背景資料
1964年,袁隆平在水稻中發現天然雄性不育株,並在國內首次發表了《水稻的雄性不育性》的論文,開創了我國秈型雜交稻的研究。
經歷了6年的探索,袁隆平提出了利用“遠緣的野生稻與栽培稻雜交”的新構想。在該構想的指導下,他和助手於1970年11月在海南發現花粉敗育的野生稻(簡稱“野敗”),為培育不育系和“三系”配套打開了突破口。1972年,由中國農業科學院和湖南省農業科學院牽頭,有13個省區市參加的水稻雄性不育和雜種優勢利用研究被列為全國農林重大科研協作項目,並先後育成了一批矮稈水稻的雄性不育系和保持系,並從國外引進品種中篩選到恢復系配成了強優組合。1973年,我國秈型雜交水稻實現了“三系”配套成功。1976年秈型雜交稻在全國進行大面積推廣套用。我國的秈型雜交水稻是完全依靠自己的力量培育成功的,是繼水稻育種史上高稈變矮稈之後的又一次重大突破,標誌著我國水稻育種發展到了一個新的水平。秈型雜交稻於1981年獲得我國第一個國家特等發明獎。
1986年袁隆平提出雜交水稻的育種從“三系”到“兩系”再到一系,即方法上由繁到簡、效率越來越高的方向發展。1991年育成了我國第一個實用型光溫敏不育系培矮64S,1994年育成第一個“兩系”法強優勢雜交稻組合“培兩優特青”。1995年我國獨創的“兩系”法雜交稻技術配套成熟,開始套用於生產,宣告了兩系雜交水稻研究成功。1996年,我國超級稻研究計畫啟動,袁隆平又提出了以形態改良和雜種優勢相結合,培育“高冠層、矮穗層、中大穗、高度抗倒”的株葉形態的技術路線,並於2000年和2004年實現了超級雜交稻畝產700公斤的第一期育種目標和畝產800公斤的第二期育種目標。
1980年和1981年,我國的雜交水稻技術先後轉讓給美國圓環種子公司
和卡捷爾公司。這是我國第一個轉讓國外的農業專利技術。從此,雜交水稻技術走出了國門,開始向世界傳播。2007年有7個國家推廣雜交水稻面積超過3000萬畝,比當地良種增產20%—40%。從研究Early days to the present,由於黨和國家的高度重視和大力支持,以及廣大科技人員和推广部門的不懈努力,雜交水稻的發展取得了巨大的成就。截至目前雜交水稻在我國累計推廣60多億畝,增產稻穀6000多億公斤,每年增產的糧食可多養活7000多萬人口。
袁隆平因對雜交水稻的傑出貢獻於2001年獲我國首屆國家最高科學技術獎、2004年獲世界糧食獎和以色列“沃爾夫獎”等16項國內和國際大獎。
發展歷史
所謂雜交水稻,是由兩個具有不同遺傳特性的水稻品種或類型,一個作母本,一個作父本,經有性雜交以後而產生的一種新的雜合體。這種雜種的第一代,在生產優勢、適應性及經濟性等方面勝過母本和父本,這種現象稱為雜交優勢。
雜交優勢的利用,早在中國秦朝就有記載,生產上也有成功的套用。
1763年,柯路德開始對雜種優勢現象進行觀察研究;1866年,孟德爾根據豌豆試驗,首次提出雜種活力一詞;1876年,達爾文提出雜種優勢是由於兩性因素具有某種程度的分化所致;20世紀初,美國科學家沙爾提倡種植雜種玉米,1936~1945年間,美國大力推廣;中國自50年代起開始廣泛推行雜交玉米、雜交高粱的品系選育和制種技術。但是,水稻雜交育種方面的研究一直是薄弱環節。
直到60年代,農業科技界仍然不敢想像能在生產中利用雜種優勢。因為水稻是自花授粉作物,即雌雄同花,人工雜交制種困難。
1960年春,當時是湖南省黔陽農校教師的袁隆平在進行早稻常規育種試驗時,他發現一顆性狀優異、穗大粒飽的秈型水稻植株。他將這一植株的成熟種子收藏起來,第2年春,播在試驗田裡。不久,長起來的植株越來越參差不齊,後來,稻苗揚花、灌漿、抽穗了,但是沒有一顆植株的性狀能超過它們的前代。仔細分析後,袁隆平意識到他所發現的那棵特別優異的植株是一顆天然雜種。
根據這一發現,袁隆平產生了一個大膽的念頭:既然天然雜種水稻具有第一代優勢,就應該通過雜交途徑讓這一優勢為生產服務。1964年,袁隆平在中國首先開始了水稻雜交優勢利用的研究。那年7月5日,經過連續14天頭頂烈日,腳踩爛泥,手持放大鏡,不停地觀察,袁隆平終於在茫茫稻海里找到了一株雄性不育的水稻。他小心地把這株稻子移栽到試驗盆里,並用別的水稻花粉和它雜交,使它留下種子,成功地繁殖了一代雄性不育的稻種。同年,他又發現了兩株雄性不育株。第2年,他又發現了4株雄性不育株。
在兩年觀察實驗的基礎上,1965年冬,袁隆平寫出論《水稻的雄性不孕性》。他用科學的實踐證明,水稻具有雄性不孕性。他同時預言,利用雜交水稻的第一代優勢,將給水稻生產帶來大面積、大幅度的增產。他的論文和預言,引起了國家科委的極大重視和支持。
自1964年發現第一棵雄性不育株後,袁隆平連續奮戰6年,先後用了1000多個品種,做了3000多個組合進行多方面的探索,然而效果卻不理想。他們又通過細緻的總結,反覆思考,發現遠緣雜交具有遺傳優勢。於是,他們決心用野生稻再進行研究。
1970年,袁隆平和助手到海南島尋找野生稻。10月23日,在崖縣南紅農場荔枝溝村的一片沼澤地里,他們找到了一大片野生稻,並從中發現了一棵雄性不育株。他們對這棵野生稻進行了精心培育。第2年開春,野生稻分孽後,他們把它分成48株。為了給野生稻授粉,他們連續蹲在田裡等候著每朵稻花的開放。每開一朵花,就授一次粉,一共花了4天時間給63朵花授完了粉。最後,他們成功地收下了少量而珍貴的種子。袁隆平給它取名為“野敗”。這一重要成果,為雜交稻種的選育成功,打開了一個突破口。隨著成功,秈型雜交水稻的研究已逐步推向了全國。
1971年,秈型雜交水稻研究被列為全國農業22個重點項目之一。
1973年,秈型雜交水稻在中國正式培育成功。在雜交水稻培育成功後,科技人員又突破了繁殖制種這一難關。本來,其他一些國家研究雜交水稻優勢比中國早,但一直未能用於生產,其原因除了沒有培育出穩定的不育系和強優恢復系外,其繁殖制種沒有過關,也是重要原因。制種中的難題是父、母本開花期往往不能相遇,授粉十分不便;而且,有的母本穗子有包頸現象,穗抽不完全。因此,開始每畝只能制種10多斤,這樣不僅成本高,且有礙大面積推廣。針對這個問題,科技人員和制種人員,經過反覆研製,使制種產量在短短几年迅速提高到每畝100多斤。繁殖制種和栽培技術問題的解決,使雜交水稻很快用於生產,迅速大面積在全國推廣開來,從而產生巨大效益。
制種技術
隔離區的選擇
雜交水稻制種和親本繁殖都要求在隔離的條件下進行。根據各地情況,可採用空間隔離,即在制種田周圍100m內,除父本外不得種植其它水稻品種;周圍如種植粳稻,隔離應在200m以上,也可採用自然屏障,如山嶺、村莊、河壩等,總之,母本不得授非父本花粉。
計算
同的制種組合,父母本播期各有差異。因此,在播前應嚴格掌握父母本的生育期,確定各自的播期,保證父母本雙方花期相遇,才能授粉良好,獲得高產。一般說,父母本同時始穗為最合適,為延長授粉時間,加大花粉量,父本以二期播種為最好。
確定
父母本的種植比例要考慮父本有足夠的花粉量,保證母本授粉良好,又要爭取母本有較大的面積,以增加種子產量。在生產實踐中,父母本的移栽行比,一般採用2:14~16,東西行向。株距:父本13.3×33.3cm;母本10~13.3cm,父母本均雙本栽插。一、二期父本各一行,每畝父本0.34萬穴,母本0.363萬穴。制種時,保證母本播後形成足穗。
花期預測及調整
在水肥管理的同時,應考慮到父母本花期相遇問題。由於大田會遇到各種問題,調整花期措施應因田而異,不能千篇一律,調整花期應越早越好,爭取主動。(一)花期預測從倒三葉出現前開始取樣檢查,每次取10~20穴整叢剝查。也可根據葉齡指數法在前期及早進行花期預測。幼穗分化共分8期,各期標準為:一期看不見、二期苞毛現、三期毛茸茸、四期粒粒現、五期穎殼分、六期粒半長、七期穗轉綠、八期穗出現。儘管不同的組合,前期幼穗分化有快慢之分,進入四、五期後要保持同期,確保父母本同期抽穗。(二)花期調整花期調整應越早越好,可採用三種方法調整,花期相差3天以內,可用“920”調整。如果花期相差過大,可以採取促的方法結合“920”進行調整。對發育過慢的親本,每畝噴施磷酸二氫鉀2~3次,每次100~150g、對水30~40kg,可促進早抽穗1~2天。另外,還可對父本採取旱控水促措施,能推遲或提早抽穗3天左右。
去雜保純
純度是雜交種的生命,從穗田到收穫前,要多次進行田間去雜,把與父母本不同顏色,不同株型,不同熟期,過高過矮的雜株,變異株及時拔除,尤其是見穗3℃以前去雜,是生產出高純度種子的關鍵。同時,收、運、脫、曬等過程中,要有專場,專用脫粒設備及貯藏設備,嚴防機械混雜。
適時收穫
由於制種田母本屬異花授粉,稻粒間成熟度差異很大,若收穫過早,易造成秕粒增多,粒重下降,進而影響產量。因此,應等大部分稻種黃熟,其餘大半飽時及時收穫。