高中生物学教材中的科学家 第33期 | 袁隆平

高中生物学教材中的科学家 第33期 | 袁隆平
个人简介
袁隆平(1929-),中国杂交水稻育种专家,“共和国勋章”获得者,中国工程院院士,被誉为“天下杂交水稻之父”。
生平经历
1930年9月7日出生于北京,1949年8月考入重庆的西南农学院(现西南大学)学习,1953年8月毕业后分配到湖南省怀化市(原黔阳地域)安江镇的湖南省安江农业学校(中专)任教,正是在这里,袁隆平提出了利用杂种优势进行杂交水稻育种的设想。
然而,杂交水稻的应用存在着一道道巨大的 “天堑”。第一个挑战在于水稻是自花授粉植物,作为水稻的生殖器官,每一个稻穗上都有许多小花,每朵小花中既有雌蕊又有雄蕊,颖花打开时,花药开裂,将花粉撒落到柱头上,实现自花授粉。进行杂交育种,必须阻断自花授粉。
如果有天然雄性不育的植株,异花授粉这个问题便会迎刃而解。然而,天然雄性不育也意味着这样的植株产生的后代少之又少,发现它们的机会也就微乎其微。袁隆平一边在安江农校任教,一边在安江、海南两地间进行寻觅天然雄性不育水稻植株的研究。1964年和1965年,他先后在 “胜利籼”、“矮特号” 等水稻品种中发现了6株不能产生可育花粉的雄性核不育株,并观察到其雌蕊发育正常、可完成异花授粉、杂交子一代具备优势的现象。1966年,他在《科学通报》上发表了《水稻的雄性不孕性》这篇具有里程碑意义的科研论文,提出了通过杂交水稻提高产量的可能性。
图 1 英文版《科学通报》中刊载的《水稻雄性不孕性》部分内容
但是,由于这些雄性不育株系均为细胞核基因隐性突变体,虽然不育性很稳定,易于配制出强优势组合,但由于异交授粉获得的杂种子一代花粉都是可育的,没有生产不育系种子的技术途径,故这类不育系无法应用于生产。
1970年,袁隆平安排两位助手到海南三亚的野生稻中寻找雄性不育株。功夫不负有心人,1970年11月23日,助手李必湖在一个野生稻群体中发现了1株雄性不育株,用常规水稻授粉,其子一代花粉仍是不育的,为批量生产不育系种子获得了宝贵的基因源。袁隆平将该类不育系命名为 “野败” 型不育系,并将制备的不育系种子分发给全国30多个科研单位,由此拉开了我国杂交水稻研究与生产应用的序幕。
1.“三系法”杂交水稻攻关
适合三系杂交稻的天然细胞质雄性不育株系发现之后,杂交水稻的创制还需要克服一系列的难题。在解决这一系列问题的时候,袁隆平和同时期的育种家们凭着对作物育性的遗传机理的深刻理解,经过艰苦卓绝的攻关,建立了设计精妙的 “三系法” 水稻杂交技术。
“三系法”杂交技术最先在玉米中提出并实践,主要设计是以细胞质基因突变导致的雄性不育株为母本(即 “不育系”),以细胞核基因与母本完全相同的可育株(即 “保持系”)为父本进行杂交,实现不育系种子的繁殖;以能够恢复花粉育性的可育株为父本(即 “恢复系”)与不育系杂交,生产具有优势的杂交种子。
“三系法” 杂交育种,就是要育成配套的不育系、保持系和恢复系。“三系法” 的不育系属于细胞质基因突变导致雄性不育性,其不育性可以由恢复系细胞核中特有的恢复基因所恢复。
在开创了 “三系法” 杂交水稻先河之后,袁隆平并没有裹足不前。他和同期育种家们意识到,“三系法” 设计虽然巧妙,但育种周期冗长、过程繁杂、操作繁琐,特别是受恢保关系的制约对水稻资源利用低,不利于水稻杂种优势的充分发挥。因此,寻觅更简便、更高效的杂交水稻技术途径,成为了杂交水稻研究者的新目标。
图2 “三系法”杂交水稻系统
2.“两系法培育杂交水稻的关键
图3 “两系法”培育方法
超级稻计划又叫水稻超高产育种计划,最早由日本人于1980年提出,随后成为国内外农业专家们梦寐以求、力图攻克的世界难题,但此后20多年来,这一研究在全世界进展不大。
超级稻品种有籼稻型,也有粳稻型。有杂交稻组合,也有常规品种。超级稻品种都具有分蘖适中、剑叶挺直、植株矮中求高、茎杆坚韧抗倒、穗大粒多的形态特征。同时,具有光合效率高、根系活力强、源库流协调的生理机能,具有高产、优质、抗逆、抗病性状聚合的遗传基础。
我国的超级稻研究,于1996年立项,1997年启动,由袁隆平担任首席科学家,原计划在第四期,也就是到年期间实现每公顷15吨的产量。就在年10月,袁隆平及其团队选育的 “超优千号”,在位于湖南衡东县的超级稻示范基地达成了每公顷16吨的产量,连同之前云南个旧、河南信阳百亩超级稻示范地每公顷产量16吨的记录,使得第四期超级稻计划提前超额完成。
袁隆平院士积极促成中国杂交稻走出国门,从20世纪80年代以来,通过举办杂交水稻国际培训班,培训了来自40多个发展中国家的政府官员和农技专家。他还多次赴印度、越南等国传授杂交水稻技术,帮助东南亚和部分非洲国家培育高产杂交稻,以解决当地的粮食短缺和饥饿问题。由于他的不懈努力,如今杂交水稻技术已被全球60多个国家引进,年种植面积超过800万公顷,产量比当地品种明显提高。
沃尔夫奖评审委员会在年就称:“在他(袁隆平)的领导下,来自不同研究机构和大学的数百名科学家,经过10年的合作研究,使水稻产量总体提高了20%,中国的水稻产量提高了50%。”
人物评价
——《感动中国》年度人物颁奖词
——中国科技评奖委员会评
——新华网评
——新浪网评
——人民网评
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