目前,我国农村普遍推广的杂交水稻,主要属三系法品种间杂种优势利用的范畴。三系法品种间杂交稻单产一般比常规稻增产20%左右。其推广规模之大,速度之快,影响之深,在我国粮食生产发展史上都是前所未有的,充分显示了杂交水稻的强大生命力。1976年,全国种植杂交水稻13.86万公顷,仅占当年水稻种植面积的0.4%。1977年上升到206.7万公顷,占当年水稻种植面积的5.8%。1983年突破666.7万公顷,占当年水稻面积的20.3%。1990年突破1333.3万公顷,占当年水稻面积的49.8%。1991年达到1760万公顷,占当年水稻面积的54%。
随着三系法品种间杂交稻的推广,单产水平逐步提高。1976年,杂交水稻单产为280公斤;1977年达到358.9公斤,比上年提高28.2%;1983年突破400公斤;1990年达到445公斤。1976~1991年的16年中,杂交稻比常规稻年平均每667平方米增产约100公斤,年平均增长率为33.5%。
随着三系法品种间杂交稻的推广,有效地增加了稻谷总产量。江苏省66.7万公顷杂交中稻,从1984年起,连续5年每667平方米产量过500公斤;四川省200万公顷及湖北省66.7万公顷杂交中稻,每667平方米产量也相继过了500公斤;浙江、湖南由于双季晚稻大面积推广杂交稻,两省266.7万公顷杂交晚稻,每667平方米产量突破400公斤,从而改变了晚稻低产的状况,出现了晚稻超早稻的可喜局面。湖南省把大面积推广双季杂交稻作为开发吨粮田的主要途径,1986年,全省5.07万公顷双季杂交稻,有3.22万公顷过了吨粮;1988年25.8万公顷双季杂交稻,有7.07公顷每667平方米产量过了吨粮;1993年全省已开发吨粮田53.3万公顷,有醴陵、双峰等10个县(市)双季稻每667平方米产量过吨粮。过去水稻单产很低的川北、皖北、鄂西、苏北、湘西、湘南、闽西等地区,由于推广杂交稻,使粮食总产大幅度提高。1976~1996年,21年来,全国累计推广杂交稻2亿公顷,累计增产粮食3000亿公斤,取得了巨大的经济效益和社会效益,为我国粮食产量登上新台阶,解决农村温饱问题,做出了不可磨灭的历史性贡献。
袁隆平院士曾经这样评价三系法品种间杂交稻:“尽管它是研究应用的初级阶段,但它是经典方法,久经考验,在今后一个相当长的时间内还将继续发挥重要作用”。
根据袁隆平院士1985年提出的杂交水稻育种战略设想,三系法杂交水稻研究、开发成功后,我国开始了水稻两系法杂种优势利用的新探索。两系法杂交水稻是建立在光温敏不育系基础上,以获得杂种优势的杂交稻。所谓光温敏不育系,是在夏季高温长日照下表现不育,可用于制种;而在秋季短日照和较低温度条件下表现可育,可用于自身繁殖,免去了保持系。1987年国家“863”计划将两系法杂交水稻研究立为专题,袁隆平院士任专题组组长,组成了两系法杂交水稻协作组开展全国性的协作攻关。经过9年的努力,1995年袁隆平院士在湖南怀化召开的两系杂交稻现场会议上宣布:我国两系杂交水稻研究取得突破性进展,获得了基本成功,配套技术已经成熟,可以逐步在生产上大面积推广应用。
现在,全国两系法杂交水稻研究已育成了一批起点温度低、异交率高、配合力好、可供生产上应用的光温敏核不育系,并通过了省级技术鉴定;育成了9个通过省级审定的两系法杂交稻组合。在生产示范方面,全国累计种植两系杂交稻66.7万公顷,其中1997年为20.7万公顷,比1996年扩大了1倍多。两系杂交稻比同熟期的三系杂交稻每667平方米增产50~100公斤,且米质一般都较好。尤以湖南杂交水稻研究中心培育的不育系培矮64S及被全国10多个省、市、区用它配制出的系列组合表现突出,增产明显,如湖南杂交水稻研究中心选配的组合两优培特(培矮64S/特青),创造了湖南省中稻区试单产(631.8公斤/667平方米)、中稻单产(864.8公斤/667平方米)、一季稻加再生稻单产(1007.8公斤/667平方米)、长江流域双季连晚单产(775.17公斤/667平方米)、全国一季单产(1140.85公斤/667平方米)五项最高纪录。目前,国家“863”计划已将培矮64S系列组合作为两系法杂交水稻先锋组合加大力度在全国推广。
在两系杂交稻选育不断深入的进程中,在袁隆平院士的具体指导下,提出了两系法杂交稻研究以选育强优势亚种间杂交中晚稻和优质高产的杂交早稻为主攻方向。遵循这一技术路线,1997年取得了两个方面的重大突破:一是育成适合在长江流域作双季早稻的优质、高产双季早稻组合,解决了长期以来常规早籼稻产量低、米质差和三系杂交稻产量虽高但迟熟和米质不好的难题。如湖南杂交水稻研究中心育成的香125S/D68,不仅在湖南省区试中产量名列榜首,而且米质好,8项指标均达到部颁二级米标准。二是选育出了超高产亚种间苗头组合。如湖南杂交水稻研究中心与江苏省农科院合作育成的培矮64S/E32,1997年在江苏省南京、苏州、高邮三个点共试种0.24公顷,平均每667平方米产量达884公斤,达到了每公顷日产量100公斤的超高产指标,比曾经轰动一时的国际水稻研究所制定的超级育种计划提前了6年达标。
目前,袁隆平院士领导的协作组,正在采取常规育种手段与分子育种技术相结合的办法,加快该项目研究,预计在21世纪初将会取得又一次重大突破,从而将使水稻产量跃上又一个新台阶。
科学的发展是无止境的,水稻杂种优势利用研究呈方兴未艾之势,前景十分诱人。现在杂交水稻育种正沿着袁隆平院士设想的三个战略发展阶段迅猛发展,目前我国的杂交水稻科研与应用已发展到第二个战略阶段——两系法品种间与亚种间杂种优势利用阶段。杂交水稻育种的更高层次发展是一系法远缘杂种优势利用。
事物的发展规律总是由简到繁,又由繁到简地呈螺旋形向前发展的。杂交稻35年来的科学实践证明亦是这样。从方法上看,它是循着由纯系品种(一系法)向三系法,到两系法,最后又变为一系法的辩证规律发展的。若将杂交稻强优组合的优势固定下来,就可以免除年年制种,成为一系法杂交稻。
袁隆平院士认为,固定杂种优势的途径,以培育水稻无融合生殖系最有前途。无融合生殖是以种子的形式进行无性生殖,它可以使世代更迭,但不改变基因,后代遗传结构与母本相同。因此,通过这种生殖方式,可以将杂种1代的优势固定下来。同时利用无融合生殖,借助遗传工程,有可能培育出远缘杂交水稻,甚至属间杂交水稻。远缘杂交水稻有可能出现人们现在难以想象的强大优势。
杂交水稻育种的更高层次发展是通过生物技术利用远缘杂种优势。1995年袁隆平院士的助手们用分子标记的方法,结合田间试验,在野生稻中发现了两个重要QTL基因(RZ776和RG256),分别位于1号和2号染色体上,每一基因具有比现有杂交稻增产20%的效应,目前正在开始进行这方面的研究,将常规育种手段与分子育种技术结合起来,利用水稻的远缘杂种优势,预计在21世纪初将会取得又一次重大突破。