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水稻，全世界最重要的糧食作物之一，全球超過一半的人口將其作為主要食物來源。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，去年我國水稻種植面積約4.5億畝，產(chǎn)量超過2.1億噸，平均單產(chǎn)470公斤，是世界平均單產(chǎn)的1.7倍。遠(yuǎn)超世界平均水平的產(chǎn)量，雜交水稻居功至偉。

今年4月10日，習(xí)近平總書記在海南三亞考察時強調(diào)，種子是我國糧食安全的關(guān)鍵。只有用自己的手攥緊中國種子，才能端穩(wěn)中國飯碗、實現(xiàn)糧食安全。作為世界上首個成功研發(fā)和推廣雜交水稻的國家，我國的雜交水稻研究處于國際領(lǐng)先地位，不僅用實際行動回答了“21世紀(jì)誰來養(yǎng)活中國人”的疑問，而且對世界糧食安全和良種技術(shù)傳播做出了重大貢獻，堪稱我國科技領(lǐng)域自主創(chuàng)新的標(biāo)志性成就。國際上評價，“雜交水稻是中國繼四大發(fā)明之后對人類做出的第五大貢獻”。

一粒種子改變世界，一項技術(shù)創(chuàng)造一個奇跡。那么，被稱為“東方魔稻”的雜交水稻與普通水稻有什么不一樣，當(dāng)前的研究重點有哪些？如何讓老百姓既吃得飽，又吃得好吃得健康？記者帶您走進雜交水稻全國重點實驗室一探究竟。

第三代雜交技術(shù)讓水稻實現(xiàn)“婚姻自由”

制種和繁殖更為簡便，普通農(nóng)民也可“駕馭”

湖南省衡南縣向陽橋街道清竹村，雜交水稻全國重點實驗室的超級雜交水稻高產(chǎn)試驗示范展示基地坐落于此。

立秋剛過，稻田里綠油油的晚稻秧苗正在拔節(jié)。一個月前，這里的早稻通過現(xiàn)場測產(chǎn)驗收，平均畝產(chǎn)再創(chuàng)新高——686.89公斤。

過去兩年，也是在這里，雜交水稻雙季畝產(chǎn)均突破1500公斤，平均畝產(chǎn)紀(jì)錄頻頻被刷新。這意味著一畝地雙季產(chǎn)出的稻米可以養(yǎng)活約5個人。

“雜交水稻之父”袁隆平院士生前提出的攻關(guān)目標(biāo)實現(xiàn)了。而這一目標(biāo)的實現(xiàn)，離不開良種——“叁優(yōu)一號”。

以晚稻身份“應(yīng)考”的“叁優(yōu)一號”，被稱為第三代雜交水稻的“尖子生”——2020年平均畝產(chǎn)911.7公斤，2021年平均畝產(chǎn)936.1公斤，不僅挺拔高大，而且穗粒飽滿。

“在雙季稻中，晚稻的實際畝產(chǎn)要想突破700公斤是很難的。”雜交水稻全國重點實驗室研究員李新奇告訴記者，這充分體現(xiàn)出第三代雜交水稻的潛力所在。

據(jù)介紹，從50多年前袁隆平院士發(fā)表那篇改變世界水稻史的論文《水稻的雄性不孕性》開始，我國科學(xué)家將雜交水稻育種從“三系法”發(fā)展到“兩系法”，水稻產(chǎn)量連上臺階，但也進入了“緩慢增長期”。第三代雜交技術(shù)被袁隆平院士看作是突破畝產(chǎn)“天花板”的關(guān)鍵，也是“未來水稻雜種優(yōu)勢利用的一條理想途徑”。

何為第三代雜交技術(shù)？

“簡單來講，第三代雜交技術(shù)讓雜交水稻實現(xiàn)了真正的‘婚姻自由’。”李新奇打了個比方。

“雜交水稻的本質(zhì)，就是要在‘茫茫稻海’中找到最優(yōu)的那一組配對。”雜交水稻全國重點實驗室副主任吳俊解釋說。

據(jù)了解，第一代雜交技術(shù)即“三系法”，需要不育系、恢復(fù)系、保持系互相配組。利用這一技術(shù)培育出一個優(yōu)秀的雜交水稻新品種，就好像在成千上萬個水稻材料中，只有A和B才適合“結(jié)婚”，而B還藏在“茫茫稻海”里，若要相遇，不僅需要耗費很大的精力，還需要很多運氣。

第二代技術(shù)是“兩系法”，母本有個“獨門絕技”——根據(jù)光照、溫度不同，可改變自身育性。也就是說，A可以和其他所有水稻“結(jié)婚”，選擇面大大提高了，但因受環(huán)境影響大，無法保證能夠穩(wěn)定產(chǎn)生后代。

而第三代技術(shù)，不再是只為A服務(wù)，它讓所有的水稻在理論上都能找到適合自己的“另一半”，并產(chǎn)生優(yōu)良后代培育雜交水稻新品種。該技術(shù)以遺傳工程雄性不育系為遺傳工具，不僅兼具“三系法”不育系育性穩(wěn)定和“兩系法”不育系配組自由的優(yōu)點，同時還克服了“三系法”育種所需的恢復(fù)系、保持系材料難以獲得導(dǎo)致的不育系配組受限，以及“兩系法”不育系可能因天氣原因?qū)е轮品N失敗和繁殖產(chǎn)量低的缺點，在任何地區(qū)任何時候都是穩(wěn)定不育的，制種和繁殖都非常簡便。

“以我們目前掌握的技術(shù)來說，單季第三代雜交水稻的畝產(chǎn)達(dá)到1200公斤甚至1300公斤，不是難事。”雜交水稻全國重點實驗室副主任趙炳然說。

在高產(chǎn)之外，第三代雜交水稻還有諸多優(yōu)勢：“飯量”和普通水稻差不多，無需大水大肥；對生態(tài)環(huán)境和種植技術(shù)要求不“挑剔”，無需特殊照顧，普通農(nóng)民也可“駕馭”。

“海水稻”并非是在海里種水稻

耐鹽堿水稻讓“億畝荒灘變良田”

8月10日下午，接到記者電話時，年近花甲的李新奇正在出差返回長沙的高鐵上。

“水稻專業(yè)是一門應(yīng)用科學(xué)，電腦里長不出水稻，書本里也長不出水稻，要種出好水稻必須得下田。”作為袁隆平院士的學(xué)生，李新奇始終謹(jǐn)記恩師教誨。據(jù)介紹，他此次出差途經(jīng)多地，很重要的一件事是解決“海水稻”種植試驗中出現(xiàn)的難題。

“海水稻”是生長在海里的水稻嗎？

面對記者的疑問，李新奇解釋道：“海水稻”并不是生長在海里的水稻，而是泛指抗鹽抗堿性的水稻，所以又稱為耐鹽堿水稻，可在沿海灘涂的鹽漬地和我國東北、華北、西北內(nèi)陸一些鹽堿地里生長。

研發(fā)耐鹽堿水稻品種，是科研人員落實“藏糧于地、藏糧于技”要求的生動體現(xiàn)。

業(yè)內(nèi)專家表示，我國耕地面積少，糧食耕地僅18億畝，但擁有15億畝荒蕪的鹽堿地，其中具備改造潛能的面積在3.4億畝左右，這部分土地是非常重要的后備土地資源。

如果能選育出耐鹽度在0.3%至0.6%、耐堿性在pH值8.5以上的水稻品種，且年推廣面積達(dá)1億畝，平均畝產(chǎn)300公斤，就相當(dāng)于每年“憑空”多了300億公斤糧食，可以養(yǎng)活1億人口。這對于解決口糧問題具有重要戰(zhàn)略意義。

從10年前開始，袁隆平院士團隊就開始研究耐鹽堿水稻，并把我國海灘地區(qū)的“海水稻”作為試驗品種。最近幾年，關(guān)于耐鹽堿水稻的研究步伐明顯加快。

2017年，湖南雜交水稻研究中心、青島海水稻研發(fā)中心等多家科研機構(gòu)及相關(guān)企業(yè)組建了國家耐鹽堿水稻區(qū)域試驗聯(lián)合體。今年3月，耐鹽堿水稻研究邁出了更為關(guān)鍵的一步：由來自湖南、廣東、山東、新疆、江蘇、海南和黑龍江7個省（自治區(qū)）的11家單位組成的國家耐鹽堿水稻技術(shù)創(chuàng)新中心正式掛牌，湖南雜交水稻研究中心作為牽頭單位，專門抽調(diào)精干力量，成立“耐鹽堿水稻專班”。

建立“海水稻”優(yōu)異種質(zhì)資源庫，篩選、創(chuàng)制耐鹽堿水稻新種質(zhì)，選育耐鹽堿水稻組合，針對不同鹽堿區(qū)光溫條件在華南、華東、東北鹽堿區(qū)建立核心示范基地，培育的耐鹽堿水稻苗頭組合畝產(chǎn)300公斤以上……

“第三代雜交水稻已經(jīng)向‘海水稻’進軍了!”李新奇透露，2019年，“叁優(yōu)8號”作為耐鹽堿稻畝產(chǎn)達(dá)到329公斤，相比耐鹽程度0.3%的標(biāo)準(zhǔn)，耐鹽程度0.6%已屬于高耐鹽度品種，而“叁優(yōu)8號”耐鹽度可達(dá)到0.9%以上。“今年4月，我們在南繁基地移栽的新品種，最高耐鹽度可達(dá)2.1%。”

而他此次前往浙江溫州“海水稻”試驗基地調(diào)研的新品種，可在2.6%的高鹽濃度環(huán)境中生長數(shù)十天。雖然受風(fēng)浪等各種環(huán)境因素影響，試驗失敗了，但李新奇并沒有氣餒。

“一個品種從選種、培育，從科學(xué)家的試驗田走入農(nóng)民的生產(chǎn)田，需要經(jīng)過諸多試驗環(huán)節(jié)，整個過程其實就是一次次選優(yōu)的過程。”李新奇告訴記者，他對“億畝荒灘變良田”充滿信心，“水稻育種研究是一項需要持之以恒的工作，因為真正熱愛這個事業(yè)，我們培育每一粒種子，就像養(yǎng)一只寵物，充滿喜愛和期待。”

既要吃得飽，也要吃得好吃得健康

創(chuàng)造雜交水稻更高產(chǎn)、更高抗、更高質(zhì)、更高適的奇跡

機械臂自動提取、高通量基因測序、標(biāo)記香味基因……8月9日，記者聯(lián)系到雜交水稻全國重點實驗室檢測檢驗中心負(fù)責(zé)人柏斌時，他正在位于湖南雜交水稻研究中心的雜交水稻綜合實驗樓八層，對400份水稻秧苗葉片樣本的DNA進行測序分型，從中間篩選出含有香味基因的單株。

據(jù)他介紹，隨著物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們不僅追求吃得飽，更追求吃得好、吃得健康。越來越多的科學(xué)家致力于探索讓水稻更高產(chǎn)、更優(yōu)質(zhì)、更綠色的良方妙計。

他們一方面繼續(xù)追求高產(chǎn)，通過現(xiàn)代育種技術(shù)，挖掘高光效育種材料，不斷釋放品種潛力；另一方面也越來越注重稻米的品質(zhì)改善，其外觀、口感、氣味，甚至是元素含量等，都成為育種資源挖掘、改良的重點。

低鎘稻種的研發(fā)就是一例。

據(jù)了解，因一些土壤污染，我國部分地區(qū)受到大米鎘含量超標(biāo)的困擾，影響了農(nóng)民種糧的積極性，也對國家糧食安全產(chǎn)生了一定影響。那么，有沒有這樣一種水稻，可以拒絕吸收或少吸收土壤中的鎘？

趙炳然和團隊成員在多年之前就開始致力于這一問題的研究。2017年，他們使用基因編輯技術(shù)，研發(fā)出第一代低鎘水稻品種，即通過改造稻谷基因，定向“關(guān)掉”稻米吸收鎘污染的“開關(guān)”。雖然經(jīng)過試驗種植，產(chǎn)量和米質(zhì)都能得到有效保證，但基因編輯改造后的低鎘水稻，被國家列為轉(zhuǎn)基因管理，無法推廣種植。

那么，能否讓稻種自然“進化”？最終，科研團隊想到用理化誘變代替基因編輯。簡單來講，就是不再人為編輯基因，而是通過物理誘變的方式，讓稻種自行“進化”，擁有拒絕吸收鎘污染的能力。

在歷經(jīng)多次失敗后，研究團隊最終在11萬份樣本中，“撈”出了兩個鎘低積累材料，并在此基礎(chǔ)上培育出了國內(nèi)外第一個鎘低積累雜交組合“蓮兩優(yōu)1號”，以及高檔優(yōu)質(zhì)香型鎘低積累水稻“韶香100”。

據(jù)介紹，一個雜交水稻品種的培育要經(jīng)過幾輪甚至十幾輪選育，一個好的品種穩(wěn)定下來起碼需要6至10年。雜交水稻全國重點實驗室的科研人員就是在這樣一輪又一輪篩選、培育的往復(fù)循環(huán)中，不斷創(chuàng)造著雜交水稻更高產(chǎn)、更高抗、更高質(zhì)、更高適的奇跡。

良種在促進糧食增產(chǎn)方面具有關(guān)鍵作用，而良法、良田、良態(tài)則是良種高產(chǎn)質(zhì)優(yōu)的保障。

“不僅要實現(xiàn)水稻高產(chǎn)，還要盡量少用農(nóng)藥化肥，讓大家吃上更綠色更健康的大米。”中國工程院院士、雜交水稻全國重點實驗室主任柏連陽被稱為“雜草克星”，接連攻克了水稻田化學(xué)除草和雜草抗藥性研究兩大難關(guān)，但他有一個終極目標(biāo)——研創(chuàng)不用除草劑的綠色除草技術(shù)。

眼下，他的團隊正在做的一個實驗就是爭取少用、不用化學(xué)除草劑，但同時保證水稻的產(chǎn)量不減、甚至更高。 如今，人工智能、大數(shù)據(jù)、分子技術(shù)等先進手段，也正為現(xiàn)代育種技術(shù)快速升級迭代注入新的動力。“這不僅大幅縮減選種育種周期，還能提供更加精準(zhǔn)的決策參考，為實現(xiàn)創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈精準(zhǔn)對接、保持水稻種業(yè)國際競爭力、保障國家糧食安全，提供強有力的科技支撐。”吳俊說。

在實驗室位于湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的雜交水稻試驗田邊，坐落著袁隆平院士的半身銅像。他“守望”的水稻試驗田如今已經(jīng)抽穗，他的“禾下乘涼夢”和“雜交水稻覆蓋全球夢”，正由后來人接續(xù)奮斗、努力實現(xiàn)。