以下文章来源于怀疑探索者 ,作者天罚之剑
中国科普作家协会会员、互联网医学科普协会会员
很多朋友给我留言,询问说:为什么袁隆平的杂交水稻不能留种?
其实,不仅仅是袁隆平研发的杂交水稻不能留种,世界上所有的杂交水稻都是不可留种的。
迄今为止,无一例外。
袁隆平院士
首先要问大家一句:不能留种的作物,能不能吃?
答案是:当然可以吃。
我举一个例子,无籽西瓜就是不能留种的。请问,您吃不吃无籽西瓜?20世纪50年代,市场上就出现了无籽西瓜。无籽西瓜是用种子种出来的,但这个种子不是无籽西瓜里的种子,而是自然的二倍体西瓜跟经过诱变产生的四倍体杂交后,形成的三倍体西瓜里的种子。由于是三倍体,所以本身是没有繁殖能力的,也没有籽。无籽西瓜是从三倍体的种子发育而成,但是它自己长成之后,是没有种子的,即不能留种。在效仿市场上,目前无籽西瓜的市场份额占到了90%以上。很多人胡说什么“现在的东西口感差”,我是感觉无籽西瓜口感很好,一点不比以前的品种差,而且更好。还有苹果,小时候吃的苹果又小又黄又涩,现在的品种饱满好看口感也好的多。
莫非你不吃无籽西瓜?
除了无籽西瓜,杂交玉米也是不能留种的。因为杂交玉米的种子是杂交种,特点是退化很快,仅在第一代时具有高产优势,到了第二代就不行了。
有人看到这里可能会问:那么是不是杂交高粱也不能留种呢?
哈哈,您这就猜对了。杂交高粱也是不能留种的。
请记住:不管它是杂交玉米、杂交水稻,或者杂交高粱,只要是杂交品种,都有一个共同的特征,那就是无法留种。
有人就会追问:既然杂交品种都无法留种,凭什么我们非要研发它们呢?
答案很简单:杂交品种优势大。
什么优势?就是让不同亲本进行杂交,其产生的后代,比父母更加优异。杂交产生的后代,它们比父本和母本都长得更加高大、健壮,产量也更高。
一般来说,农作物需要经过开花授粉才能结出果实,有些作物是自花授粉,有些作物是异花授粉。而自花授粉是自然界最普遍的现象。水稻一开始就是自花授粉。
我们看一个图片,下面是水稻花的结构:
水稻花
上面是一株水稻花,正常的情况下,它们两个一起生长,到了开花结果的时候,由于挨的太近,所以正常情况下雌花只能接受它的雄花,这个就是自交。自交是不可避免的情况。相当于妹妹只能和她的哥哥进行婚配。如果要与其他品种杂交,必须要赶在雄花,就是她的哥哥性成熟之前,用手术剪刀把雄的去掉。这样就可以用这个作为母本,与其他的父本进行杂交,产生杂交种。
这个杂交种,是具有优势的,是农民急切盼望获得的种子。所以需要对水稻进行人工的修剪,即“去雄”。也就是组织很多工人,用剪刀把杂交水稻花的雄花剪去。这是有目的的人工杂交。
但是用剪刀一个一个去弄,岂不是累死?就得寻找一种更加科学高效的方法,于是到了袁隆平大显身手的时候了。那就是袁隆平的杂交水稻技术。正是因为有了袁隆平的杂交水稻技术,所以以后再也不用辛辛苦苦地用人工去修剪雄花了。
当时,袁隆平提出了一个理论构想,就是利用雄性不孕的材料,即培育一种不用去雄的植株,来完成杂交制种,免去了人工去雄的过程。这个不用去雄的植株,叫做雄性不育株,简称不育系。
也就是说,不用人工修剪就直接得到杂交种。比如,我们还看上面的那个图,一株水稻花不是同时有雄花和雌花吗?如果让那个雄花一开始就是不育的,岂不是就无法完成自交了吗?不能自交,也就无所谓你是不是雄花,因为那是“太监”。于是,这株水稻就被迫与其他的水稻花进行杂交。而如果与其他的水稻花进行杂交,则它们的后代质量就更高。
这就是袁隆平的理论思路。
理论是理论,首先得找到一个研究开始的范本,也就是说,得在自然界发现一个天生的雄花不能发育的水稻花。有了这个范本,然后才能研究下去。袁隆平每天晚上就在想:不育系、不育系、不育系,亲爱的您在哪里啊?于是,袁隆平的团队就开始天南地北地展开了寻找工作。
这个工作无异于大海捞针,因为理论毕竟只是理论,能不能找到还不好说。但他们的运气还是不错的,概率相当于同一只羊被雷连续劈中9次。运气就好到这种程度。
1970年,袁隆平的助手李必湖,和三亚南红农场的技术员冯克珊,在海南岛的普通野生稻群落中,偶然发现了一株雄性不育野生稻(即“野败”),并用广场矮、京引66等品种测交,发现其对野败不育株有保持能力。后来的三系法杂交水稻技术,就是从这株雄性不育的野生稻开始的。
李必湖(左)
这里我要说明一下,虽然是李必湖第一个发现了“野败”,但袁隆平依然是“杂交水稻之父”,因为他是理论的开创者。没有理论指明研究方向,就没有应用。李必湖是按照袁隆平的理论指导,才找到了需要的研究材料“野败”。所以说,袁隆平的“杂交水稻之父”实至名归。
看到这里,估计又有人说了:我就是不喜欢杂交品种,让农民拥有可以留种的作物多好啊!
你有你的个人想法,这当然可以。但说这话的人,绝对不是农民。农民不和你一样傻,他们受益于多年的杂交品种,早就习惯了杂交技术。农民不在乎是不是可以留种。为什么呢?因为所谓的可以留种的种子,其实就是纯种。纯种是可以留种,没错,但是其缺陷实在太大了,农民经过对比,就感觉到不划算,还不如使用杂交种子。纯种的缺陷在于,其天生就容易退化,而且产量很低。比如某一个农民第一年种了纯种,打的麦子还可以第二年继续种,自然不必年年买种子。可以到了第二年看收成,产量下降很多。到了第三年,产量又掉了一大截。一般来说,纯种最多使用三年,越往后性能越惨。所以农民过个三年还必须重新买种子。农民如果采取杂交技术,则产量立马提高几个档次,虽然需要每年花点钱购买新的种子,但是一算总账,收益依然比种纯种的作物划算。所以,农民根本不在乎是不是可以留种,只要每年的收益更大就行。
此外,农民为什么喜爱非纯种,与工业化有关。在小农经济时代,一个家庭可以自己弄,但种子的产量很差劲。农业工业化实现之后,采用了给种子“包衣”的技术,就是将种子浸泡在营养液之中,给种子外壳涂上一种“保护衣”。效果是既防虫,又防护除草剂,还提高产量。但传统小农经济的一家一户,显然没有这个能力做“包衣”。只能是工业化的工厂,可以提供这种服务。工业化以后,新种子有几个好处:第一,成本大幅下降,即使农民每年花钱购买,也比纯种便宜许多。第二,性状不容易退化,而纯种很快就退化了。第三,有“包衣”技术加持,纯种没有这个东西。
有些人不懂知识,胡说什么“转基因作物不能留种”,但转基因技术与能不能留种一点联系都没有。见《不能留种的转基因作物,还没有在地球上研发出来》一文。因为杂交技术收益高,当然应该采取杂交的育种方式。转基因技术原本选用的都是纯种,但如果同时采用杂交技术,所以就不能留种了。能不能留种,与杂交有关,与转基因技术毫无关系。
但有些人就喜欢钻牛角尖,他们会说:不行!不行!虽然现在不能留种也没有关系,但难保未来某一天出现巨大的天灾人祸,农民拿不到杂交种子了,这可怎么办啊!还是留种好!
别急!非要留种,也不是不可解决。世界上你不了解的科学技术多得是。还真有办法解决呢。那就是依靠转基因技术实现留种。正是转基因技术,让原本不能留种的杂交作物,居然也可以留种了。
作物在受精后胚珠的发育,是依靠一个基因BBM1的激发的。在花粉精子中BBM1是有表达活性的,而在未受精的卵细胞中BBM1则不表达。在自然条件下,花粉精子中的BBM1表达产物,在受精后会激活卵子BBM1的表达,从而开启胚发育的过程。通过转基因以及基因编辑手段,科学家们让卵细胞中的BBM1直接就能表达。这时候不需要受精过程的发生,卵细胞就能发育成胚——即幼小的植株。卵细胞是单倍体细胞,即使它能够绕过受精过程发育成胚,产生的植株也是单倍体,因此还要绕过减数分裂这个难关。好在,科学家们发现,只要利用基因编辑技术敲除水稻中的三个减数分裂相关基因,就能让水稻的生殖原细胞的减数分裂变成有丝分裂——这个过程被称为MiMe。通过这一过程,卵原细胞在形成卵子的时候,不会发生重组和同源染色体分离,同时维持二倍体倍性。科学家可以利用这种类似无性繁殖的过程来产生种子,从而维持其杂种优势的特性。
这样的话,只要在适合的时候,以后科学家就可以利用转基因技术让一些杂交种子也可以留种。只要需要,转基因技术完全可以让袁隆平的不能留种的杂交水稻变得可以留种。
堆积如山的粮食
意外不意外?!原本大自然让杂交作物天生就不能留种,结果转基因技术打破了这个魔咒,让不能留种的作物也可以留种了。所以,即使以后世界“末日”,大家挤在一艘“方舟”里面,等到“大洪水”一退,科学技术还能保人类顺利的生存繁衍下去。
前面我说了,杂交水稻技术(也包括杂交高粱技术、杂交玉米技术)可以用不着人工去雄,不育系对于杂交优势的广泛利用具有非常重要的意义。但是我也要指出,不育系因为雄性败育,不能自交结实,获得的种子本身不能留种,不能传宗接代。所以在利用杂交优势的时候,还必须有一个外表相像,自交能结实,花粉发育良好的另外一个品种来帮助它传种,把这种品种的花粉,授以不育系。这样的话,不仅使得不育系结下种子,而且结下的这个种子以后长成的植株,它们依然可以保持雄性不育系的特征。这个品种,就是雄性不育保持系,简称为保持系。
如果我们选择某种品种为不育系杂交产生杂种优势的品种,这就叫做雄性可育恢复系,简称为恢复系。
杂交高粱
为了进一步说明不育系杂交种优势的利用,我举一个例子。就不说袁隆平的杂交水稻,因为那个大家都太熟悉了。我说杂交高粱。山西省河曲县在1969年种植的杂交高粱,平均亩产为1993.8斤,比之前不使用杂交时提高产量达50%。昔阳县种植了晋杂5号,平均亩产为1600斤,其中有的亩产高达1720斤,而之前平均亩产量仅为680斤左右。我国在杂交高粱上采用的不育系多为3197A,保持系为3197B。利用3197A与其他优良品种(即恢复系)进行杂交,培育出不少有名的杂交品种。比如,晋杂5号就是3197A与三尺三培育而成,可以写成3197AX三尺三。
说了这么多,我总结一下:
第一,纯种可以留种。但是退化很快,不划算。
第二,通过杂交技术得到的杂交种,不能留种。所有的杂交品种都是不能留种的。但是划算,农民就是喜欢。
第三,转基因技术可以让原本不能留种的杂交种也可以留种。
第四,努力学习科学知识,不要人云亦云,拍“天灵盖”自以为是。
作者:怀疑探索者
征
稿
启
示
“三农科学传播”微信公众号是中国农学会主办的三农领域科学传播权威平台,现面向广大科技工作者和高素质农民征集一线稿件。
投稿方向
1.经验交流:涉农企业以及家庭农场、农民合作社、农业社会化服务组织等新型农业经营主体负责人的创业心得、经验及先进实用种养技术交流。
2.人物宣传:转发当地媒体公开报道的典型人物故事。
3.供需信息:免费发布优质农产品供求信息(发布前需要提供必要的农产品备案资料并通过平台审查)。
欢迎投稿,点击查看详情