中国独创
我采访袁隆平先生时,他回忆起这一关键抉择,神情依然凝重,那脸上的骨骼也显得特别坚毅。他说:“在此严峻关头,如何选育出实用的水稻光温敏核不育系,就成为成败的关键。面对重重困难和巨大压力,我和协作组的重要成员都没有动摇,更没有放弃。”
当时,摆在袁隆平眼前的一个症结已经非常清楚,两系法杂交水稻遭遇的危机,已被验证不是一场光的灾难,而是温度的灾难。常言道,天有不测风云。自然温度变化莫测,比光照的规律更难以人为掌控。由于温度不可控,必然会给不育系的繁殖和制种带来极大的挑战。尽管此时袁隆平还不清楚育性转换与光温的作用机制,但有一点他已经认准了,既然温度是一个影响育性转换的主导因素,第一要考虑的就是育性对温度高低的反应,而不仅是光照的长短。据此,他率先提出了选育“实用光温敏不育系”的新思路,首先是要揭开水稻育性转换与光温之间的生命密码,探明其温敏感时期和敏感部位以及导致雄性不育的临界温度。他的这一思路,在其后“能进一寸进一寸,得进一尺进一尺”的试验中得以验证,这是一条极为关键的技术路线,正是这一技术路线,让袁隆平一步一步地揭示出了水稻光敏核不育性转换与光、温关系的基本规律,从而提出了实用光温敏不育系关键技术指标选育理论及选育与鉴定技术,最终通过掌控临界温度的方法解决了这一难题。
这里就从那个临界温度开始,经反复试验后,袁隆平和协作攻关的科研人员终于探悉不育系育性转换的起点温度为23.5℃,当不育系在温敏感期的温度低于临界温度时表现可育,而高于临界温度则表现不育。一把密钥终于找到了,袁隆平又风趣地笑着打比方了,两系法虽说是一夫一妻、自由恋爱结婚,制种虽然少了保持系这个“丈夫”,但母稻对生儿育女的要求很高,你对她的冷暖还得特别关心,稍不满意她就使小性子,一赌气又变成了原来的样子(常规水稻)。
接下来又将是一段充满了科学术语的叙述,而科学就是由这种坚硬而枯燥的东西组成的。在找到一把密钥之后,袁隆平又率科研人员对原始不育系“农垦58S”育性转换的光温条件、育性的遗传行为、花粉败育的生理生化特性、光敏核不育性的转育效果、光敏核不育性的地区适应性等方面进行研究。在袁隆平的直接指导下,罗孝和等科研人员以“农垦58S”作母本、“培矮64”作父本进行杂交,在杂种二代(F2)选择与“培矮64”相似的核不育株再与“培矮64”进行回交,其杂种后代经长沙、海南多代双向选择,终于育成籼型水稻低温敏雄性不育系“培矮64S”。与对照品种“培矮64”相比,它需在18~23℃的冷水条件下才能繁殖,不育起点温度低,穗颈伸长度短,终花时间较长,适宜我国长江以南稻区推广应用。接着,又有多个参与协作攻关的科研机构遵循袁隆平的这一技术路线,育成了一个个新的实用光温敏核不育系及其两系杂交组合,但杂种优势表现最突出的,还是罗孝和主持育成的“培矮64S”两用核不育系。在“培矮64S”育成后,协作组又配制出“两优培特”组合,成为全国第一个通过省级鉴定的两用不育系和两系先锋组合。
到了1991年9至10月的高温期,袁隆平又观察到“863”协作组培育的粳型光敏核不育系“7001S”又开始“使小性子”,出现了从自交结实又转为不结实的现象。这让他更加坚信自己此前的判断。那时候,尽管实用光温敏核不育系和两系杂交组合均已获得成功,但在两系法杂交水稻大面积生产应用中还有一道没有攻克的难关,表现为在繁殖过程中的临界低温“漂移”现象,其起点温度随着不育系繁殖世代的增加而逐代上升。试验显示,经三到四代繁殖,不育系中部分植株的不育起点温度会上漂,导致制种失败或种子纯度不达标。若不解决这一隐患,两系法杂交水稻制种就存在着很大的风险,依然无法大面积生产应用。
就在两系法艰难推进之际,袁隆平于1990年受聘为联合国粮农组织(FAO)顾问。FAO是联合国的常设专门机构之一,在联合国成立之前就成立了,其宗旨是“提高人民的营养水平和生活标准,改进农产品的生产和分配,改善农村和农民的经济状况,促进世界经济的发展并保证人类免于饥饿”。而这个在第二次世界大战中成立的组织,最关心的就是饥饿引发的动乱与战争,并作出了灾难性的预言:“在21世纪中期之前全球粮食必须增产百分之六十,否则将面临严重的粮食短缺,从而引发社会动荡及内战。”高度的危机感,也让FAO对粮农专家给予高度的尊重和礼遇。1992年,袁隆平被FAO派往印度指导杂交水稻生产,住的是五星级宾馆,一天五百多美元的工资,一个月就是一万多美元,这在90年代初的中国,是想都不敢想的高薪。FAO要他在印度工作三个月至半年,结果他只待了三个星期就心急火燎地赶回来了。当时两系法杂交水稻正处于攻关的节骨眼上,一会儿这里出了问题,一会儿那里又在告急,再高的工资,再优厚的待遇,他也无福消受。一回来,他就奔向了试验田。
在两系法的攻坚战中,袁隆平和协作攻关的科研团队几乎是一直在同温度作战。经反复试验,他和“863”协作组终于揭开了水稻光、温敏核不育系的秘密。1992年,袁隆平在《杂交水稻》上发表了论文《选育水稻光、温敏核不育系的技术策略》,正式提出了水稻光敏核不育的育性转换模式:“光敏不育系只能在一定的温度范围内,才具有光敏特性,即长光下表现不育,短光下可育,超出这范围,光照长短对育性转换并不起作用。当温度高于临界高温值时,高温会掩盖光长的作用,在任何光长下均表现不育,当温度低于临界低温值时,低温会掩盖光长的作用,在任何光长下均表现可育。在光敏温度范围内,光长与温度有互补作用,即温度升高,导致不育的临界光长缩短,反之,温度下降,导致不育的临界光长变长。品系不同,光温临界指标不同。”同时,他在论文中对温敏不育系也提出了育性转换模式,“品系不同,导致不育的起点温度不同”。这两个模式,以严谨而清晰的科学思维理顺了水稻光、温敏不育系育性转换与光、温变化的关系,从而为选育实用的两用不育系指明了新的方向和技术路线。
为了使起点温度相对稳定,袁隆平和“863”协作组又经过反复试验和探索,设计了一套科学的原种生产技术程序。1994年,863-101-01两系法杂交水稻专题研讨会在扬州召开,袁隆平在扬州会议上提出了“遗传漂移”理论及建立核心种子为主的不育系原种生产操作规程,既解决了育性稳定性问题,又针对不育起点温度低的特性,组织力量集中攻关,成功地探索出了冷水串灌技术,从而攻破了两系法育种繁殖的难关。其具体操作程序为:核心种子→原原种→原种→制种,即每年用23.5℃的起点温度,在人工气候室筛选不育系的核心种子,用来生产“原原种”,然后在严格隔离的条件下,用“原原种”繁殖原种,再用原种制种,用于大田生产。如此周而复始,就可保证不育起点温度相对稳定,从而就避免了两系法杂交稻“打摆子”和临界低温“漂移”现象。用这套技术方案指导制种,基本上就可以把自然因素所带来的风险化解了。如在湖南制种,始穗期放在8月中旬,从历史气象资料看,这一时段连续三天低于临界温度的低温气候,八十年一遇,遭遇的风险只有百分之一左右。这标志着两系杂交稻终于闯过了温度不可控这一难关,同时也攻克了两系法不育系繁殖的难关。
两系法攻关和三系法一样,也是一道难关紧接着一道难关,若要在大田推广应用,还有一道难关,就是亚种间的优势组合关。在如何选育亚种间的强优势组合方面,袁隆平又经过多年的研究试验,从而有针对性地提出了八条原则:“矮中求高,远中求近,显超兼顾,穗求中大,高粒叶比,以饱攻饱,爪中求质,生态适应。”这八条原则不但在两系法育种中屡试不爽,在接下来的超级杂交稻的选育过程中也成为法宝。
1995年8月,随着两系法杂交水稻相继闯过了不育关、繁种关和优势组合关等三道难关,袁隆平在1973年宣告我国籼型杂交水稻三系配套成功后,又一次向世界郑重宣告:“我国历经九年的两系法杂交水稻研究已取得突破性进展,可以在生产上大面积推广。”这也是中国独创的两系法杂交水稻诞生的元年。
很明显,袁隆平先生所说的“历经九年攻关”,是从1987年两系法杂交水稻研究专题正式列入国家“863”计划开始算起的,这也是很严谨的、很正式的一种说法。而此前,从1973年石明松发现雄性不育突变株“农垦58S”到1985年“湖北光周期敏感核不育水稻”通过鉴定,就已历时十二年,但从严格的科学事实看,两系法在当时还没有一条清晰的技术路线,就像是一个漫长的前奏或引子。如果把这一段历史纳入其中,整个两系法的历史进程比三系法走过的路还要漫长,历时二十二年,中国科学家才终于摘下了杂交水稻皇冠上的第二颗明珠,中国从此才真正跨进了两系法杂交水稻的时代,这是中国杂交水稻发展史上的第二座丰碑。
当袁隆平揭开两系法杂交水稻的生命密码时,一个谁也无法颠覆的科学事实也昭然若揭,袁隆平绝非某些人所误解的那样跟两系法没什么事儿,他在两系法科研探索中扮演的是一个至关重要的角色。当两系法走到了生死关头,正是他提出的技术路线和理论依据让两系法起死回生。在杂交水稻发展史上,袁隆平既是三系法杂交水稻的总设计师,在关键时刻又成为两系法杂交水稻的总设计师,既担纲两系法杂交水稻的顶层设计,在关键性的技术攻关中也是身体力行的实践者。若用科学的眼光看,袁隆平捕获了两个十分重要的基因信息,一是水稻的光温敏核不育基因,二是广亲和基因,他对这两种基因的及时捕获并科学地在杂交水稻育种上的利用,从而使两系法和亚种间杂种优势利用得以实现。这也是他在杂交水稻发展史上的第二个重大贡献。
其实,袁隆平先生对自己所起到的作用一直都很低调,他一再称道石明松的开创之功,还有参与国家“863”计划协作攻关十六个单位和众多的科研人员,他们为此而付出了辛勤的汗水和心血。无论是三系法,还是两系法,杂交水稻的每一项成果都是集体智慧的结晶。而对于自己所做的一切,他淡淡地说:“我个人的工作主要在两个方面:一是及时提出了杂交稻三步走的战略设想,在第二个战略发展阶段,主张实行把光、温敏核不育基因与广亲和基因结合起来,通过籼稻和粳稻这两个水稻亚种间的杂种优势利用,进一步提高杂交水稻的单产,同时也简化杂交种子生产程序,从而降低生产成本,因此受到国际科学界的普遍称道。二是为两系法育种摸索出了一整套可操作的实施方案,其中包括:揭示出水稻光、温敏核不育系育性转换与光、温关系的基本规律;总结出一整套选育实用光、温敏核不育系的技术方案和体系;设计出一套能使临界温度始终保持相对稳定的、独特的光、温敏核不育系提纯和原种生产程序;提出了亚种间强优组合等技术策略和技术措施等。”
尽管一个科学家如此低调,但遗憾的是,直到今天,还有人指责他是“越俎代庖”,而指责的背后有一个一直为不少人所纠结的症结:石明松的功劳是否被忽视或贬低了?或是袁隆平的光芒过于耀眼,把他一直笼罩在阴影里?对此,我觉得,你可以质疑,但绝对不能空洞地指控。看一个科技成果,既要看它的发现或开创性,更要看它的完成度,这就必须搞清楚从发现、开创到最终完成的过程,尤其是那些关键性的步骤。我对石明松先生充满了敬仰,他在“光敏核不育”上开了首功,功不可没,但从科学事实看,在袁隆平担任责任专家之前,当时的成果连两系法的第一关(不育关)也仅仅才迈开了小半步。当一系两用的“光敏核不育”杂交水稻遭遇重大危机时,正是袁隆平所发挥的关键作用让这一研究逆转成功、绝处逢生,而在接下来的一道道难以逾越的关键点上,由于袁隆平指导了关键技术的突破,才使这一科研成果最终得以转化为现实的生产力,从试验田走向了寻常百姓家。
我不敢妄言袁隆平是无可替代的,但如果没有袁隆平主持的全国十六个单位协作攻关,两系法的前途和命运还真是难以设想。诚如一位参与两系法协作攻关的专家所说:“如果没有袁院士,当时两系杂交稻的研究就全线下马了,正是因为他的坚持和引领,才有今天全国两系杂交稻大面积推广的好形势,现在两系研究在全国都非常火热。”
对于两系法该给予怎样的科学评价?这里借用袁隆平先生的说法:“两系法杂交水稻的成功是农作物史上的重大突破,继续使我国的杂交水稻保持了世界领先地位。”这一成果,也是举世公认的一项中国独创、世界首创的科技成果,在水稻杂种优势利用上,具有前所未有、无与伦比的优势。它真正达到了大道至简的效果,继续使我国的杂交水稻保持了世界领先地位。其育种程序大大简化了,在杂交组合上进入了更加自由和自然的状态,利用光、温敏不育系育性转换仅受核基因控制的优势,选到优良组合的概率大大提高了,现有同亚种内水稻品种中的百分之九十五都可以用作恢复系,相对于三系法筛选出优良杂交组合的可能性提高了二十倍。当然,一切的优势最终都必须体现在大田生产上,这是一粒种子的终极目标。实践证明,两系法杂交稻一般比同熟期的三系杂交稻增产百分之十,而由两系法直接发展出来的超级稻,更是屡创高产奇迹,不仅是产量提高了,米质也越来越好了。从科技创新的意义上看,袁隆平在两系法杂交水稻理论和应用技术体系的创建上,既解决了水稻杂种优势利用的难题,还产生了“一法通,万法通”的乘法效应,很多其他领域的农作物专家借鉴其理论和经验,也开辟了杂种优势利用的新领域,如油菜、高粱、小麦等主要农作物,都相继迈进了两系法时代。
如今,中国早已跨入了超级稻时代,但其核心技术体系依然是两系法,也可谓是两系法的升级版,而袁隆平开创的这一技术路线,也为我国种业开拓国际市场提供了核心技术支撑。科学探索之路犹未尽也,两系法杂交水稻在1995年宣告育成后,也不能说是大功告成,作为三步走的第二步,此时也仅仅只是刚刚起步。每一项科研成果都需要经历长时间的探索试验,还要经历从试种到大面积推广应用的实践检验。2013年,在两系法杂交水稻诞生十八年后,由袁隆平主持的“两系法杂交水稻技术研究与应用”项目获得了国家科技进步奖特等奖,这是继全国籼型杂交水稻科研协作组在1981年获得国家特等发明奖后,杂交水稻研究又一次获得特等奖。但这两个特等奖是不能混为一谈的,前者是新中国成立以来的第一个也是唯一一个国家特等发明奖,而后者则是“国家科技进步特等奖”。此时,离石明松那个神奇的发现已过去整整四十年。这也足以证明,这是一项经得起长时间检验的科技成果,一直保持着长久的,甚至越来越强大的生命力。在五十位获奖人名单中,袁隆平名列第一,石明松排第二,这也是严格尊重科学事实的。
令人扼腕叹息的是,为两系法立下了首功的石明松,在他的名字上已加上了一个令人椎心的黑框。此时他已辞世二十五年了。1988年1月中旬,他在武昌参加学术会议期间,因招待所的电热水器漏电而触电身亡。一个“光的使者”,在电光火花中瞬间走完了他短暂而灿烂的一生,刚刚年过天命。生命中有太多难以预测的因素,而他的生命依然在他发现的一粒神种子里延续。我一直觉得,石明松更像一个王国里的光的使者,一个生命中的光的使者,他的发现的确“照亮整个水稻王国”,同时也照亮了他如电光火石般短暂而灿烂的生命。