|
编者按9月1日，泰国公主诗琳通在曼谷向“杂交水稻之父”袁隆平隆重颁发“金镰刀”奖，以表彰其在水稻杂交领域的杰出贡献。与此巧合，今年的9月，适逢我国开展（也是世界）杂交水稻研究40周年。40年来，以袁隆平为代表的农业科学家群体，在水稻杂交领域展开了一场波澜起伏，坚苦卓绝的科研攻关，终于取得举世公认的卓越成就。袁隆平院士获得我国科学技术发明唯一的特等奖、国家主席大奖；获得美国“拯救世界饥饿奖”、联合国知识产权组织“杰出发明奖”，联合国教科文组织“科学奖”，英国让克基金会“让克奖”，联合国粮农组织“粮食安全保障奖”，日本“日经亚洲大奖”，“日本越光国际水稻奖”，世界粮食基金会“世界粮食奖”，以及今年5月由以色列总统卡察夫颁发的年度国际农业沃夫奖等十七项国际大奖。
袁隆平在联合国等世界的各个论坛上，不懈地呼吁推广和扩大杂交水稻种植面积。目前世界各国共种植水稻大约1.5亿公顷，但平均每公顷产量只有3.8吨。如果将这些常规水稻都改种杂交水稻，每年至少可净增产量1亿吨，可以解决十多亿人的粮食问题。现在他的呼吁已经产生巨大的回声，全世界推广杂交水稻技术成果的捷报频传。
袁隆平及其科研团队取得的世界性成就，是我国科技人员落实三个代表思想和科学发展观的杰出范例，也是中华民族的重大技术创新。本报今起分上中下推出评述性通讯：《人类反饥饿史上光辉的一页》，以飨读者。
为驱散黑暗点上一盏灯
一句西方谚语说：“与其诅咒黑暗，不如为黑暗点上一盏灯。”
中国自古以来就是一个人口众多，生存压力很大的一个国家。她现在的人口是世界人口的1/5。养活这么多人口并不是一件容易的事。
翻开几部中国古代的史书，我们很容易读到一些与人民饥饿有关的记载：
———《诗经·大雅》曾经这样悲哀地吟道：“何辜今之人！天降丧乱，饥馑荐臻，无以卒岁。”其中，“饥馑荐臻”为“饥饿接连而至”之意。可见，饥饿在当时发生得多么频繁！
———唐朝著名诗人白居易有《旱热二首》描写了唐朝百姓青黄不接的大热天忍受饥饿的悲惨状况：“壮者不耐饥，饥火烧其肠。”不难想象，“饥火烧肠”是多么的痛苦！
———清朝出版的《履园丛话》有这样的记载：“迨父殁未几，适当明季，蝗旱不登，饿殍载道，而齐、鲁、幽、燕之区为甚。”虽然，中国历史上关于因饥饿而死亡的人口统计不是十分详细，但是，用“饿殍载道”来形容，已经足以反映当时的惨状了。
尽管中国拥有四大发明的荣誉，也刊刻出版过一些农业生产方面的著作，但是，面对如此严重，而又长期存在的饥饿问题，我国历史上的科学家和政治家并没有特别的高招。尤其在农业科学技术方面没有特别的建树。
就是在中华人民共和国成立以后，改革开放之前，“究竟什么是科学种田”，我们依然缺乏科学的认识。2002年，联合国粮农组织的一批世界级农学专家这样形容：“就如何有效的反饥饿而言，中国直到20世纪60年代还是一片黑暗，是袁隆平院士为这一片黑暗点上了一盏灯！”
从杰斯罗·塔尔到袁隆平
早期的农业，以刀耕火种，广种薄收为特征。到公元前二世纪，我国的先民才发明了一些减轻劳动强度的农具，和套种、轮作、休耕之类的农业措施。那时的农业生产技术完全凭借经验积累。据科学史家介绍，是17世纪英国的农学家杰斯罗·塔尔，首次打破了这个格局。他最早指明了农作物的根、径、叶、花在其生长、发育、成熟中的作用。正是这位杰斯罗·塔尔使农业变成了科学。
19世纪上半叶，德国化学家李比希（JustusvonLiebig）指出了决定农作物生长、发育、成熟的“三要素”（氮、磷、钾），并且指出了土壤矿物质在农作物生长中的作用。他把农业引上了一条化学的道路。差不多在同一时间，法国微生物学家巴斯德，发现了微生物在动植物的生理、病理的作用。它为农作物的防病、治病指明了方向。
19世纪还有两项突破与农作物的育种有关，那就是德国的孟德尔建立了两个遗传学定律和达尔文阐明了杂交优势的存在和利用杂交优势的可能性。这两项科学进步，为动植物的品种改良开辟了道路。
在美国，有“植物魔术师”之称的农学家布尔邦克（LutherBurbank），从1871年到1926年，在55年时间里育成了800多个植物新品种（包括谷物、花卉、草类、水果，甚至乔木）。我们现在吃的柰李，美洲和欧洲人吃的布尔邦克土豆就是他育成的。
在亚洲，1903年，印度农艺学家桑德斯（CharlesSaunders）将加拿大的红笛小麦与当地的红小麦杂交，育成了他命名的“侯爵小麦”（Marquiswheat）。这个新型的小麦品种，既适应了印度的气候，又保持了加拿大的高产。
然而，遗憾的是，就在西方国家利用孟德尔和达尔文的科学发现进行农作物品种改良的时候，前苏联的科学家则在政治意识形态的干预下，使农艺学走了另外一条道路。恰恰就是这样一条错误的道路，使得拥有可耕地最多的苏联，和拥有农业劳动力最多的中国，一直是世界上最大的缺粮国。
中国知名科技史专家张功耀教授认为：“从科学思想史的相互关联上，袁隆平院士水稻杂交的育种思想可以说是前苏联瓦维诺夫育种思想的直接延伸。早在1922年，瓦维诺夫就提出了同源变异假说。他收集了大量活的植物标本作实验材料，致力于为世界人民培育新的农作物品种。就在这个探索过程中，他发现了一条重要的谷物杂交育种原理：与谷物相近的远缘野生植物，可作为改善谷物产量和品质的基因来源。他的农艺学思想，在袁隆平成功实现水稻杂交育种之前，从没有在中国传播过。袁隆平是在不知道瓦维诺夫的科学贡献的情况下，通过自己的摸索，实现了瓦维诺夫提出的谷物育种原理的。”
杂交水稻史上的“三大发现”
早在1859年，达尔文就给我们留下一个“杂交优势”的启示。这个优势在许多动植物的育种中都是可以利用的。可是水稻的杂交优势能不能利用？怎样利用？在世界范围内都一片茫然。也有人断言，它根本不可能得到利用。
杂交优势，顾名思义，只有杂交成功之后才能表现这个优势。可是，水稻是自花授粉植物，它怎样才能实现杂交？如果不能杂交，又如何能利用水稻的杂交优势呢？
1960年，袁隆平在大田里观察到了一株特殊的水稻。它与其它水稻生长、发育存在明显的不同。经自交分离实验证明，它是天然的杂交水稻！这个发现向袁隆平证明，水稻是可以杂交的。这就是杂交水稻史上的第一个重大发现。
自花受粉植物的天然杂交是一个小概率现象。即使杂交成功也不能在后代保持下去。事实上，袁隆平1960年发现的天然杂交水稻，在第二代就分离掉了。
要在水稻这样的自花授粉植物中进行天然杂交或人工杂交都是非常困难的。这是因为，水稻花太小；而且每一朵水稻花，既包含了雄性器官（雄蕊），又包含了雌性器官（雌蕊）。更难的是，水稻花中的雌蕊，只在很短的时间内接受花粉。如此，要使水稻在它的开花期内杂交成功，最好的办法是使自身的雄蕊处在不育状态。只有做到这一点，才有可能使水稻花的雌蕊在有限的时间内接受来自其它植株的雄蕊花粉。
显然，要在水稻大田里把所有的水稻花雄蕊都做一次“去势”工作，几乎是不可能的。剩下来的有两条思路：一条思路是设法使水稻花的雄蕊，生出来就没有生育能力。可是，要实现这个步骤，就需要对水稻花雄蕊细胞的细胞核做手术。这个过程在60年代根本不可想象。另一条思路，美国农艺学家在玉米的杂交育种中已经成功，它不经去雄，也能实现杂交。袁隆平相信，同样的过程在水稻中也应该可行。只要能找到不能自花受粉但能接受其它亲本受粉的水稻雄性不育系，问题就可以解决了。
1966年，袁隆平在《科学通报》发表一篇论文：“水稻的雄性不孕性”。他向全世界宣布，他采取逐穗检查的办法，从栽培的洞庭早籼、胜利籼、矮脚南特等水稻品种中发现了能够遗传的自然雄性不育材料。这就是杂交水稻育种史上的第二大发现。
这个发现的意义只有内行才能理解它。
袁隆平的论文公开发表之后不久，就有慧眼人把这个发现报告给了当时的国家科委九局局长赵石英同志。赵石英又把它报告给了当时的国家科委党组书记聂荣臻元帅，很快获得了元帅的支持。尽管这个发现产生在“山雨欲来风满楼”的年月，由于有了这种特殊的支持，杂交水稻的研究免受了文化大革命的洗劫。
找到天然具有雄性不育遗传特征的水稻实验材料以后，剩下来的问题是，用什么来与这些实验材料杂交好呢？
本来，瓦维诺夫曾经提出这样的思路：与谷物相近的远缘野生植物，可能作为改善谷物产量和品质的基因来源。可是，没有一个中国科学家获得过这一信息。为此，袁隆平领导的研究小组在这个问题上艰辛地探索了4年。
他们用籼稻不育型与籼稻杂交，粳稻不育型与粳稻杂交，籼稻不育型与粳稻杂交，3种可能的组合都实验过了，做了3000多个组合实验全都失败了。这些失败仿佛在向人们发出一种告诫：自花受粉植物要么杂交很困难，要么杂交没有优势，抑或杂交优势不能保持。
然而，袁隆平的研究助手李必湖先生1970年在海南岛的一个发现使得杂交水稻研究出现了柳暗花明又一村的奇迹。他在普通的野生稻中发现了3个稻穗雄花异常，它们也是雄性不育的（袁隆平把它命名为“野败”）。野生稻通过杂交，能够把可育的雌蕊和败育的雄蕊一起遗传给后代，这样的事，在自然界中比自花受粉植物发生天然杂交还要少。用数学语言说，它是小概率事件中的小概率事件。可是，这样的事毕竟发生了，而且被一个有准备头脑的人发现了。这就是杂交水稻发展史上的第三大发现。
1971年，袁隆平通过无性繁殖方法培育了实验用的野败。1972年开始，袁隆平把这个野败与正常的粳、籼水稻杂交。奇迹终于发生了。所有的杂交组合都表现出了杂交优势。杂交水稻成功了！ | 
