袁隆平创新水稻杂交育种技术

袁隆平创新水稻杂交育种技术（一）案例内容摘要：袁隆平率先开创水稻雄性不育与杂种优势利用的科学研究，取得了一系列的原始创新成果。他不拘泥于传统。敢于提出新的观念，破除了水稻“无优势论”理论束缚；他艰难创新、力破三关，实现了水稻三系法杂种优势利用；他开拓创新，使杂交水稻研究由三系杂交水稻、两系杂交水稻，到超级杂交水稻不断冲向新的高峰。袁隆平的成果不仅丰富了作物育种理论与技术，而且培养了大批育种专家，造福于中国及世界人民。水稻在粮食作物中，特别是亚洲人口密度大的区域粮食作物中，占有主导地位。19世纪末，中国的农业科技工作者学习国外的先进育种技术，开启了水稻育种的新篇章。20世纪初，中国主要是引种。1919年至1937年，中国近代水稻育种主要采用纯系育种和杂交育种两种方法，虽然纯系育种方法一度成为我国近代水稻育种的主流，但是由于其效率较低则逐渐为杂交育种所替代。1926年中山大学教授丁颖将野生稻和广东农家品种杂交，选育成功“中山1号”，在世界上第一次把野生稻抵抗恶劣环境的品质成功地转移到栽培稻种上，开创了我国水稻杂交育种的新纪元。20世纪60年代，以袁隆平为代表的农业科技工作者在这一领域取得了重大突破，发明了杂交水稻，创立了杂交水稻学。观念创新——破除“无优势论”在经典遗传学理论中，自花授粉作物没有杂种优势。因此，尽管在水稻杂交试验中前人曾有过成功的案例，但是20世纪50年代，国际上主流观点仍然认为，水稻作为白花授粉的作物，经过长期的自然选择和人工选择，许多不良因子已被淘汰，留下的多是优良因子，自交不会退化，杂交也不会有优势。虽然这个时期，日本、美国及国际水稻研究所的科学家已经涉足到水稻杂交优势利用研究，但是并没有获得成功。1960年7月，袁隆平在稻田中观察到一株优异水稻，穗大粒多，显著优于其他稻株，这给他带来了很大的启示。1962年他在水稻杂交试验中，又一次观察到杂种优势现象，于是袁隆平对这种理论大胆地提出了自己的质疑，认为之所以水稻杂种优势尚未能利用，是因为人工杂交制种的困难。1964年，他冲破“无优势沦”的束缚，勇于实践，大胆创新，率先在国内开展了杂交水稻培育研究，挑战这一世界难题。为从理论上和实践上取得突破，他选择了寻求水稻雄性不育系以及相应的恢复系、保持系的三系法技术路线。这种技术的第一个技术难关就是“三系配套”。艰难探索一一实现“三系配套”从1964年到1973年，袁隆平在大胆假没之后，开始了艰难地探索，小心地科学求证，最终力克难关，实现了他提出的“三系配套”技术设想。为了寻找水稻雄性不育系，必须找到可资利用的水稻天然雄性不育稻，作为培育不育系的试验材料，当然这无异于“大海捞针”。1964年至1965年，在水稻扬花的盛夏季节，袁隆平用在田间野地逐穗搜寻的办法，共检查了14000多个稻穗，找到了6株天然雄性不育株，经过试验观察，确认均属可遗传的雄性不育材料，这一研究成果发表在《科学通报》1966年第4期上。这是袁隆平的第一篇论文，被誉为我国杂交水稻研究的开山之作。1967年，“水稻雄性不育”研究在湖南省科学技术委员会立项，成立了以袁隆平为首的三个科研小组。从1964年到1970年的6年时间里，袁隆平杂交水稻研究小组先后用了1000多个品种，做了3000多个杂交组合试验，仍没有找到保持系，未育出不育株率和不育度都达到100%的不育系。问题出在哪里?经过不断地总结、分析得出的问题的症结所在：用于杂交的众多水稻品种与不育材料的亲缘太近，而有一定保持力的品种与不育材料的亲缘又太远。袁隆平调整了技术策略，并再次提出了“用野生稻与栽培稻进行远缘杂交”的大胆设想。根据这一技术设想，1970年冬，袁隆平研究小组开始了在海南岛进行新的寻觅，广泛地采集野生稻。袁隆平的助手李必湖和海南南红农场技术员冯克珊终于发现了一株花粉败育的野生稻（取名“野败”），为研究成功打开了突破口。1970年以后，全国普遍开展了水稻雄性不育系选育研究。1971年春，湖南省成立了杂交水稻研究协作组，袁隆平主持协作组的工作。经过一年多的协作攻关，于1972年育成了我国第一批雄性不育系及相应的保持系。其中袁隆平育成了第一个大面积生产上应用的不育系“九南l号”及相应的保持系。1972年冬，转入恢复系的研究，通过以测交筛选法为主的方法，终于在1973年筛选出了“国际稻IR24、I：1t26”和“泰引l号”等一批对“野败”型不育系具有强恢复能力的品种，至此，在全国18家研究单位的协作下，实现了三系配套。实现三系配套后，第二个技术难关就是选配出大面积应用的强优先锋组合。1974和1975年，通过反复实验，袁隆平摸索出强势杂交组合的基本规律，在多个省的共同努力下，选出了1〜2个强优组合，袁隆平的“南优2号”就是其中之一，这标志着三系杂交水稻研究的成功。三系杂交水稻培育成功后，遇到的第三个技术难关就是高产制种。杂交制种产量较低是制约大面积推广的主要瓶颈，也是日本在育成“三系”后没有在实践上取得成功的原因。袁隆平找到了制种产量较低的原因是父本药粉没能均匀地散落在母本柱头上，他摸索出了一套“以父母本花期花时相遇为关键”的技术，为1976年大规模推广铺平了道路。方法创新——致力二系法研究三系杂交比常规水稻一般能增产20%。从1976-1998年，全国推广应用2.2亿公顷，增产水稻3亿吨。目前已在美国、越南、缅甸、印度等多个国家引种推广，被称之为“第二次绿色革命”。进入20世纪80年代中期，三系杂交水稻的产量处于徘徊局面。1986年，袁隆平提出了“由三系法到二系法再到一系法，由品种间到亚种间再到远缘杂种优势利用”的杂交水稻育种的发展战略设想。所谓两系法杂交稻育种是我国独创的以光温敏核不育性的利用为主要内容的高技术，是继三系法杂交水稻之后水稻遗传育种上的又一重大科技创新。两系法杂交水稻的研究，主要解决了以下三个方面的关键技术：一是揭示了“光敏核不育系”育性转换与光、温关系的基本规律，提出了选育实用光温敏核不育系的技术策略和导致不育的起点温度；二是针对漂移现象，设计出了以核心种子为关键环节的原种生产程序；三是发明了冷水灌溉繁殖技术，解决了低温敏不育系繁殖产量低的问题。1995年基本取得了两系法杂交水稻的研究成功，应用技术成熟配套，1996年开始大面积推广。两系法杂交水稻的育成和应用，标志着我国水稻杂种优势利用进入了一个新的台阶。人才培养——育种又育人在杂交水稻创新研究中，袁隆平研究小组后辈人才得到了很大的锻炼，可以说既“育种又育人”。如李必湖、尹华奇、邓华风等都成了杂交水稻研究的中坚力量；后来又通过研究实践培养了大批育种专家，使杂交水稻事业后继有人，兴旺发达。20世纪60年代初期，当水稻的雄性不育性研究还刚刚起步的时候，毕业于安江农校的李必湖与尹华奇，充当了袁隆平的助手。在科研中，袁隆平不仅重视专业知识的传授，还着眼于了解世界科研信息，要求他们学习英语；20世纪70年代初期，杂交水稻三系刚刚配套，袁隆平又将身边最早的两名得力助手李必湖、尹华奇先后送进农业大学深造，后来他们又多次被派赴美国传授杂交水稻技术。现在，他们都已提升为研究员，成为杂交水稻研究领域的技术中坚。在育种过程中，研究小组办起了杂交水稻研究速成班，培养了一大批来自全国各地的杂交水稻技术人员。其助手罗孝和、周坤炉等人也迅速成长为杂交水稻专家。湖南杂交水稻研究中心成立后，袁隆平亲自指导了好几个硕士和博士生。他利用自己在国际上的名望，从美国洛克菲勒基金会为中国争取到了生物学奖学金资助名额，于1988年首次派出自己的硕士毕业生谢放鸣赴美，在康奈尔大学坦科斯里实验室主任苏珊博士门下，一边读博士学位，一边合作研究。1990年以后，又相继派出肖金华、李继明、李新奇、符习勤等多名硕士生利用洛克菲勒基金资助赴美国或澳大利亚，一面继续学习一面利用国外设备进行研究。袁隆平先后推荐300多名国内杂交水稻科技人员到国外大学和科研机构进修深造。研究中心的5名留学博士都取得了突出的成绩。袁隆平将联合国教科文组织奖给他的15000美金全部奉献出来，作为杂交水稻科技奖励基金，尔后扩展为“袁隆平农业科技奖”，将美国水稻技术公司给他的顾问费全部用来设立“主任基金”，作为本单位中青年科技人员的研究经费，这些激励、扶植人才成长的措施为进一步发展杂交水稻科学研究发挥了重要作用。截止到2005年底，全国累计种植杂交水稻3.5亿公顷，增产水稻5亿吨，杂交水稻种植面积占水稻种植面积的60%，杂交水稻产量占稻谷总产量的65%，增产量可以每年供养6000万人口，在国外的种植面积约为150万公顷。由于水稻在世界粮食安全中发挥了巨大作用，联合国粮农组织（FAO）将发展杂交水稻作为解决了世界贫困地区饥饿问题的首先技术。点评：一个学科的发展不仅需要学科带头人，而且需要良好的团队精神和相互合作的科研群体。袁隆平凭借其学术成就得到同行们的认可，但是，由于科学的不断发展变化，任何一位科学家其个人所能解决的科学问题都是有限的，能否领导一个团队进行创新活动至关重要。袁隆平能围绕事业发展加强人才队伍建设，采用各种激励措施加强团队精神培养，不断增强领导班子的凝聚力和战斗力。在袁隆平的带领下，中国杂交水稻的技术创新经历了三系杂交水稻、两系杂交水稻、超级杂交水稻的发展历程，取得了系列重大科技成果，对中国乃至世界的粮食安全都作出了巨大贡献。（撰稿人：王国强）（二） 知识点简介创新的核心：创新思维。创新思维是人类为了满足自身需要，在对客观世界与自身的认识过程中不断变更视角的过程，是人类思维不断向有益于人类发展的方向动态化的改变。创新思维的特点：求异性、开放性、新颖性、灵活性。创新思维实际上是一种求异性思维，它体现出与其他常规思维活动形式不同的独到的创新意义，它所表现出的无论是思考问题的方式、方法，还是思维活动的结果等，都与传统思维活动存在着不同的新颖之处。创新思维作为一种能动活动不是静止的，也不是僵化封闭的，其自身处在不断的运动变化状态中。技术创新的属性：技术创新是技术实用化、应用化的过程；技术创新是技术与经济或社会相结合的过程。（1）技术创新是自然性和社会性的统一。技术创新要把自然因素和社会因素结合起来，把自然规律和社会规律结合起来。（2）技术创新是研究性和生产性的统一。（3）技术创新是技术性和经济性的统一。技术创新把抽象的观念转化为具体的实物，是对抽象的理论研究成果的再创造、再认识。技术创新是技术系统与社会、经济系统之间的纽带和桥梁，社会、经济系统将其对技术的需求变化通过技术创新传递给技术系统，技术系统又通过技术创新将它的增量力量作用于社会、经济系统，转化为经济增长和社会进步。（三） 案例思路主要问题水稻在粮食作物中，特别是亚洲人口密度大的区域粮食作物中，占有主导地位。长期以来，水稻育种主要采用纯系育种和杂交育种两种方法。虽然纯系育种方法一度成为我国近代水稻育种的主流，但是由于其效率较低则逐渐为杂交育种所替代。1926年中山大学教授丁颖开创了我国水稻杂交育种的新纪元。后来，国际水稻专家岁涉足到水稻杂交优势利用研究，但并未获得成功。主要原因经典遗传学理论认为，自花授粉作物没有杂种优势。而且国际主流观点仍然认为，水稻作为自花授粉的作物，经过长期的自然选择和人工选择，许多不良因子已被淘汰，留下的多是优良因子，自交不会退化，杂交水稻也不会有优势。主要对策（1）袁隆平不拘泥于传统，敢于提出新的观念，破除了经典遗传学理论关于“自花受粉作物无优势论”的理论束缚，认为之所以水稻杂种优势尚未能利用，是因为人工杂交制种的困难。（2） 为从理论上和实践上取得突破，他选择了寻求水稻雄性不育系以及相应的恢复系、保持系的三系法技术路线。艰难地探索，小心地科学求证，最终力克难关，提出了“三系配套”技术设想，实现了水稻三系法杂种优势利用。（3） 针对20世纪80年代中期三系杂交水稻的产量处于徘徊的局面，袁隆平又提出了“由三系法到二系法再到一系法，由品种间到亚种间再到远缘杂种优势利用”的杂交水稻育种的发展战略设想，并取得了两系法杂交水稻的研究成功，后开始大面积推广。（4） 在杂交水稻创新研究中，袁隆平研究小组培养了大批育种专家，使杂交水稻事业后继有人，兴旺发达，可谓“既育种又育人”。（四） 分析提示核心思想袁隆平不拘泥于传统，敢于提出新的观念，以求异性的创新思维破除了水稻“无优势论”理论束缚，率先开创水稻雄性不育与杂种优势利用的科学研究；他开拓创新，使杂交水稻研究由三系杂交水稻、两系杂交水稻，到超级杂交水稻不断冲向新的高峰。袁隆平的成果不仅丰富了作物育种理论与技术，而且大大提高了水稻产量，造福了中国及世界人民。问题结点（1） 袁隆平发明了杂交水稻，创立了杂交水稻学，实现了技术创新，这首先是其运用创新思维的结果。（2） 技术创新要与社会实践相结合，这样才能实现其真正价值。解决路径（1） 创新的核心是要有创新思维。创新思维是人类为了满足自身需要，在对客观世界与自身的认识过程中不断变更视角的过程，是人类思维不断向有益于人类发展的方向动态化的改变。袁隆平之所以创新水稻杂交育种技术，其关键就在于他消除了