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13亿人的吃饭问题:杂交水稻育种之困 (1)

发布于:2009-04-14 11:12  来源:时代周报

  刚从海南风尘仆仆回到武汉的朱仁山满怀忧虑。他是武汉大学生命科学学院工程师、武汉国英种业公司副总经理,每年冬春季节,和他一样的全国各地的农业专家就会像候鸟一样集聚在海南南繁基地搞育种。

  这个传统已经持续了近半个世纪。南繁基地位于海南三亚,是中国最为重要的制种基地。它典型的热带气候条件为水稻、玉米等农作物全年生长和种子繁殖提供了“天然大温室”。享誉世界的杂交水稻就诞生在这里。然而,今春的异常高温却给杂交稻的种子繁殖带来困难。

  “减产了!”朱仁山说,“2月底到3月初,三亚遭遇了48年一遇的高温天气,两系温敏不育系杂交稻的稻种结实率大大下降,至少减产70%。”

  稻种减产引发了农业相关人士的忧思,稻种多样性问题日显严峻。武汉大学朱英国院士曾培育出不同于袁隆平的杂交水稻,他也被称为“湖北袁隆平”。然而他的稻种产业化之路,在混沌的中国种业格局中遭遇了科研与产业化的重重困境,也折射出目前粮食安全的隐忧。

  农业是整个国家的基础。种子是农业的基础。种种迹象表明,中国种业正在陷入一种脆弱的境地,只有根本性的变革才会带来希望。

  “今年2月10日到3月10日这段时间海南气温在25~27℃,正常年份是24℃左右。两系温敏类型杂交稻的育性转换温度是23.5℃,这次气温高了2~3℃,导致亲本花粉败育,影响了结实率。”农业部全国农技中心种业发展处处长马志强说。稻种减产引起了农业部门的高度重视。

  朱仁山说:“此次减产的主要是两系温敏不育系杂交稻。正如其名,由于其育性转换对温度敏感,所以受天气因素影响较大,过高或过低气温都会对结实率产生影响。”

  据朱仁山不完全统计,目前全国的两系杂交稻种基本都在海南育种,今年种植规模在5000亩左右,按平均单亩繁种400斤计算,减产70%意味着2010年全国两系杂交稻生产面积将会减少35万亩;按平均亩产稻米700公斤计算,全国将会减少2.45亿公斤稻米产量。

  “种子供种安全是国家农业安全的重中之重。”农业部全国农技推广中心副主任邓光联3月11日在海南琼州召开的《2009年全国杂交水稻和杂交玉米种子产销形势分析会》上强调。“2009年制种情况不容乐观”成为会议共识。

  全球气候变暖、自然灾害频繁加剧了人们的忧虑。国际粮食政策研究所的报告指出,由于全球变暖,到2020年全球农业产量预计降低16%,其中发展中国家所受的影响会更大。

  相比而言,三系杂交稻的适应性就要高很多。“三系不育系的野败型和红莲型,用了很多年了,到现在都很稳定。” 中国工程院院士、武汉大学生命科学学院教授朱英国说。

  水稻是自花授粉作物,要想获得杂交优势,必须先获得雄性不育。为此,自上个世纪70年代以来,中国无数农业科技专家进行了不懈的探索。“杂交水稻之父”袁隆平从中脱颖而出,首先培育出了“野败型”三系杂交稻。

  三系杂交稻是指雄性不育系、保持系和恢复系三系配套育种。雄性不育系即一种雄性退化(主要是花粉退化)但雌蕊正常的母水稻,由于花粉无生活力,不能自花授粉结实;再用保持系使这种不育系能不断繁殖,不至于绝种;再育成恢复系,使不育系育性得到恢复,自交结实并产生杂种优势。两系杂交稻即没有保持系,其育性转换与日照长短和温度高低有密切关系,分为光敏和温敏两种类型。袁隆平院士对此有一个形象的比喻:三系法像包办婚姻,两系法是自由恋爱。据马志强提供的数据,两系杂交稻占杂交稻种植的20%左右,三系杂交稻占70%~80%。

  朱仁山说:“这一次海南减产不但让大家认识到天气的影响,还意识到了可能的病虫害的影响。如果不强调遗传多样性,一旦遇到特殊灾害,那种子就绝收了。”

     遗传多样性之忧

  中山大学生态与进化研究所所长彭少麟教授对时代周报表示,遗传多样性是任何品种不断改良完善的基础,如果过度地强调某一个物种或品种,其本身性状不仅可能退化,同时也蕴藏着大面积病虫害的风险。

  根据资料显示,在生产实践和实验中有很多这方面的实例。1970年,美国的T型玉米,由于不育细胞质单一,引起小斑病大流行;1984年,中国大面积种植野败型杂交稻籼优2号,发生了稻瘟病大流行。

  杂种优势是生物界的普遍现象,利用杂种优势来提高农作物的产量和品质是现代农业科学的主要成就之一。杂交水稻便是中国利用植物遗传多样性方面最成功的例子之一。

  朱英国院士介绍说,目前我们三系杂交稻雄性不育系有野败型、红莲型、BT-型、滇型、冈型、D-型、K型、印尼水田谷、矮败、马协等类型,基本实现了杂交稻的遗传多样性。但在生产应用上却潜藏着单一化的风险。

  马志强表示:“虽然说表面上杂交稻品种很多,但同质化严重。”包括中国水稻研究所国家水稻生物学重点实验室在内的众多研究机构的研究结果表明,中国杂交水稻遗传差异较小,遗传背景单一。以三系杂交稻为例,目前生产上所使用的大部分杂交水稻组合都是由野败型或与野败型类似的不育系配出的。上世纪90年代初,生产上使用的杂交稻的母本不育系95%左右来源于野败型细胞质。

  朱英国院士说:“从整个的水稻发展来讲,杂交水稻和普通品种要并举。杂交水稻里面各种类型也要并举,不能单独地说是哪一种类型特别好,哪一种类型特别差,各有优缺点,要提倡多样性。”

  彭少麟强调:“一方面好的品种应该积极推广造成最大的效益,另一方面同时存在着对多样性的抑制的风险。所以,在推广的同时必须强调对于多样性的保护,应该采取各种办法,把多样性保护起来。”

  正是基于遗传多样性的远见,朱英国育成了具有新的细胞质类型的“红莲型”杂交稻,有别于袁隆平的“野败型”杂交稻。然后,由于历史的种种因缘际会,几十年来,红莲稻和野败稻经历了迥然不同的命运。

 

 

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