袁隆平:把科学研究写在祖国大地上

2024-04-10 10:34:47 来源:广东政协网

  文│梅兴无

  “共和国勋章”获得者袁隆平院士,是我国研究与发展杂交水稻的开创者,也是世界上第一个成功利用水稻杂种优势的科学家,被誉为“杂交水稻之父”。他从20世纪60年代开始研究杂交水稻,在漫长的岁月里,守望稻田,辛勤耕耘,播撒智慧,为人类运用科技战胜饥饿带来绿色希望和金色收获。

  立誓“让所有人远离饥饿”

  1930年9月7日,袁隆平出生于北平,后随父母先后居住北平、天津、九江、赣州、汉口等地。1949年夏天,他高中毕业,考入重庆相辉学院(后并入西南农学院,现为西南大学)农学系遗传育种专业学习。1953年,作为新中国培养的第一批大学生,袁隆平拿着一纸介绍信,来到偏远的湘西安江农校任教。

  1956年,袁隆平开始做研究,学校拨给他半亩地做试验田。那时,苏联米丘林、李森科的“无性杂交”学说盛行。该理论认为,无性杂交可改良品种或创造新品种。袁隆平一度迷信这一学说,不仅向学生传授,而且还动手开展实验研究。

  袁隆平将月光花嫁接到红薯上,以提高红薯产量;将西红柿嫁接到马铃薯上,希望地下长出马铃薯,茎上结满西红柿;将西瓜嫁接到南瓜上,以获得新型瓜种。可是到了第二年,月光花红薯嫁接的种子只长出了月光花,地下不见红薯;西红柿下面不结马铃薯,马铃薯也不结西红柿……无性杂交制种实验以失败告终。这使得袁隆平对米丘林、李森科学说中的某些观点产生了怀疑,他毅然抛弃从事了几年的无性杂交试验,大胆开始新的探索。

  在西南农学院求学时,袁隆平曾在管相桓教授的鼓励帮助下,课外自学孟德尔、摩尔根创立和发展的遗传学,这使得他不像大多数同期中国学生一样隔绝于现代遗传学。他用报纸把大学时购买的英文《遗传学研究》包了个书皮,私下潜心研读起来。从迷信米丘林、李森科的教训中,袁隆平悟出了一条道理:看书一方面要汲取经验,另一方面也要打问号,死记硬背是不行的,必须根据实践,思考问题在哪里。

  那时,安江农校按照教学、生产、科研相结合的要求,安排袁隆平带领学生到黔阳县(今湖南省洪江市)硖州公社秀建大队与农民“三同”(同吃、同住、同劳动)。袁隆平住在生产大队向队长的家里。袁隆平虽然是一名知识分子,可在生产大队里时,更像一名地道的农民,不怕苦、不怕累,很快和当地农民打成一片。每天一早,他就挽起裤脚和乡亲们一起下田插秧,收工后和房东一起做饭,吃红薯叶熬成的又涩又苦的菜粥。稍有闲暇,便蹲在田边仔细观察,将春耕、播种、除草和施肥等要点一一记录。向队长很喜欢说话办事直爽的袁隆平,一来二去,他俩成了无话不谈的好朋友。

  一天,向队长冒雨背着一个沉甸甸的袋子从八门大队赶回来,袁隆平问他背着什么,他从袋子里抓出一把颜色金黄、籽粒饱满的稻种,激动地说,这些都是好种子,比金子珍贵,要想多打粮食,只有靠这些好种子。他握着袁隆平的手,眼里充满期待:袁老师,你是搞科研的,能不能培育一个亩产800斤、1000斤的新品种,那该多好!”向队长的这番话深深震撼了袁隆平,他扪心自问:种田的人都吃不饱,像我们这种学农的人能说没有责任吗?

  二天,据袁隆平的调查,秀建大队的几千亩水田八九成种的是水稻。包括湖南在内的南方人,大多数习惯以大米为主食。他强烈意识到,想要让大家真正吃饱饭,就必须把水稻的单产搞上去。他决心不辜负乡亲们的期盼,一定要培育出大大提高产量的好稻种。

  三天,在“三同”锻炼期满后,袁隆平回到安江农校。从1960年起,他的研究方向就从红薯转到水稻上来,在那半亩试验田里,开始了水稻育种的探索之旅,立誓要解决“种田人吃饱饭”的问题。从此,稻种成为袁隆平一生的研究课题,他说:让所有人远离饥饿,是我毕生的追求。”

  发现天然雄性不育株

  袁隆平曾感慨地说,搞育种研究,灵感很重要,灵感要有外界刺激,需要顶着太阳,蹚着泥水下田,每天和稻株打交道,稻株有灵性,能激发灵感。

  培育稻种,袁隆平最初采用的是当时农业育种科研中常用的系统选育法,即到水稻群体中选择表现良好的变异单株水稻加以培育,然后优中选优,将遗传性最好的品种培育出来。

  1960年,早稻抽穗扬花的时节,每天下课铃声一响,袁隆平就拍掉身上的粉笔灰,匆匆来到试验田,赤脚泡在田里,在成片的水稻中挑选优稻。一天,他惊喜地发现一株长得格外挺拔的优质稻穗:十几个8寸长(约合27厘米)的稻穗沉甸甸地低垂着,一个分蘖(禾本科等植物在地面以下或接近地面处所发生的分枝——编者注)就有230颗稻粒。他简单估算了一下,用它做种子,水稻亩产可超过千斤——当时高产水稻也不过五六百斤。他如获至宝,找来一根红布条,给这株特优稻做上了醒目的标记。当年,这株优稻产下了1000多粒稻种。第二年春天,袁隆平信心满满地将稻种播到试验田里,随后田间管理的每个环节他都亲力亲为,经常拿着放大镜观察禾苗的生长情况,详细记录每个细微变化。

  禾苗抽穗扬花了,但田间的景象却让袁隆平大失所望:稻株高矮不齐,抽穗早晚不一,完全见不到其父本高大茁壮的影子。他瘫坐在田埂上,一整天不吃不喝,望着稻株苦思冥想。突然他来了灵感:水稻是自花授粉的作物,不会出现性状分离,而现在出现了性状分离,高矮不齐的分离比例正好是3∶1,符合遗传学分离规律。他进而推论出那棵“鹤立鸡群”的植株是地地道道的天然杂交稻。既然自然界存在着天然杂交稻,那么就有可能培育出人工杂交稻来。

  从认定那棵天然杂交稻开始,袁隆平对“水稻是自花授粉作物,没有杂种优势”的“金科玉律”产生了质疑,开始了独辟蹊径的研究,把精力转到培育杂交稻这一崭新的课题上来。

  为找到研究杂交水稻的理论依据,袁隆平自费到北京,拜访了中国农业科学院著名遗传学专家杨国荣、鲍文奎。他们鼓励袁隆平在科研道路上要敢于大胆探索。袁隆平还在农科院图书馆查阅了大量专业杂志和外文资料,对遗传育种学科前沿的基本情况、相关理论、热点问题、杂交育种实际进展等有了更多了解。袁隆平决心揭示水稻杂交的奥秘与规律,他决定采取“三系法”技术路线,通过培育雄性“不育系”“保持系”“恢复系”,实现三系配套,达到利用水稻杂种优势的目的。

  要实现三系配套,最关键的是要找到天然水稻雄性不育株。然而,天然水稻雄性不育株长什么样,袁隆平并没有见过,也没能在相关资料上查到,只能用最原始的办法,下稻田一株一株地找。

  水稻扬花是6月下旬到7月上旬,扬花时间只有十几天。袁隆平每天吃过早饭,带上水壶和两个馒头,便光着脚下田,身体躬成九十度,脸贴着层层叠叠的稻浪,手拿放大镜,一株一株稻穗地查看。上面太阳晒,很热;下面踩在冷水里,很凉。午饭时间到了,袁隆平就坐在树荫下,就着凉白开水啃馒头,下午接着找。

  功夫不负有心人。在寻找到第6400穗稻穗时,袁隆平终于发现了第一株天然雄性不育株。妻子兼助手邓哲在笔记本上留下了这样的记录:

  发现时间:1964年7月5日午后2时25分。

  发现地点:安江农校水稻试验田。

  水稻品种:洞庭早籼。

  1965年7月,袁隆平又在1.4万多穗稻穗中发现了5株天然雄性不育株。经人工授粉,它们结出了数百粒第一代雄性不育株种子。此后经过连续两年的春播与翻秋,共有4株成功繁殖了一至两代。袁隆平据此推论,水稻具有杂种优势。

  当年底,袁隆平完成了论文《水稻的雄性不孕性》。这篇论文突破了经典遗传学关于“自花授粉作物没有杂种优势”的理论束缚,提出通过三系法途径培育杂交水稻,大幅提高水稻产量的设想,奠定了杂交水稻研究的理论基础。此文发表在《科学通报》1966年2月第17卷第4期上。国家科委九局局长赵石英看到此文后,意识到袁隆平的研究具有重大意义,即向主管国家科技工作的聂荣臻副总理汇报此事。国家科委下发公函,责成湖南省科委和安江农校支持袁隆平的研究。

  由此,“水稻雄性不育”研究被湖南省科委列入省级科研项目,每年拨给经费600元。湖南省农科院认为袁隆平在安江农校难以专心研究,于是决定将课题从安江农校上收到省农科院。1968年,袁隆平带着两个学生兼助手李必湖、尹华奇,被借调到湖南省农科院。

  在实践中攻坚克难

  袁隆平是个实践派,他向来不喜欢脱离生产的研究,“写这么多论文,有什么用?贡献是零!”他靠实践起家,靠实践突破杂交水稻研究中的一个个难题,也靠实践推动理论创新。

  “南繁”是一个重要的育种实践活动,每年秋冬季节,北部科研人员将农作物品种带到海南,利用热带地区适宜的光温条件,从事农作物品种选育、种子生产和种质鉴定等。“南繁”一直是袁隆平梦寐以求的,到了省农科院后,这一愿望得以实现。

  1968年冬,袁隆平带着两个助手第一次来到三亚,开始了持续50余年的“南繁”之旅。他们起初的生活条件极为艰苦,住的是茅屋草舍,点的是煤油灯,睡的是用竹竿、秫秸搭的地铺。每天晚上,为防蚊虫叮咬,就用塑料薄膜裹在身上;为防老鼠吃大米,就将米袋吊在房梁上。

  在这种艰苦条件下,袁隆平团队开始了雄性不育株的实验研究。两年“南繁”,他们先后用1000多个品种的水稻,与最初找到的不育株及其后代进行了3000多次测交和回交实验,但最好的结果只是后代产生了70%的雄性不育株,而他们要的是100%。

  问题的症结在哪里?袁隆平反思:水稻和人类一样,血缘越远,长出健康后代的几率就越大;而他们一直在栽培稻的小圈子里打转,从地理环境到生物学特性,亲缘关系都比较近。他认为必须重新选用亲本材料,提出了“利用远缘的野生稻与栽培稻杂交”的新设想。袁隆平决定兵分两路,他负责进京向遗传学专家求教,搞清相关理论问题;李必湖等继续在海南寻找野生稻。袁隆平叮嘱,不能自己到处乱闯,要找熟悉情况的当地人调查。

  李必湖向南红农场技术员冯克珊打听,对方给了肯定的回答:“野生稻?有啊!”1970年11月23日上午,他们在一个铁路涵洞旁的水塘边发现了成片的野生稻正在扬花吐蕊。他们躬身逐株仔细观察,发现了三穗雄花异常的野生稻穗,生长于同一禾蔸(音dōu,指某些植物的根和靠近根的茎——编者注)。李必湖惊喜万分,把这蔸野生稻连泥挖起,用衣服包着捧回,移栽到试验田里,等袁隆平回来鉴定。

  袁隆平在北京得到了专家的帮助和鼓励,大大拓展了思路。这时他收到海南发来“找到雄性不育野生稻”的电报,喜出望外,连夜挤上火车直奔海南。一到农场,他就迫不及待来到试验田,仔细观察那株野生稻:花药细瘦,色泽浅黄,雄蕊不开裂散粉。他欣喜地拍了拍李必湖的后背:“高级,高级啊!”然后又采集稻花样品,置于显微镜下检验,最终确认这是一株十分难得的野生稻雄性不育株。袁隆平说:“这是大自然馈赠给杂交水稻研究的一份特殊而珍贵的礼物。”他们精心培育这株野生稻,收获了少量珍贵的种子,袁隆平给它取名为“野败”。

  “野败”的发现,为杂交水稻研究带来了新的契机。袁隆平团队用“广场矮”“京引66”等品种测交,发现它们对“野败”不育株有保持能力,为培育水稻不育系和随后的三系配套打开了突破口。

  1971年2月,袁隆平正式调到湖南省农科院。3月,18个省市的水稻育种专业人员齐聚南红农场。袁隆平将200多粒“野败”种子贡献出来,准备进行杂交水稻三系配套的大协作。100多名农业科研工作者用“野败”种子,与全国各地上千个水稻品种进行了上万个组合的回交转育。三系中的不育系和保持系很快在湖南、江西、福建等地分别通过不同水稻品种育成。可以说,如今的杂交水稻品种数不胜数,而每个品种的植株里都有“野败”的基因。

  1973年,袁隆平等又率先找到一批以“IR24”为代表的花粉量大、恢复度在90%以上的恢复系,并在海南用不育系“二九南1号”和恢复系“IR24”杂交,育成了世界上第一个实用高产杂交水稻品种“南优2号”。是年10月,袁隆平发表论文《利用“野败”选育“三系”的进展》,宣告我国籼型杂交水稻三系配套成功,标志着世界范围内中国首次成功利用水稻杂种优势。

  次年春,袁隆平把杂交水稻品种播种在安江农校的试验田里,亩产量高达628公斤,几乎是常规水稻的两倍。湖南、广西等十多个省(区)杂交水稻的种植面积可达4000多亩。然而,大面积推广,杂交稻种供不应求。当时杂交稻种亩产很低,还不到6公斤,要将杂交水稻广泛应用于大田生产,提高制种亩产是一道必过的坎。

  袁隆平团队通过总结经验,初步认定制种产量低的主要原因,是异花授粉的花粉量不足。为破解这个难题,袁隆平白天泡在试验田里,反复观察,仔细研究,晚上躺在床上辗转反侧。床边两株做实验用的水稻植株映入他的眼帘:一株是前几天采回来的,已经干枯发黄;一株是当天采回来的,依然翠绿挺拔。突然,他眼前一亮,三更半夜叫醒了睡梦中的同事。

  袁隆平举着两株水稻,向大家说明他的发现:杂交水稻是异花授粉,父本和母本是两个不同的品种,开花时间自然会有差别。如果母本已经开花,父本的花还没有开,或已经开完了,就会错过授粉的最佳时机。这就是杂交水稻制种产量低的症结。听了这番话,大家都兴奋得睡不着觉,一大早便直奔试验田。对于搞了多年育种的人来说,将不同品种水稻的开花期调整到一起并非难事。只要稍微调整一下水稻栽培的时间,便可让父本和母本的花期重合。

  解决了花期不遇的问题,杂交水稻种子亩产突破25公斤大关。可母本水稻花期包茎的问题又接踵而来。袁隆平及时采纳同事罗孝和的建议,在水稻上喷洒赤霉素,包茎现象消失。种子亩产提高到40公斤。此后,制种产量逐渐提高,最高超过300公斤。

  1975年12月,国家决定在南方13省(区)加速推广杂交水稻。数以万计的制种大军云集海南,开展大规模“南繁”杂交水稻制种,制种面积达3.3万亩。1976年,全国推广杂交水稻208万亩,增产幅度普遍在20%以上。由此,中国的粮食产量实现了一次飞跃。从1976年大面积推广后,我国累计推广种植杂交水稻60亿亩,累计增产6000亿公斤,每年增产的稻谷可以养活7000万人。

  1977年,在三系法育种实践的基础上,袁隆平发表了《杂交水稻培育的实践和理论》《杂交水稻制种与高产的关键技术》两篇重量级论文,阐述了杂交水稻育种中的几个重大理论问题,促进了杂交水稻研究的创新。

  “要搞研究就不要怕失败”

  在三系法育种获得成功后,袁隆平深知,要想在产量和优势利用方面取得新突破,就必须在育种上冲出三系法品种间杂交的框框,不断创新,锐意精进。

  1984年6月,国家拨款500万元专款,建立湖南杂交水稻研究中心,这是国内外第一家杂交水稻的专业科研机构,袁隆平担任中心主任。

  1986年,袁隆平发表《杂交水稻育种的战略设想》,将杂交水稻育种在选育方法上,分为三系法、两系法和一系法三个战略发展阶段,即育种程序朝着由繁至简而效率越来越高的方向发展;在杂种优势水平的利用上,分为品种间、亚种间和远缘杂种优势的利用三个战略发展阶段,即优势利用朝着越来越强的方向发展。这一思路得到广泛认同和采用,成为杂交水稻育种发展的指导思想。

  20世纪80年代,光温敏型核雄性不育水稻被发现。袁隆平认为,它为两系法育种提供了可能,在夏季长时间日照下可用于制种,在春秋季可进行自身繁殖,一系两用,省掉了保持系。基于此,袁隆平带领团队迅速投入两系法育种研究。1987年,国家“863”计划将两系法杂交水稻研究立为专题攻关。

  然而,天有不测之风云,1989年出现了罕见的盛夏低温天气,造成全国性两系制种大面积失败。一时间,两系法被“唱衰”,很多研究者认为两系杂交稻技术是个“死胡同”,纷纷放弃。关键时刻,袁隆平站出来说:“要搞研究,就不要怕失败,怕失败就不要搞科研。”冷静分析后,袁隆平发现,除了光照长短,温度高低也是关键因素。他于1992年、1994年分别发表论文,提出光温敏不育系选育的关键技术指标和技术路线,并建立确保制种安全的繁殖程序,使两系法研究“起死回生”。

  经过持续攻关,袁隆平于1995年8月宣布,两系法杂交水稻研究已取得突破性进展,可大面积推广。从1986年到1995年,同三系法一样,两系法也用了9年时间才获得成功。不同的是,三系法是经典方法,而两系法是“中国独创”。两系法表现出更好的增产效果,比同熟期三系杂交稻增产5%~10%,且米质大为改善。

  袁隆平没有满足于两系法的重大突破,执着追求更高境界。1997年,年近古稀的袁隆平依旧保持着强烈的创新欲望,开始了中国超级杂交水稻的研究。“超级稻”是国际水稻研究所于1989年启动的一项水稻选育研究,目标是到2000年时育成每公顷产量达12吨(亩产800公斤)的超级水稻品种。

  1997年国庆假期,袁隆平在试验田里观察、测定大量数据,发表论文《杂交水稻超高产育种》,鲜明提出“形态改良与杂种优势利用相结合选育超级杂交稻”的重要技术路线。他定下的目标是,2000年之前,超级杂交稻大面积示范第一期亩产700公斤。他对媒体说:“实现了这个目标,我就心满意足了。”4年后,第二期亩产800公斤的目标提前实现,袁隆平又对媒体说,“实现了这个目标,我就心满意足了。”其实,他仍未“心满意足”,提出第三期亩产要达到900公斤的目标。2011年,目标超额达成。

  2013年,袁隆平又启动亩产1000公斤的目标攻关。2018年,这一目标在云南个旧的百亩示范片达成,亩产达1152.3公斤,最高亩产达1209.5公斤,刷了亩产新高。袁隆平还是不满足,笑着说:“在中国,超级稻亩产800公斤才算及格,亩产1000公斤打80分,亩产1200公斤才是满分。”

  袁隆平一生获奖无数,其中不乏国内国际重大奖项和荣誉,可谓功成名就。但他没有坐享荣誉,而是将目光放得更远,放在海水稻、一系法杂交水稻的攻关上,践行着自己荣获终身成就奖时作出的“终身成就奖就是要奋斗终生”的承诺。

  稻田是袁隆平感到最有幸福感的地方。“不在稻田里,就是在去稻田的路上”是他的真实写照。他说,他的职业是搞水稻,让他不下田,除非田里没有水稻了。他被田间毒辣的太阳晒得黝黑,老乡们都亲切地称他为“非洲人”,他笑着调侃自己:“搞杂交水稻的人,不经过‘水深火热’是难出成果的。”

  随着年龄增大,助手、学生都劝袁隆平少下田,事情交待年轻人去做就行了。袁隆平笑着说:“关在屋子里手脚发痒,下田搞试验才有乐趣。”他一直视水稻如孩子,即使到了耄耋之年,一天也要去试验田里看上三四回。2019年9月,在去北京领“共和国勋章”前,他还专门去稻田里跟水稻道别:“你们都乖乖的,我过几天就回来啦!”

  袁隆平经常谈及他的两个梦想:一个是“禾下乘凉梦”,一个是“杂交水稻覆盖全球梦”。关于前者,他曾真实梦见试验田里的超级杂交水稻长得比高粱还高,穗子有扫帚那么长,谷粒有花生米那么大,他和助手坐在稻穗下乘凉。他多次向人描述这一梦境,这也是他对水稻的理想追求。至于后者,全球有40多个国家和地区试种杂交水稻,10多个国家实现了杂交水稻的大面积种植,普遍比当地水稻增产20%以上。

  2021年5月22日,袁隆平在长沙仙逝。他一辈子躬耕田野,脚踏实地,以稻杆为笔,以水田为纸,把科学研究写在祖国大地上。

  (作者系文史学者)