三系杂交水稻
三系杂交水稻
唐代诗人李绅有诗曰:“锄禾日当午，汗滴禾下土，谁知盘中餐，粒粒皆辛苦。”这首感人肺腑的诗句，说明人们碗中的每粒饭，都是农民用汗水浇灌出来的，应该珍惜。不过，从下面三系杂交水稻的产生过程和它对人类的贡献来看，人们碗中的每粒饭中也浸透着科技工作者的汗水和心劳。
小麦、水稻是人类主要的粮食作物。它们的杂种优势利用，很早就引起世界各国的重视，然而人类始终没有找到获得大量杂种一代种子的有效办法，这是因为小麦、水稻的花朵极小，开花的时间又短(小麦至多1小时，水稻仅10几分钟)，每朵花杂交后只产生一粒种子，而用种量又很大(设每亩小麦播种4千克，千粒重为40克，则每亩播种粒数为10万)，因而要想通过人工去雄的杂交方法，获得大量杂交种子供生产用，是根本不可能的。
但农业科技工作者认识到，像这样一类作物，要想较容易地获得大量杂交种子，关键要解决人工去雄的困难。为此，世界上不少国家的农业科研人员，从20世纪50年代初就开展了“雄性不育”利用的研究，但一直没有取得成功。
被外国人誉为“杂交水稻之父”的我国科学家袁隆平(图6—2)，在湖南黔阳农校担任遗传育种教师期间，一边及时了解外界水稻育种动态，一边细心观察周围稻田具有特殊性状的植株。1964年夏天，他头戴草帽，手持放大镜，在稻田里一朵花一朵花地查看，究竟哪朵花是雄性不育的。直到第14天，才终于发现了1株雄性不育株!他小心地把它移栽到花盆里，用正常水稻花粉和它杂交，以使它留下种子传代。有了雄性不育种子，就可以用它来做各种杂交试验了。
袁隆平和他的两个助手在荒地上开出了试验田，做上了试验。可是，“文化大革命”给他们的试验带来了灾难。1967年春天的一个早晨，袁隆平来到试验田边，眼前的情景让他惊呆了，试验秧苗全被拔光了!他只得在污泥中仔细寻找，终于从烂泥中找到5株秧苗，又从旁边的水井里捞出5株，把它们移栽到试验盆里，研究才算坚持了下来。
除了人为因素外，育种工作本身也遇到了困难。开始时，他们培育出来的杂交水稻的产量，并不比一般的水稻良种有什么优越性。经过苦苦思索，他想到了遗传学上的一条原理:亲缘关系较远的个体间的杂交后代，要优于亲缘关系较近的个体间的杂交后代，他们决心从野生稻中找出路。袁隆平的一个助手在海南岛发现1株雄性不育的野生稻，他们称之为野败。以后又提出了水稻三系——雄性不育系、保持系和恢复系——的杂交设想。1973年，袁隆平终于突破难点，在世界上第一个育成强优势的杂交水稻。1974年和1975年，杂交水稻在南方多处试验良好，1976年后大面积推广。从此，中国成为世界上第一个实现利用水稻杂种优势的国家，走在了世界最前列。据统计，1976年—1987年全国种植杂交水稻面积10．66亿亩(0．71亿公顷)，平均每亩增产108．3千克，共增产稻谷1154．5亿千克。
图6—2 袁隆平和他的杂交水稻
1980年，杂交水稻作为我国第一项出口专利转让给美国。目前，杂交水稻走向了世界五大洲，在美国、柬埔寨等国增产效果特别显著。
为了表彰袁隆平对国家和人民做出的杰出贡献，1981年，国家科委向他颁发了新中国成立以来第一个特别发明奖。1985年，联合国世界知识产权组织向他颁发了发明创造金质奖，1987年联合国教科文组织授予他科学奖，1988年又荣获英国朗克基奖。
那么，什么是水稻的雄性不育系、保持系和恢复系呢?在当前，要在生产上利用水稻杂种优势，为什么这“三系”必须配套呢?
雄性不育系
凡是植物雄性不育(花药瘦小而干瘪，没有授粉能力)而雌性正常(授以正常花粉后能受精结实)，又有优良性状的品种，叫“雄性不育系”(图6—3)。
图6—3 雄性不育花(左)和正常花(右)
以往，人们在田里看到雄性不育株，为了不浪费肥料，总把它当废物拔除。然而，“废”与“宝”具有相对性，不是永恒不变的。人们在开展水稻杂交优势利用的研究中发现，如果水稻具有雄性不育的特性，等于帮助我们解决了在小小的花朵里人工去雄的麻烦。这样，对自花授粉的水稻和小麦等作物来说，只要通过自然杂交或人工辅助授粉，就能获得大量的杂交种子。
雄性不育保持系
因为雄性不育系自交不结实，它当年就会从地球上默默地消失，成为“昙花一现”的东西。这样，杂交种子的获得也就告吹。为了年年能有雄性不育系，不间断地生产杂交种子，就必须寻找一种具有正常的花粉，专门用来给不育系授粉，又能使其后代仍把不育特性保持和传递下去的品种，这种品种就叫“雄性不育保持系”，简称“保持系”。因此，保持系是为解决不育系传宗接代问题所需要的一个特别品种。保持系除雄性可育与雄性不育系不同外，其他性状如外部形态、抽穗期等等，几乎与不育系的完全相同。
雄性不育恢复系
试想，如果把保持系和不育系杂交，其杂交种子供大田种植，后果会怎样呢?由于大田中所有植株都是雄性不育株，不但无优势可言，还会落得颗粒无收!因此，还需要另外一个品种，用它给不育系授粉后，杂种一代不仅能够恢复正常结实，而且还表现出强大的杂种优势，满足这些条件的品种，就叫“雄性不育恢复系”，或简称“恢复系”。
雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢复系，简称“三系”，它们之间的关系如下:
由以上关系可知，为使每年不断地向大田提供杂交一代种子，就要把不育系种子分成两部分:一部分不育系和保持系杂交，在不育系植株上收的种子仍为不育(保持不育系种子);另一部分不育系与恢复系杂交，在不育株上收的种子是杂交一代种子(配制杂种)，杂交优势的利用就是把这些杂交一代种子种植于大田，利用其一代优势。因保持系和恢复系的雌、雄蕊都正常，各自自交(×)后收得的种子，仍分别是保持系和恢复系的种子。这样，每年重复上述过程，从第二年起就可每年利用杂种一代优势了。