生稻抽穗扬花的季节。11月23日这天,冯克珊带李必湖去寻觅野生稻。他们来到了南红农场与三亚机场公路之间铁路涵洞的水坑沼泽地段,这里长着一片面积大约有200平方米的普通野生稻。当时正值野生稻抽穗扬花的时候,他们看到这里的野生稻的花药十分肥大,颜色鲜黄,张颖角度大,柱头长大且双边外露,生殖性状极易识别。紧接着,他们发现有3个稻穗的花药有些异常,因为李必湖对识别水稻雄性不育株具有丰富的感性知识,冯克珊也知道一些。他们看到这3个雄蕊异常的野生稻穗是由一粒种子生长起来的分糵,其花药细瘦呈箭形,色浅呈水渍状,不开裂散粉,很像我们试验田里的不育株的花药。由此初步推断,这很可能是一株雄性不育的野生稻。他们非常高兴,随即把它连根拔起,搬回试验基地做镜检。结果在显微镜下它的花药也呈现淡青白色,与试验田里的不育株的花粉染碘镜检的情况一样。然后,他们把它栽在试验田的一小块空地里,准备做进一步的观察研究。
我当时正去了北京请教有关专家,这时接到了助手发来的电报,于是火速赶回海南岛三亚。我马上通过镜检,确认的确是一株花粉败育的野生稻,当即把它命名为"野败"。
这株野生稻株型匍匐,分糵力极强,叶片窄,茎秆细,谷粒小,有长芒,易落粒,叶鞘和桴尖紫色,柱头发达外露,除雄性不育性外,其性状与海南岛的普通野生稻没有差别,属于 Oryza sativa L . f . spontanea (植物属名)。"野败"原始株的花药瘦小,黄色,不开裂,内含典型的败育花粉。我们用它与多个品种做了杂交。
当时得到"野败"的时候,并不能预见到它是一个突破口,只认为这是一个很好的资源。我们进一步研究,第二年才发现这个家伙是好东西:雄性不育,且不育性能够保持下去。到了1973年,我们种了几万株"野败"材料,全部是不育的,没有一株有花粉的。这个时候,我才如释重负,终于看到曙光了!
我们于是把研究的重点立即转移到"野败"材料上,获得的雄性不育株能100%遗传,其后代每代都是雄性不育株,这就为杂交稻研究成功打开了突破口。
实现了杂交水稻的三系配套
常德会议做出将杂交水稻研究列为全省协作项目的决定,这样,许多人开始参与到选育三系的科学试验活动中。当时,大家所做的就是用远缘杂交的方法,将自然界中已经存在的不育稻株作为材料进行培育,在全省范围内找到了上千个不同品种、几种不同类型的不育稻株。为了获得稳定的不育系和保持系,又用这些不育稻株同上万个栽培品种进行测交,进行育性试验。可是,在栽培品种中没有获得理想的不育系和保持系。
我们曾于1965-1968年对无花粉型、花粉败育型、花药退化型不育材料的育性遗传进行了研究,结果得出:三种类型的遗传,其不育性均是受一对隐性基因控制的。我们在这之前的研究中,由于在现有品种中找不到保持系,于是从1968年开始,借鉴"洋葱公式"人工创造保持系的经验,尝试以测交后代育性恢复正常的子一代为父本,测交父本为母本进行反交,其后代分离出不育株和可育株,再以不育株与可育株进行兄妹交的方法来选育保持系。到1971年,我们配制了一些杂交组合,但选育的结果是父本和杂种都不断发生育性分离,始终选不到稳定的保持系。
实际上,在1970年以后,全国各省、市、自治区普遍开展了水稻雄性不育系选育的研究。许多研究单位利用我们的无花粉型不育材料与南广占杂交的杂种后代各个系统(即" C 系统")的不育材料进行广泛测交,筛选保持系。有的继续从大田中寻找新的雄性不育株;有的采用辐射诱变方法诱导雄性不育株。但研究与分析认为,大田中选得的和辐射诱变产生的雄性不育株,绝大多数是由核基因突变产生的,受一对隐性核基因控制,属于核不育遗传类型,所以找不到保持系。
为加快杂交水稻研究,1970年冬,湖南省革委会决定成立研究领导小组,由省委常委挂帅,加强领导,从政治思想、人力物力上给予有力的保证。协作组的5家单位,在更广泛的范围内开展科学试验。这是杂交水稻协作研究能持续发展的关键,是杂交水稻能迅速突破的关键。"湖南省杂交水稻研究"项目和科研协作组设在省农科院,省里决定让我在技术上负责这项工作,并把我的编制从安江农校调到了省农科院的水稻研究所。另外,还从相关单位抽调了一些人员充实研究队伍,如周坤炉、罗孝和等等。
1971年春,中国科学院业务组副组长黄正夏同志到海南,召集在海南搞南繁的有关省和单位召开会议。会议号召搞协作,加快研究进程。会后,先后有广东、广西、江西、湖北、新疆等8个省、自治区的30多位同志,到海南南红农场湖南基地来跟班学习,逐步发展为大协作的态势。
这是杂交水稻研究最关键的时期。当时,省农科院水稻研究所绝大多数科研人员是搞常规水稻育种的,杂交水稻协作组只是挂靠在这个研究所。我虽然调来长沙,但主要试验基地还是在安江农校,助手和家也都在安江。这时,研究工作正处在攻坚阶段,省里安排了"夏长沙、秋南宁、冬海南"的加速育种计划,这就是所谓的"南繁北育"。一年三代,我们日夜奔波在不同的科研基地。所以,我实际上在长沙停留的时间很少。在省农科院的招待所楼里为我安排了一个房间作为临时住所,条件很简陋。
每年到了秋冬季,育种人员就该去南繁了。南繁是研究中特殊的一个环节,南方温度高,通过南繁加代,可以加快育种的进程。搞一个品种出来要八个世代,如果不在海南搞,需要八年才能搞出一个品种来;而在海南搞,就可以加一代,只需要四年。一般来讲,搞水稻时间很长,每种一季,从播种、种植、开花、结实,周期很长,一般都要四五个月。品种好不好还不说,就是周期很长。我们为了加快速度,一年种两代,或者三代,即夏天在湖南,秋天在广西,冬天在海南。后来又有了人工气候室,大概三年就可以出一个品种。因此,原来出一个新品种要八年,现在只需三年了。海南三亚有着得天独厚的自然条件,是植物的天然温室,是理想的南繁试验地。全国所有的农业科研机构,大多数都在海南三亚设有南繁基地。基地。
由于要缩短周期,尽快地出结果,所以工作是非常辛苦的,而且那是在六七十年代,条件非常差。去海南南繁的路途上也是很辛苦的,坐汽车、火车,也没有卧铺什么的,硬座车厢里的人总是挤得满满的。我们背起一床棉絮,上面横一卷草席;提个桶,桶里面放种子,就这样赶车赶船下海南。工作中要经常熬夜。田里面条件也很差,都有蚂蟥什么的。住的地方,一般是一个房间里面睡七十几个人的连铺,被子需要自己带。包括吃的,一切都是自己带的。从长沙带很多的菜,什么腊猪头、腊肉、腊香肠、辣椒,再有什么土香菜也很多。当时,罗孝和是研究小组里管伙食的会计,从湖南带来的腊肉,到这里温度一高就会滴油。他就会报告:"袁老师,今天又减少了二两!"腊肉滴油,当然分量就要减少喽。
虽然辛苦,但是有一条,我觉得乐在其中。为什么乐在其中呢?我觉得很有意义,很有希望,因此,心里面还是很乐观的。
"野败"发现后,经过两年的试验,利用"野败"转育取得了重大进展,雄性不育株100%遗传,也就是说其后代每代都是雄性不育株。但"野败"不育株除不育性状外,其他性状基本上与普通野生稻相同,在生产上没有直接利用的价值,必须进行精心的转育工作,才能把"野败"的不育基因转入栽培稻,进而培育出生产上所需要的不育系。当时,我认为有必要及时公布这一最新研究成果,以便争取更多的人参与进来。因为多一个人参加研究就多一份智慧和力量,"众人拾柴火焰高",有利于尽早实现杂交水稻的三系配套。中国有2万多个水稻品种,要想从中筛选出理想的品系,就需要动用全国各地的有关科研力量。
1971-1972年间,由于"野败"的发现,全国在雄性不育系选育工作方面,转入以培育质核互作型不育系为主,特别是利用野生稻与栽培稻杂交获得雄性不育系,以期实现三系配套。
这样,一向冷清的南红农场一下子变得热闹非凡,农场一下子变得热闹非凡,全国十几个省市的科研人员浩浩荡荡地会聚到这里,开展杂交水稻三系配套的协作攻关。我们没有把"野败"据为己有,而是分送给全国18家有关单位。如福建省科研组的试验秧苗出了问题,我们就把仅有的一苑"野败"第二代不育株挖出一半送去。同时,全国各地的农业科技工作者到我们基地来跟班学习,我们也很乐意在试验田手把手地传授杂交操作技术。只要能挤出时间,我就支起小黑板给大家讲课,把自己多年积累的知识和经验奉献给大家。
我们用不同的籼、粳稻品种与"野败"做了一些杂交,新配了一批组合。1971年9月,我们将配制的杂种在海南岛崖县播种。12月,陆续抽穗,观察了10个杂交组合的表现,发现大多数组合的子一代出现育性分离,完全不育株率达41%。这些不育株的花药与原始"野败"不同,表现为花药变大,空秕瘦长,箭头呈水渍状乳白色或油渍状乳黄色,囊中花粉全部败育,不育性优于原始株,且在海南4-5月高温强日照条件下,未见到育性恢复,说明"野败"的不育性是能够通过杂交遗传给后代的。1972年春,从这10个组合中选择了4个表现较好的组合进行回交,同时又用44个品种进行测交,尽管测交的品种不多,但根据测交的结果可以看出,无论籼稻或粳稻都出现了具有完全保持和完全恢复的品种。我深有体会的是,用以前的材料与方法,采用筛选法和人工制造法,都很难获得保持系,唯独"野败"的表现与其他不育材料不同,真是异军突起,别开生面,给试验带来了很大的起色!这预示着通过"野败"育成水稻三系,具有较大的可能性。
继湖南之后,最早利用"野败"原始株的江西、新疆、福建、安徽、广东、广西等省(区),根据各自掌握的栽培稻品种,也纷纷与"野败"配组,试图将"野败"原始株的雄性不育基因转育到栽培品种中。江西省萍乡市农业科学研究所等单位还到湖南跟班学习,他们用"野败"原始株萍乡市农业科学研究所等单位还到湖南跟班学习,他们用"野败"原始株与7个籼、粳稻品种杂交,表现为对"野败"的不育性都有不同的保持能力,证明在不育系选育中,"野败"是一个很有利用价值的宝贵材料。
1972年3月,水稻雄性不育研究被列入全国农林重大科研会战项目,这时已有19个省、市、自治区开展相应研究工作。由于湖南省杂交水稻研究协作组工作开展得有声有色,同年10月,由中国农林科学院和湖南省农业科学研究院共同主持,在长沙召开了全国杂交水稻科研协作会议。省农业科学研究院共同主持,在长沙召开了全国杂交水稻科研协作会议。在这次会上,湖南省不育系研究协作组向大会宣读了《利用"野败"选育水稻不育系的进展》论文,指出利用"野败"育成水稻雄性不育系的希望很大。会上19个省、市、自治区农业科学院和部分大专院校成为协作单位。
此后,全国各地的有关农业科研单位利用我们提供的"野败"细胞质不育材料,大大加速了利用"野败"与栽培稻杂交转育的进程。这一举措也成为正式启动全国杂交水稻大协作的标志,很快在全省、全国形成了一场以"野败"为主要材料培育三系的协作攻关大会战。几十个单位互通有无,做了几千个组合的测交和几个世代的回交选,全国各省又一次汇集海南岛进行育种试验。
在开展广泛协作的基础上,很快摆脱了几年来研究工作处于困境的局面。
我们用"野败"与不同的籼稻、粳稻杂交,很快育成我国第一个水稻雄性不育系"二九南1号 A "及其相应的保持系"二九南1号 B "。
在此期间,江西用珍汕97,福建用V41、京引66、京引177,新疆用查系83、杜字129,广西用广选3号等品种,也都获得农艺性状一致、不育株率和不育度达100%的群体。至此,我国第一批"野败"细胞质骨干不育系和相应的保持系宣告育成。实际上,继"野败"不育系后,新质源不育系的选育也取得可喜进展,湖北育成了红莲不育系,四川育成冈型不育系。但是据后来统计,我国在杂交稻选育过程中,"野败"组合占全国累计种植杂交水稻面积的90%左右,原因在于"野败"三系组合具有强大的优势。
在利用"野败"与栽培稻杂交选育三系的同时,普通野生稻资源也得到开发利用。红芒野生稻、藤桥野生稻、羊栏野生稻、华南普通野生稻、印度野生稻、隆安野生稻、田东野生稻等,与栽培稻杂交,育成一批野栽型不育系。利用野生稻与栽培稻杂交选育三系,经我国的实践证明是一条行之有效的重要途径。它不仅能够获得稳定的不育特性,而且能够迅速实现三系配套,同时还可以获得各种不同类型的遗传背景,这里最关键的是对不同类型野生稻细胞质的选择。
三系中已育成了不育系、保持系,只差恢复系了。然而,找恢复系却费了不少周折。
在某种意义上说,"野败"恢复系的选育与不育系的选育是同时起步的。当用大量籼、粳稻品种与"野败"材料杂交后,一方面看出利用"野败"育成水稻不育系大有希望,另一方面在籼稻中测出了对育性有恢复力的品种。
但当时也有人认为,这可能是"野败"细胞核同栽培稻细胞核特定基因互作的结果,一旦完成了核置换,这种杂交后代结实的现象将会消失。特别是用粳稻品种测交,后代结实的很少,这更使人担心能使"野败"细胞质恢复的基因是不是存在。这时,有人说"野败"转育成的不育系是细胞质不育,找不到恢复系;也有人说,即使三系配了套,也不一定有优势,因此只主张少数人去探索一下,不赞成大搞。
在这个关键时刻,已在国务院任副总理的华国锋同志批示,把杂交水稻列入国家重点科研项目,组织全国力量协作攻关。
1972年12月,在中国农林科学院主持下,在长沙召开了第一次全国杂交水稻科研协作会议,交流了水稻雄性不育系选育的进展及问题,湖南对于杂交水稻的研究得到国家的肯定和重视。会议制订了今后的研究计划,并确定每年春天都要召开一次南繁现场经验交流会,及时交流情况,总结经验,确定协作方案,明确主攻方向。会上还及时提供测交品种,因而大大加速了研究的进程。
从1972年至1982年,全国杂交水稻科研协作组召开了9次协作会议,每次会议的召开都显现了社会主义大协作的优越性,有利于当时情况下如何攻克难题,明确下一阶段目标和要解决的问题,促进了研究的加快发展。有的会议的召开非同寻常,成为我国杂交水稻研发史上十分重要的历史节点。如1973年10月在江苏省苏州市召开的第二次全国杂交水稻科研协作会议,就是一次具有标志性意义的重要会议,标志着我国水稻杂种优势利用研究取得了重大突破。
前面,我们已经认识到了产生杂种优势的原因,不是别的东西,而是杂种的内在矛盾。只要杂交双亲有差异,就会构成杂种的内在矛盾。在一定范围内,这种矛盾越大,杂种优势就越强。于是,就要通过亲缘关系或由于地理条件形成的差异来选配恢复系的亲本。
1972年冬,三系选育的重点转入到恢复系选育,方法以测交筛选为主。全国农业科技人员又再次云集海南进行南繁试验,各省(区)利用自己掌握的各种品种资源,进行连续的测交试验。随着测交恢复系试验的继续深人,"野败"不育胞质的恢复系表现出以下特点:(1)随着不育材料回交世代的提高,杂种一代的恢复率和恢复度逐步趋于一致。(2)能使"野败"细胞质恢复的品种,对由"野败"转育而成的各种不育系,都具有共同的恢复效应。当然,因不育系的核背景不同,恢复程度有不同表现。(3)恢复品种与品种的地理分布有关。原产于热带东南亚国家的品种,恢复系的比例较高,原产于温带国家的品种,对"野败"恢复的品种比例很少。(4)典型粳稻品种测筛了数千个,没有一个恢复的。这些使人们看出:"野败"的恢复基因主要分布在低纬度的热带,而且和水稻的进化有关。要想为"野败"寻找强恢复系,应该在"野败"的近缘品种中多下功夫。
经过大家的努力,全国杂交水稻研究协作组终于在1973年从东南亚的一些品种中测得了具有较强恢复力和较强优势的恢复系。如广西协作组首先从国外及引进材料中筛选出IR24和泰引1号等一批对"野败"型不育系具有强恢复能力的品种作为恢复系;湖南、江西、广东也分别报道了IR24、IR661和古154等恢复系品种。据湖南省农业科学研究院1974年底统计的"野败"三系测交品种名录,仅测交恢复的品种即达344个,保持品种1033个,"野败"籼稻同型不育系74个。
1973年10月,在江苏省苏州市召开了第二次全国杂交水稻科研协作会议,我代表湖南省水稻雄性不育系研究协作组作《利用"野败"选育三系的进展》的发言,正式宣布籼型杂交水稻"三系"配套成功。这次会议标志着我国水稻杂种优势利用研究取得了重大突破。
1974年3月,全国杂交作,会上各省(区)介绍了自己三系选育的进展,参观了各单位在海南的试验基地。广西壮族自治区杂交稻研究协作组在会上报告了他们的试验结果,肯定IR661、泰引1号、IR24等是强恢复系,并证明用这些恢复系配制的杂种一代有明显的杂种优势。广东、湖南、江西等省的杂交稻研究协作组部分成员单位也在会上介绍了自己的三系选育工作,特别恢复系选育的新进展及经验。经过充分讨论分析,大家再次一致认为,我国水稻三系选育,依靠集体力量,进展是十分快的。这显示在充分发挥社会主义大协作优势的基础上,我国仅用3年时间,已成功地实现了杂交水稻的三系配套。
【袁隆平(1930年9月7日—2021年5月22日),出生于北平(现北京市),江西省德安县人,杂交水稻育种专家,享誉海内外的著名农业科学家,中国工程院院士,中国杂交水稻事业的开创者和领导者,“共和国勋章”获得者。1953年8月毕业于西南农学院农学系。1953年8月—1971年1月在湖南省安江农业学校任教员。1971年1月—1984年6月任职于湖南省农业科学院,1978年9月晋升为湖南省农业科学院研究员。1984年6月—1988年1月任湖南杂交水稻研究中心主任。1988年1月—1995年5月任湖南省政协副主席、湖南杂交水稻研究中心主任。1995年5月—2015年8月任湖南杂交水稻研究中心主任、国家杂交水稻工程技术研究中心主任。2021年5月22日在长沙逝世,享年91岁。袁隆平毕生致力于杂交水稻的研究,所研究的杂交水稻累计已在中国推广约68亿亩,增产粮食6000多亿公斤,为中国乃至世界的粮食生产发展作出了重要贡献,是杂交水稻研究领域的开创者和带头人,而且始终是这一研究领域的“领头雁”,被海内外誉为“杂交水稻之父”。】