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种子如何改变世界?

来源:    发布日期:2014-06-27 21:16:55   阅读量:0
  一粒种子可以改变世界,一个作物品种可以改变一个民族,一粒种子也可以繁荣一个时代。在种子的世界,这绝对不是神话。中国工程院院士、杂交水稻之父袁隆平的杂交水稻就是这样的经典案例。
  
  在本届种子大会上,袁隆平再次成为瞩目的焦点。北京农学会秘书长袁士畴研究员在接受记者采访时表示,袁隆平身后的种子故事依旧充满了传奇一般的色彩与魅力,他的人生研究经历值得所有的研究人员学习和社会公众的敬仰。
  绚烂的种子世界
  
  我们的植物世界也原本就是个种类和品种异常丰富的世界。经过漫长时间的演化,地球上已分化出20余万种种子植物,其品种更是不计其数,它们成为现今地球表面绿色的主体。
  
  随着现代生物技术的发展,作物的育种技术越来越先进,品种也越来越多样化。从而让人类更多的农作物品种,大量新的作物种子让植物世界更加绚烂多姿,也让我们的食谱更加丰富与多样化。
  
  选育种子几乎是与人类文明史相伴而行的。袁世畴表示,在现代生物技术出现以前,人类已经在历史的长河中通过选育培育出了大量的作物品种。中国这个拥有悠久历史的农业大国就是一个典型。
  
  北魏《齐民要术》按成熟早晚、苗秆高下、收实多少和米味美恶等记载粟品种凡86个。明代的《理生玉镜稻品》详细描述了嘉靖年间江苏苏州地区的水稻品种,是中国最早问世的水稻品种志。至清代,《授时通考》已分别收录粟和水稻品种约500个和3400多个。
  
  “人类对食物的需求是多元化与多样化的,如果一个人整天只吃少量的几种作物,其吸收的营养元素就不均衡,甚至还会导致身体缺少一些人体必需的营养元素而危及人体健康。另外只有我们食用的作物种类保持多样化,这样我们的饮食才会变得更加丰富有趣。”中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授范志红范志红表示。
  
  一株水稻里的秘密
  
  上个世纪60年代,湖南省安江农校早稻品种试验田里,还是青年教师的袁隆平被一株纯种水稻品种吸引,其株型优异,穗大粒多,和周围其它的稻穗相比几乎是“鹤立鸡群“。
  
  袁隆平蹲下身子仔细地数了数稻粒数,竟然有160多粒,也远远超过普通稻穗。兴奋的袁隆平意识到这是水稻培育的一株良好对象,于是他给这株水稻做了记号,将其所有谷粒留做试验的种子。
  
  这株水稻种子第二年的种植情况却让袁隆平感到失望:生长的禾苗居然出现了奇怪的分离现象,高矮不一,抽穗的时间有早有迟,在收成数量和品质方面没有一株超过前代。
  
  袁隆平百思不得其解,根据孟德尔遗传学理论,纯种水稻品种的第二代不应该出现分离,只有杂种第二代才会有分离现象。“难道这是一株天然杂交稻?”袁隆平捉摸着,而当时权威看法是水稻是自花授粉植物,不具有杂交优势。
  
  所谓自花受粉即指一朵花上同时有雄蕊和雌蕊,花粉自行由雄蕊授给雌蕊使生长种子的器官——子房受精、结子的现象。如果这株水稻是自花受粉,按理讲第二年的种植就不应该出现袁隆平看到的现象。
  
  在而后的研究中,袁隆平确认先前他发现的这株水稻的确为自然杂交的水稻,只是在在自然状态下,这对自花受粉的水稻而言是一种概率极小的显现,只不过是碰巧被他发现了。
  
  作为农业专业技术人员,袁隆平自然不会放过他的新发现,他下定决心通过科学研究搞清楚这种杂交水稻究竟是怎么回事,看看有没有开发出新水稻种子的价值。
  
  1966年,袁隆平发表论文《水稻的雄性不孕性》,论述了水稻具有雄性不孕性,并表示:通过进一步选育,可以从中获得雄性不育系、保持系和恢复系。
  
  其中借助雄性不育系这种母水稻作为遗传工具,通过人工辅助授粉的办法,就能大量生产杂交水稻种子。保持系是一种正常的水稻品种,它的特殊功能是用它的花粉授给雄性不育系后,所产生后代始终是“女儿”,成了彻彻底底的“女儿国”,即仍然是雄性不育的。因此,借助保持系,雄性不育系构成的“女儿国”就能一代一代地繁殖下去。而恢复系则是另一种正常的水稻品种,它的特殊功能是用它的花粉授给雄性不育系,出生的即为“儿子”,即让产生的杂交种雄性恢复正常,能自交结实,如果该杂交种有优势的话,就可用于广泛生产种植。
  
  袁隆平和他的研究团队通过多年的实验认为:让雄性不育系、保持系和恢复系三系配套育种,让雄性不育系生产杂交种子,借助保持系来繁殖雄性不育系,用恢复系给雄性不育系授粉生产雄性恢复且有优势的杂交稻。这样,实现三系配套,就可以让利用杂交水稻的第一代优势成为可能,从而带来大幅度、大面积增产。这就是袁隆平首创的“三系法”杂交水稻。
  
  1974年,袁隆平育成了中国第一个强优势杂交组合“南优2号”。 1975年,在湖南省委、省政府的支持下,袁隆平获大面积制种成功,使该项研究成果进入大面积推广阶段。
  
  从此以后,中国大地上绵延万年以上的水稻自然繁育和种植开始进入袁隆平时代,全世界的水稻种植也因为袁隆平在水稻种子方面的突破而跨入新的时代。如今,中国及世界众多国家水稻的大幅增长都离不开袁隆平的功劳,很多国家也因为推广他的杂交水稻而从饥饿的威胁中解放出来。
  
  袁世畴表示,由于袁隆平在水稻研究方面为中国率先抢占了制高点,中国的杂交水稻研究也一直在世界遥遥领先。2011年9月19日,袁隆平指导的超级杂交水稻新品种“Y两优2号”经验收在百亩试验田里平均亩产达到926.6公斤,再次刷新了世界杂交水稻产量的纪录。而已经84岁高龄的袁隆平依旧没有停下研究的脚步,他的传奇故事还在继续。
  
  2014年初,挪威中央党议员提名袁隆平和印度同样因为研究种子解决印度及饥饿问题的“绿色革命始祖”斯瓦米纳坦为2014年度诺贝尔和平奖候选人。他们认为,如果他们赢得这一奖项就应该分享奖金。
  
  寻找种子隐秘世界的钥匙
  
  当然,人类种子的革命并不仅仅是从袁隆平和斯瓦米纳坦书写。早在2个多世纪以前,革命的序幕就已经开启。例如,1719年,英国植物学家费尔柴尔德以石竹科植物为材料在世界上首次获得人工杂交品种。1761年~1766年,德国植物学家科尔罗伊特进行烟草杂交实验获得了丰产、早熟和优质的杂种,提出利用杂种一代的可能性。
  
  1859年,英国博物学家达尔文公开出版了论述生物进化的重要著作《物种起源》。在该书中,达尔文首次提出了进化论的观点。他使用自己在19世纪30年代环球科学考察中积累的资料,试图证明物种的演化是通过自然选择和人工选择的方式实现的。这意味着通过人工的选择,同样会导致大量新的物种品种产生。
  
  《物种起源》发表的前后,身为奥地利人的“现代遗传学之父”孟德尔正在他所任职的修道院利用业余时间进行植物杂交实验。站在前人的肩膀之上,孟德尔在植物学的研究中走得更远。 1866年,孟德尔发表了《植物杂交试验》的论文,提出了遗传单位是遗传因子(现代遗传学称为基因)的论点,并揭示出遗传学的两个基本规律——基因的分离规律和基因的自由组合规律。这两个重要规律的发现和提出,为遗传学的诞生和发展奠定了坚实的基础,这也正是孟德尔名垂后世的重大科研成果。
  
  其实,孟德尔进行植物杂交实验的初衷是希望获得优良品种,只是在试验的过程中,才逐步把重点转向了探索遗传规律。除了豌豆以外,孟德尔还对其他植物作了大量的类似研究,其中包括玉米、紫罗兰和紫茉莉等,以期证明他发现的遗传规律对大多数植物都是适用的。事实上也的确如此。
  
  孟德尔清楚自己的发现所具有的划时代意义,但在孟德尔所处的时代,由于他实验得出的结论过于超前,当时的科学界完全跟不上他的思维,因此没有予以充分重视。孟德尔晚年曾经充满信心地对他的好友,布鲁恩高等技术学院大地测量学教授尼耶塞尔说:“看吧,我的时代来到了。”这句话成为伟大的预言。但直到孟德尔逝世16年后,豌豆实验论文正式出版后34年,他从事豌豆试验后43年,预言才变成现实。
  
  新种子大爆发
  
  1900,成为遗传学史乃至生物科学史上划时代的一年。荷兰的狄?弗里斯、德国的柯伦斯和奥地利的柴马克这三个不同国家的科学家在进行植物杂交试验时,分别在不同地点、不同植物上独立地“重新发现”孟德尔遗传定律。此后由于英国遗传学家贝特森的努力,孟德尔的豌豆杂交实验及其所揭示的遗传规律在世界各地产生了重大影响。
  
  从此,遗传学进入了孟德尔时代,此后随着越来越多的杂交育种种子的问世,作物育种也开始进入大爆发时代。袁世畴表示,经过100余年的发展后,现在世界各国种植的主要农作物比如玉米、小麦、水稻、棉花等大都是杂交品种,它们都获得了大面积增产的效果。
  
  在我国,自新中国成立以来,主要农作物品种已经更换了6-7次,农作物良种覆盖率已由建国初期的不足0.1%提高到目前的96%,商品种子供应率已由上世纪90年代中期的30%提高到目前的60%。1949年到2010年间,我国粮食单产提高了3.8倍,2013年,粮食总产量又突破6亿吨大关。
  
  从上个世纪70年代起,中国也开始在甘蓝、萝卜、番茄、甜椒、辣椒等十几种蔬菜作物上利用杂种优势进行推广种植,一般也都能增产20%以上。
  
  北京神舟绿鹏农业科技公司博士李晶炤表示,现在人类的主要农作物已基本实现良种化,如今作物育种的目标以增加产量为重点,在此基础上注意抗病、稳产、品质改造等。
  
  在育种方式上,除了杂交育种,化学诱变种子育种与包括太空育种在内的辐射育种也越来越得到农业科学家的重视。
  
  种子革命也直接导致了世界人口的猛增。李晶炤认为,地球人口的暴涨,最根本的一条就是现代科学技术不断催生发生在各种农作物及家畜家禽领域里的一场场种子革命,使人们的食物产量激增。食物的充裕,拓展了人们的生存空间,使人口在自然生育状态下得以快速繁衍。