作者:奶树
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对于绝大多数人来说,“杂交水稻”算不上陌生,而其背后的“杂交水稻之父”——袁隆平,也是家喻户晓。但在“杂交水稻”的研究发展过程中,还有不少没那么耀眼,却也浓墨重彩的名字值得被了解和记住。
我们不妨就一同回顾袁隆平和杂交水稻研究的历史,并穿插着介绍一下这些“杂交水稻之父们”。
故事的开始可能得从一万三千五百年前的长江流域讲起,这也是如今考古学和遗传学公认的水稻起源。
在今天的江浙、江西,湖北和湖南一带,这是中国也是全世界最早开始种水稻的地方。此后的上万年里,水稻以长江流域为起点,北到黄河,南到两广海南,种植得愈发广泛。这或许也是中国人爱吃米饭的原因。
而最早提出这个水稻起源的观点,并对此进行研究的,正是我们今天故事的第一位主人公——丁颖先生。
丁颖先生
中国稻作科学之父
让我们再调整一下时间线,来到140年前。
大清光绪十四年(1888年),丁颖出生在广东高州的一户农村,他在家里排行最小,行十二。本就是穷苦农村家庭,再加上家里人多,丁颖一家的日子过得那叫一个苦。父亲丁林泰辛苦了大半辈子,好不容易攒钱买了十几亩地,眼看生活就要好起来了。
但是天有不测风云,人有旦夕祸福。因为宗族纠纷,家里的十几亩地全赔光了,一夜回到解放前。接着家里老二又因为鼠疫英年早逝。一连串的折腾下来,这一大家子人,就更加难以维持生计了。
因此父亲丁林泰痛定思痛,思前想后,意识到自己主要是吃了没文化的亏。毕竟要是有文化,当时赔地的时候,好歹也能认得欠条上写的是什么东西。于是乎,小儿子丁颖就成为了全家的希望。丁林泰不惜倾家荡产全家负债,也要把丁颖送去读书。
丁颖也没有辜负父亲和家人的厚望,1906年考上了市里的高州中学。毕业以后,农民家庭出生的他依然决定学农,日后改善家乡父老的生活。之后,丁颖1912年去日本留学,1914年再去日本留学,1921年又去日本留学。
为什么要这么折腾,三渡东洋呢?
这般艰难求学路背后,其实也正是当时清末民初时期,像丁颖这样的有志青年心中矛盾的情绪和无奈之举。在国外求学,丁颖等人时常被打压得抬不起头;很快又因为家里生活窘迫,不得不回国。
在那个动荡的年代,国内整体十分落后,官僚腐败,丁颖等人壮志不得酬,精神十分难受,但也只能在“夹缝”中努力。1921年,已经33岁的爱国“壮年”丁颖,去东京大学农学部攻读三年,终于获得了学士学位。
回国之后,丁颖开始在中山大学做水稻研究。但在这个特殊时期,有一个特殊的难题摆在他面前,便是土地都属于地主。为了搞水稻研究,丁颖只能自己联系、买地、开展实验。好在花了十几年的时间,丁颖在广东全省设置了不同地区的试验田,也培育出来六十多个水稻品种,整体的实验进展也很顺利。
这个相对稳定的阶段,是丁颖在科研上最高产的时期。首先他发现了野生水稻,并结合其的优势,培育出了世界上第一个具有野生稻基因的杂交水稻新品种——“中山一号”。野生水稻新基因的引入,增加了原本被驯化一万多年的养殖水稻基因的多样性,也带来了不少新的优势性状。
但是,天有不测风云,人有旦夕祸福。日本人又来了,导致丁颖的试验田全部被破坏。中山大学也因此反复搬家了三次,一路搬到了云南又搬回了广东。
八年抗日战争,连着四年国共战争,在广州解放前,中山大学原意再度搬迁。此时已经是农学院院长,61岁的丁颖这时就站出来:“搬搬搬,搬咩搬啊!都搬了三次了,学校都快搬没了,人心搬碎,设备搬残了,还嫌糟蹋得不够吗?”
于是,丁颖和他的同事们留了下来。后来他也成为了中山大学农学院,划分出来的华南农业大学第一任校长;并于1955年担任了中国科学院学部委员,换句话说就是第一届的院士。
20世纪50年代,丁颖(右一)在华南农学院实习农场跃进区指导学生插秧
丁颖老先生的一生都献给了水稻科学。他走遍了中国的大江南北,考察了水稻的品种分布,并结合历史考据,提出了水稻起源于中国长江流域的推断,而今天的许多证据也证实了他当时的猜想;同时他做出了系统的水稻品种划分,其中包括我们今天常说的粳稻和籼稻,晚稻,中稻,和早稻等等。
这一系列贡献,让他成为了“中国稻作科学之父”,正是他的努力,让中国的水稻种植成为了一门科学。更让人心生敬畏的是,即便在生命的最后时刻,丁颖先生也还心系水稻研究。1964年,76岁的丁颖先生依旧在全国考察水稻,途中突然病倒,同年因肝癌离世。
丁颖(左三)76岁时在宁夏水稻田考察
不仅如此,他培养的学生也都不简单,比如中国工程院院士黄耀祥先生,开创了中国最早的矮化水稻(因为水稻变矮杆子变粗了,也更结实,所以果实变多之后不会被压倒,也就有了所谓的抗倒伏),领先了国际平均水平七年,黄耀祥先生也被誉为“中国半矮秆水稻之父”。
杂交水稻之父-1
在这些前辈打下的坚实基础之上,中国水稻科学发展迅猛,其背后最关键的人物,当属被誉为“杂交水稻之父”的袁隆平先生。
1929年,袁隆平在北平协和医院出生,按照他们袁家祖宗留下的行辈,“大茂昌繁盛,兴隆定有期,敬承先贤业,常遇圣明时”,他是隆字辈,又在北平出生,故起名,袁隆平。
虽然在北京出生,但袁隆平一家其实祖上世代在江西务农。只不过袁隆平曾祖那一辈,恰好遇到押运饷银的清军被太平天国军突袭,捡到一批意外之财,家里也因此由农转商,做起了生意,变得富裕起来。
但是,天有不测风云,人有旦夕祸福。即便家里有钱,也耐不住日本人又来了啊。
随着战火的蔓延,袁家也随着国民政府到了重庆。袁隆平在博学中学,也是后来的武汉四中读中学,也就是在这个时候,袁隆平喜欢上了游泳,或者说是热爱游泳。年轻的袁隆平几乎每天都会坚持游泳,游泳水平越来越高。与之相反,袁隆平对数学却是提不起一点兴趣,也正因为此,毕业后进入大学的袁隆平,选择了不怎么需要数学的农学专业。
袁隆平(前排左一)在高中参加游泳比赛的合影
1949年恰逢新中国成立,袁隆平在重庆西南农学院入学。但入学之后,他萌生了成为飞行员的梦想。1952年抗美援朝战争时期,袁隆平报名加入空军。得益于坚持游泳锻炼,身体强壮的袁隆平顺利通过了800进8的选拔。
但是,天有不测风云,人有旦夕祸福。没等袁隆平开上飞机,战争结束了,他的飞行员梦也破灭了。
于是,农学专业的袁隆平决定老老实实,遵循初心,从自己热爱的东西出发——立志成为一名游泳运动员。同年,游泳倍棒的袁隆平参加了选拔赛。但却因为赛前吃坏了肚子,他发挥失常,省赛“仅仅”游了个第四名,无缘国家队,运动员梦也就此结束。
喜欢游泳的袁隆平(左一)和他的大学同学在1951年(上图)和1994年(下图)的同款pose合影
折腾几番过后,袁隆平只得老老实实上学。毕业之后,他被分配到湖南安江农校工作教学,但一开始负责的并不是农学或者生物学,而是俄语。不过好在袁隆平本科学过俄语,而且教得不错,后来校领导便安排他开始教遗传学。
只不过,当时流行的遗传学理论与现在的主流不同,主要是来自苏联的米丘林李森科主义。其中有一个重要的理论叫”无性杂交“,是指植物可以通过嫁接,在不涉及到生殖细胞的情况下,把性状遗传给后代。
袁隆平当时上课带学生一起做实验,就把一种月光花嫁接到红薯上,希望做出一种土面上绿色部分能够加强光合作用,土面下长红薯的植物。这个嫁接得到的“合成体”似乎没什么问题,结果不错,但问题也不小——它没办法遗传,得到的种子还只是月光花的种子,不可能种出红薯。
高中生物课本讲过,遗传信息储存在基因,也就是DNA上。袁隆平课堂上嫁接的植物,种子来自上半部分的月光花,根本没有红薯的遗传信息,自然也就长不出红薯。
但为了弄清楚这个问题,袁隆平一捣鼓,就捣鼓了三年。他终于认识到:“什么李森科主义,全是骗人的,实验结果全失败了。还是得实践出真知。”
转眼到了1957年,白干了三年的袁隆平从新闻中得知,因为发现了DNA双螺旋结构,沃森、克里克等人获得了当年的诺贝尔生理或医学奖。那一瞬间,袁隆平感受到了世界的参差,自己浪费了好几年,搞着虚无缥缈的李森科遗传学,而人家那边都开始进入分子生物学时代了。
于是他想方设法搞到了一本摩尔根撰写的遗传学教材,但当时主流对于摩尔根等人,及其背后的派别还是持批评态度的,所以袁隆平每天都只得偷偷学习,倘若有人路过,就反手盖到《人民日报》下面装作看报纸。
终于,掌握了理论知识的袁隆平,遇到了让自己真正投入一生事业的契机,这也是他见过的最惨痛的画面——1959年开始的三年自然灾害。
饿殍遍地的场景,真实地在袁隆平的眼前反复上演。他也在这段时间停止了红薯相关的研究,转向大家更加关注、也有更大需求的水稻。
1961年,袁隆平在稻田里偶然看到一颗远高于其他水稻的“超级水稻”,于是赶紧收集这株水稻的种子。来年他就把这些种子种了下去,每天浇水、施肥,盼星星盼月亮地盼着它长大。
鹤立鸡群的水稻
可惜的是,这颗”超级水稻“的后代,并没有如袁隆平预想的那样,看不出什么超级水稻的影子。这时,袁隆平坐在田埂上,失望地看着高高低低的水稻,忽然感觉这个比例有点眼熟,数了一圈发现,三比一啊!
学过高中生物的朋友们应该对这个比例很熟悉——这不就是传说中的孟德尔遗传第一定理吗?!袁隆平这才大彻大悟:这颗超级水稻,是一颗偶然形成的杂交水稻。
正如此前,丁颖先生通过把野生稻和农作水稻杂交,得到具备更加优良性状的杂交水稻一样,此时袁隆平发现的,正是一颗在自然条件下几乎不可能出现的“天选”杂交水稻,这也就能解释为什么他的后代会出现性状分离的现象了。
之所以说野生杂交水稻罕见,主要是因为水稻是一种雌雄同体的植物,且水稻的雄花和雌花都很小,主要通过自花授粉的方式产生种子。如果人不去干预,自然界产生杂交水稻的可能性,只有0.1%-0.2%。
也就是上面既有雄花也有雌花,只要有一棵水稻,他就能自己和自己交配产生后代,也就是所谓的自交。那要想要杂交,你就要让一棵水稻的雄花,和另一棵水稻的雌花进行交配,一般农作物培育就会用去雄的方式来实现,但是水稻搞不定,因为水稻的花太小了啊!
稻花(白色的小花)
尽管当时的教科书和主流学说都认为,像水稻这样自花授粉的植物不存在杂交优势。但袁隆平更愿意相信自己看到的现象,和实践中的真实结果,也就此确定了他的研究方向和人生使命,以及中国的水稻研究走向。
要实现杂交水稻、充分发挥其优势,首要解决的问题就是怎么绕开水稻的自花授粉。通常大家会采取摘除雄花,并人工授粉的方式实现大范围的杂交作物。可水稻的花这么小,实际操作起来困难不小,人力和时间的投入并不划算。
正当大家都在苦恼头疼的时候,袁隆平想到,既然自然界可以出现野生的杂交水稻,那它大概率是因为雄性不育,才可能实现一棵水稻的雌花和另一棵的雄花交配——于是他的第一目标,就是找雄性不育株。
在广阔的中华大地上寻找这些罕见的雄性不育株,显然是一个费时费力费人的漫长过程。也正是在这个过程中,开始出现了一些大家或许陌生,但是在杂交水稻研究中值得被铭记的名字。我们会在《杂交水稻之父们》的后续篇章中,继续这段汇聚了许多人智慧和汗水的旅程。
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部分参考资料:
● 《袁隆平口述自传》袁隆平口述,辛业芸整理
● 《梦园大地——袁隆平传》姚昆仑
● 《改变世界的一粒种子:记杂交水稻之父袁隆平》
● 维基百科相关词条
● 优秀农业科学家丁颖:坪石众先师小记. 庄秋兴
● 【作物卷】中国现代稻作科学主要奠基人丁颖. 吴灼年