为了“像种果树一样种水稻”

来源:用户上传      作者: 子　辉

　　前不久，从云南省农科院传来消息：采用无性繁殖的“水稻杂交育种研究课题”获得重大突破。长期以来被国际学术界视为神话的“多年生杂交水稻”在云南问世了，研发这种“新概念水稻”的科技队伍，就是陶大云率领的课题组。
　　作为一种奖励，云南省政府将陶大云确定为享受政府特殊津贴的科学家；在“云南省科技大会”上，他的合作伙伴胡凤益荣获自然科学奖一等奖；2005年年底，陶大云入围国家农业部设立的“中华农业英才奖”候选人名单……
　　
　　“秘密课题”
　　
　　时年43岁的粮作所副所长陶大云，1988年从贵州省科学院调至云南省农科院，上任伊始接到的课题任务是陆稻(旱稻)育种。虽经过数千年来的人工选育，陆稻的收成总不如水稻那样高、那样稳定，还容易造成水土流失。在袁隆平等众多科学家的不懈努力下，我国已积累了利用杂交水稻杂种优势的丰富经验。“能不能研发一种多年生水稻，再掀起一场稻种革命呢?”陶大云想。
　　出生在云南永仁县的陶大云，早在1979年就读于云南农业大学农学系时，就萌生了改良现有稻种、提高水稻单产以应对粮食危机的志向。1985年，当他考入贵州省农学院农学系攻读硕士学位时，选择的研修课题也是水稻。而现有课题任务与水稻无关，他一度感到苦闷与彷徨，思索良久，他决定一边进行陆稻课题的研究工作，一边为水稻改良研究做好准备。
　　“杂交水稻之父”袁隆平教授于1987年在水稻杂交“三系法”研究方面获得巨大成功后，提出了光敏“两系法”和无性生殖“一系法”水稻杂种优势利用的设想。这个思路给了陶大云很大启发，他决定运用自己在农学和遗传学方面的知识，着手水稻无性繁殖方面的研究，攻克“一系法”这一世界性难题。
　　1991年8月，自西南农业大学农学系毕业的胡凤益分配到了陶大云所在的陆稻课题组，并成了他的得力助手。从1992年初起，水稻杂交“一系法”这个未经农科院确定、没有任何研发资金的“秘密课题”，便在陶、胡两人的默契配合下悄然开始了。
　　
　　“荒唐课题”
　　
　　要实现杂交水稻的无性繁殖，根据其生长繁殖特性有两种方法可供尝试：一种是通过寻找地下茎来实现多年生――通过地下茎等营养体繁殖出的稻株，能完整保留着杂交水稻的杂种优势，并具有一定的抗旱、越冬能力；另一种是找到不通过雌雄交配而直接结子的无融合生殖稻种，这类种子的遗传物质与其母本完全一致，既具有杂种优势，又能源源不断地繁殖下去。但客观的困难却是：通过地下茎进行无性繁殖的方式，仅发生在长雄野生稻等四个野生稻种中，国际科研机构数十年来始终未发现栽培稻出现地下茎；无融合生殖的种子只在高粱等物种中找到过，在水稻种群中至今没有发现报道。
　　1992年冬，胡、陶两人在赴海南基地蹲点时，捡回了几粒非洲栽培稻与亚洲栽培稻的杂交种子，满怀希望地种植在思茅农科所的基地里。种子萌发后长出了双胚苗，他们以为这次一定可以收到未经授粉的无融合生殖稻种了。但事与愿违，最终收获到的种子仍然还是经过融合生殖的。寻找无融合生殖稻种显然已经是一条走不通的死胡同，接下来唯一可作的尝试，就是寻找有地下茎的水稻了。
　　经过认真筛选，陶、胡两人发现在稻属的24个品种中，只有长雄野生稻与栽培稻的亲缘关系最近并具有相同的AA基因组，是多年生“一系法”杂交水稻的首选供体。1994年春，陶、胡两人开始了在思茅引种长雄野生稻的尝试。正值柳暗花明之际，一位国内著名稻作专家在来昆明参加学术会议时，断然宣称：“无性繁殖杂交水稻的说法实在荒唐，这样的课题永远也不会取得收效，你们还是安心去做陆稻课题就是了!”
　　面对权威专家的否定，陶大云困惑起来。当得知美国、法国、日本等国的科研机构都在进行相同的课题研究，且始终没有取得实质性进展后，他一度反复质问自己：“研究方向是不是真的错了?”但凭着自己的知识与智慧，他很快就确信自己是正确的。他和胡凤益此后虽然不再每天忙着做各种各样的尝试，但对这个“秘密课题”的研究一直在悄悄地进行着。
　　
　　意外收获
　　
　　1996年4月，陶大云赴泰国农业大学进修学习。在泰国国家种质库里，他找到了具有地下茎繁殖特性的所有野生稻种，并着手种植它们。然而，由于种子出了差错，长雄野生稻只长出了一株，而且没有地下茎，试验再度受阻。
　　在拜晤一位同期到泰国进修的日本专家时，陶大云意外地发现那位专家的住所外种植着一盆长势良好的长雄野生稻。据那位日本专家透露，这盆野生稻的种子是由日本国立遗传研究所从非洲收集来的，具有较强的地下茎特性。征得日本同仁的同意，陶大云从盆中分出了一株稻苗，移栽到了自己的温室里。没过多久，根壮茎健的长雄野生稻就繁殖到了10余盆。到了1996年12月，其中一株野生稻抽出了稻穗，他立即用泰国优质籼稻RD23为母本进行杂交。
　　陶大云每天都严密注视着这批杂交稻种。“如此远缘的杂交胚胎会不会尚未成熟就胎死腹中呢?”他心里犯着嘀咕。为了慎重起见，在稻穗结实后的第四天，他剥离出了一批稚嫩的胚胎，放置到配制好的营养液中进行胚胎挽救。事实证明他的担忧是完全必要的，因为从结实后的第五天起，未进行人工挽救的胚胎便在营养缺失的情况下陆续死亡了，留给他的只剩下放置在营养液中的那几枚稻胚。
　　1997年3月，在营养液里苟延残喘了一个多季度的培养胚，终于长出了根和叶片，一个崭新的水稻种间杂种――F1代诞生了。由这个培养胚长成的稻株不仅具有良好的杂种优势和可育性，而且还有发达的地下茎，柱头外露，彻底推翻了国际学术界关于“F1代不可能长出地下茎”的悖论!
　　
　　真理凸显
　　
　　陶大云发现并培育出种间杂交稻种的消息，首先激起了法国学术界的质疑。根据法国专家多年来的研究结果表明，“F1代根本就不可能生长出地下茎，若生长有地下茎就一定不是真的杂种”，这一理论在欧洲早已成为不争的公理。与此同时，国内学术界也因陶大云爆出的冷门而石破天惊，各种猜疑之声四起，所有压力一夜间向陶大云袭来。但他并没有被这些否定论断吓倒，他坚信自己正在进行的是一项复杂的、艰辛的、创造性的工作，这个方向是正确的。当务之急是，他必须拿出更加铁定的科学证据，向各种悖论作出回击。
　　在1997年隆冬，陶大云、胡凤益都埋头整理着研究资料，并向国际稻作所呈交了专题汇报。1998年春，国际稻作所派出专家，赴昆明察看了他们培育出来的杂种一代植株，确认该稻株有地下茎，确系长雄野生稻同亚洲栽培稻的F1代种间杂交种，是真正的杂种！
　　1998年5月，陶、胡两人在研究中发现，F1代稻株发育状况较好，虽然花

药不开裂，但有可育花粉，一个大胆的念头又突然从陶大云的心中冒出：“倘若用F1代的花粉自交，会不会形成F2代群体呢?”通过多次实验，他们果然利用花粉强制自交获得了该杂交稻种的F2代。这一重大突破立即得到了国际同行们的确认。与此同时，国际水稻研究所开始将水稻无性繁殖的研究课题确定为该所与云南省农科院的共同课题。
　　1998年11月，陶、胡二人着手做“回交实验”，收到了数百粒BCl代稻种。他们将这些稻种播撒在实验田中，到了翌年春，居然有几十株稻株相继抽穗。1999年6月，当陶大云到稻田中继续做回交实验并收集稻种时，意外地发现其中一株BC1代稻株奇迹般地长出了地下茎。稍后，他在BC2代稻株上也找到了地下茎。这些发现在全球都是绝无仅有的，它标志着长雄野生稻的地下茎基因已初步转移到栽培稻中来了。
　　从1999年起，课题研究进入了地下茎基因的遗传定位阶段，主要工作任务落到了胡凤益肩上。与此同期，课题的研究工作相继得到了云南省专外局、国家专外局和云南省农业厅的立项资助，一个功能、设施齐备的作物育种实验室在云南省农科院落成，由陶、胡两人担纲的课题组也正式成立；2001年，课题组更得到了国家自然科学基金委员会的立项资助，无性繁殖杂交水稻课题的研究工作终于浮出水面。
　　
　　震惊中外
　　
　　在与国际水稻研究所合作，加紧做好无性繁殖杂交水稻转育工作的同时，课题组还积极寻找控制水稻地下茎的基因，以期能通过分子生物学技术，把地下茎遗传基因转嫁到普通栽培水稻中。为此，胡凤益于2000年专程赴位于菲律宾的国际水稻研究所开展该课题的专项研究，到2002年初归国后，已通过分子标记将控制地下茎的基因定位在了染色体上，实现了全球地下茎遗传研究利用的最高突破。
　　尽管无性繁殖杂交水稻的课题研究工作已经取得阶段性成果，走在了国际野生稻有利基因发掘利用与水稻多年生研究的最前列，但乐于精益求精的课题组目前仍在海南岛继续进行着多年生杂交稻的深化转育工作，他们打算通过多次回交转育，将长雄野生稻的地下茎基因转育到现有抗病、高产、优质的杂交稻中，并淘汰野生稻的不良性状，直到培育出的多年生杂交稻既具有地下茎，可供稻农像种植果树一般种植水稻，且其余特征均与现有杂交水稻高产稳产的特性完全一致时，才面向广大稻农推广栽培。
　　近来，全球科学界最权威的学术期刊《美国科学院院报》刊登了一篇题为《水稻和高粱多年生性的协同进化》的学术论文，详细推介了陶大云、胡凤益和他们的课题组十余年来在无性繁殖多年生杂交水稻方面所取得的重大突破。此后不久，国内外学术刊物及国际学术会议也先后发表了8篇课题组的科研论文，云南在水稻选育研究方面的突出贡献，获得了全球学术界的充分肯定和尊重。

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