90年代初,总部设在华盛顿的世界观察研究所所长莱斯特•布朗在美国《国际先驱论坛报》等全国性报刊上连载了他的一篇长文:《谁将养活中国?——来自一个小行星的醒世报告》。这篇文章认为,如果中国走日本、韩国或台湾高速工业化的发展道路,中国将要失去大量农田,粮食将无法自给,将会引起全世界的粮价上涨和粮食短缺。
1995年春,针对布朗关于中国粮食问题的悲观言论,新华社对外部又组织记者采访中科院院长周光召和农业部部长刘江等,发表了一组中国能够自主解决粮食问题的稿件,在海外引起很大反响。
1996年9月11日,由中宣部和中华全国总工会在人民大会堂联合召开的全国科技十杰表彰大会上,袁隆平院士以《攀登杂交水稻研究新高峰,解决中国人吃饭问题是我毕生的追求》为题,从农业高科技这一角度对布朗先生的悲观论作了很好的回答。他说:
我国现有人口12亿,人均耕地面积不足0.093公顷,预计到21世纪30年代,我国人口将增加到16亿,人均耕地将减少到不足667平方米。未来靠谁养活中国人?这是人人关心的头等大事。对这个问题,美国经济学家莱斯特•布朗散布了悲观的论调,认为中国今后粮食不能自给,需要大量进口,从而会引起全球性的粮食短缺和粮价暴涨。布朗站在西方的立场看中国的事物,存在很大的片面性。其中最主要的是低估或轻视了科技进步对提高生产力的巨大潜力。
我是从事杂交水稻育种研究的农业科研人员。近几年,我国杂交水稻的年种植面积为1530万~1600万公顷,占水稻总面积的50%左右,产量则占稻谷总产量的57%。从1976年到1995年,杂交水稻累计种植面积1.87亿公顷,增产粮食2.8亿吨。我国水稻的平均产量在1950年只有141公斤/667平方米,到1995年达395公斤/667平方米,居世界前7位,45年内把水稻单产提高了1.8倍。稻谷总产量由1950年的5687万吨增加到1995年的18250万吨,水稻产量的增长速率大大超过人口增长速率。从我30多年的杂交水稻育种科研实践,我深深体会到:杂交水稻蕴藏着巨大的增产潜力,我们现在正在从事培育产量更高、米质更好的杂交稻的科技研究,对进一步提高我国水稻的产量和品质具有广阔的发展前景,再加上其他综合增产措施,中国完全有能力解决自己的吃饭问题。
饥饿启迪,促使我选定杂交水稻科研课题
1953年,我23岁从西南农学院农学系毕业,被分配到偏僻的湖南省安江农校任遗传育种教师。
难忘的1960年,中国一场子孙后代永远不能忘记的天灾人祸突然降临。一场遍布神州大地的来势凶猛的大饥荒严重威胁着人们的身体健康乃至生命。作为一名农校教师,面对饥荒,我心里非常不安:不能忘记自己童年时代抗日战争中的民族危机;不能忘记党和人民把自己培养成新中国第一代大学生,面对当前的大饥荒正在威胁着中国,心想:如果能充分发挥自己的才智,用学过的专业知识尽快培育出高产优质的农作物新品种,让粮食大幅度增加,用农业技术击败饥荒该有多好啊!
从那时起,我在搞好教学的同时,进行了一系列的农作物育种科研实践。
1960年7月,我在常规早稻品种中发现了一株“鹤立鸡群”的水稻。我想这株水稻也许可以成为好的育种材料吧!第二年春天,我把它播在试验田里。满以为会成为有希望的新一代。但事与愿违,它们的表现很不一致,迟的迟、早的早、高的高、矮的矮,而且没有一株的性状能超过它的前代。这使我大失所望,在悲叹之余,突然产生了灵感,我猛然醒悟到:这正是遗传学上讲的分离现象。“从遗传学的分离规律看,纯种水稻品种它的第二代是不会有分离的。只有杂种第二代才会出现分离现象。”现在,它的第二代既然发生了分离,那么,我去年发现的“鹤立鸡群”的稻株,就可以断定是一株“天然杂交稻”!想到这里,我几乎高兴得跳了起来,又返回田间,再一次来到出现分离的那些水稻植株的试验田里,仔细地进行调查,一一作了记载,反复统计运算,证明完全符合孟德尔的分离规律。我从理论上进一步论证了“鹤立鸡群”稻株是一株地地道道的“天然杂交稻”。这时,我脑海里像翻了锅似的,在琢磨、思考、设计、推敲,既然去年那株“天然杂交稻”的杂种第一代长势这么好,就充分证明了水稻也存在明显的杂种优势现象;既然自然界客观存在“天然杂交稻”,只要我们能探索出其中的规律,就一定能够培育出人工杂交稻来;那么,也就一定能够将这种杂种优势应用到生产上,从而将大幅度提高水稻的产量。由此我预见,搞杂交水稻研究,具有光辉的前景!我义无返顾地选定了杂交水稻这道科研课题,期盼利用农业科技来战胜饥饿。
艰难探索,攻破难关,使杂交水稻研究成功,为解决我国农民的温饱问题做出了贡献
水稻杂种优势利用能大幅度提高粮食产量,我已经坚信无疑了,但走通这条道路却很艰难。作为遗传育种教师的我,深深懂得只有两条路可走。一条是进行人工去雄。而用人工去雄杂交,就得一朵花一朵花地进行,产生的种子数量极为有限,不可能在生产上推广应用。另一条路,就是要培育出“三系”,利用“三系”法来大量生产杂交种子。所谓“三系”是指杂交水稻的三个亲本品系,一个是雄花不育的“母稻”,即雄性不育系;另外两个是给“母稻”授粉的两个“父稻”,一个叫保持系,因为它的功能是使不育系既能永远保持雄性不育,从而能使不育系传宗接代;一个叫恢复系,因为它的功能是使后代育性恢复正常,能自交结实。这种方法,也是很难办到的,所以国际上曾有专家断言,此路不通!我从中外资料上还了解到:早在1926年,美国人琼斯最早发现水稻有雄性不育现象。正式开展研究工作最早的是日本,始于50年代。相继有美国、菲律宾国际水稻研究所开展了研究,尽管他们实验手段先进,但都因这项研究的难度太大,都未能应用于生产。
在高粱与玉米杂种优势利用的启示下,我设想利用水稻的雄性不育系、保持系、恢复系,通过“三系”配套的方法,来代替人工去雄杂交,来生产杂交种子,想探索出一条具有中国特色的高科技发展粮食的道路。
要把“三系”配套的科学设想变为现实,第一步,要在自然界中找到水稻的天然雄性不育株,作为培育“不育系”的起点。这种天然的水稻雄性不育株,我自己不仅没有见过,连中外资料上也未见过报道。
从1964年6月20日这一天开始,我头顶烈日,脚踩污泥,驼背弯腰地在茫茫稻海中寻找那种神奇的“不育稻株”,整整找了15天,一直找到7月4日,什么也没有找到。我切身体验到了寻找天然雄性不育株的艰巨性,但我并没有丧失信心。因为美国人搞的杂交高粱、杂交玉米都是在自然界中找到天然雄性不育株的。我联想到高粱、玉米中能找到,水稻中为什么不能找到?外国人能找到,中国人为什么不能找到?到了7月5日这天,是我寻找不育株的第16天,我来到一丘洞庭早籼的稻田里,把全部注意力集中到正在开花和刚开过花的稻穗花药上,突然,目光在一株雄花花药不开裂、性状奇特的植株上停住了。我欣喜若狂,差点叫出声音来,“啊,这不是退化了的雄蕊吗?”16天来,还是第一次见到这样的植株。我马上用布条加以标记,并采集花药放到显微镜下观察检查,进一步证实了这是一株天然雄性不育株。从1964年6月到1965年7月,我前前后后共检查了14000多个稻穗,分别在4个水稻品种中,找到了6株珍贵的天然雄性不育株。成熟时,分别采收自然授粉的第一代雄性不育材料的种子。经过两个春秋的观察试验,使我对水稻雄性不育材料有了较多的感性认识。我把两年来获得的实验数据,进行了分析整理,写出了《水稻的雄性不孕性》的文章,发表在中国科学院出版的《科学通报》杂志上。
研究才刚刚起步,就遇到了“文化大革命”的暴风雨,在当时特定的历史条件下,有左的路线干扰,有人为的毁苗事件,还有在云南元江县南繁时的地震灾害。这些天灾人祸,有时甚至到了“苗毁人亡”的危险境地,但都没有能动摇我誓把杂交稻搞成功的决心。在这里我还得借此机会,特别要感谢当代伯乐、原国家科委九局局长赵石英同志。他与我素不相识,但他尊重科学、尊重知识、酷爱人才。是他及时看到了我在《科学通报》上发表的那篇文章以后,就高瞻远瞩地以国家科委九局的名义,向湖南省科委和安江农校,分别发出便函,责成他们支持我从事这项研究,才巧妙地保护了我和杂交水稻研究事业,使我免遭批斗,才有幸专心致志地在这一科研领域中探索。
在探索的征途中,我感到最艰难的还是技术上的一道道难关,横亘在我的面前。从1964年我发现水稻天然雄性不育株算起,我带领助手李必湖、尹华奇,整整花费了6年时间,先后用了1000多个水稻品种,做了3000多个杂交组合试验,到1970年止,还没有培育出不育株率和不育度都达到100%的不育系来,出现了我原来料想不到的困难。
理论上的压力,持不同学术观点人的冷嘲热讽接踵而来,育种界的权威人士说,“水稻是自花授粉作物,杂交没有优势。”也有的人说,“搞杂交水稻研究,是对遗传学的无知。”还有的人说,“外国人都没有搞成功,你一个中等农校教师的袁隆平还能搞成功?癞蛤蟆想吃天鹅肉!”等等。对于种种议论和讥笑,我并不介意,也无需去回答。我只坚信实践的权威,任何真理都要用实践来检验。摆在我面前的当务之急,是如何攻破“不育系”这第一道难关。
“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”!我国古代伟大思想家屈原的求索精神给我很大精神力量。从1964年6月到1970年6月,已经花费了2190个日日夜夜,品种用了1000余个,杂交组合试验做了3000多个,培育不出合格的“不育系”来,就无法继续前进!
这时,我心急如焚!但并不灰心。因为艰难探索正是科学研究的本色。何况是世界级的难题,我冷静而理智地总结了6年来的经验教训。
我认为:“三系”配套的设想是符合科学的,因而是正确的。因此必须坚定信念,刻苦攻关。但为什么第一步就行不通呢?难道是由于试验材料的局限吗?当我提出这个问题时,联想到遗传学中关于杂交亲本亲缘关系远近,对杂交后代影响的有关理论,使我思想豁然开朗。我比较了籼稻不育型种子与籼稻杂交的不良效果,继而又比较了粳稻不育型种子与粳稻杂交,仍然不理想的情况;接着又从籼稻不育型种子与粳稻杂交,效果略有提高的事实中,悟出一个道理,前两种情况效果差,可能是由于杂交材料亲缘关系太近,就像人类近亲繁殖,生下的后代不太聪明一样,后一种情况好一些,可能是由于杂交材料亲缘关系远一些的缘故吧!回顾6年来所用的试验材料,尽管品种数量过千,但都是栽培稻品种,从地理环境,到生物学特性,其亲缘关系都是比较近的。倘若我再把试验材料的亲缘关系尽量拉大,设想用一种亲缘关系远的野生稻与栽培稻进行杂交,效果可能会更好些?于是,我迅速调整了研究方案,提出了用“远缘的野生稻与栽培稻进行杂交”的新设想。
一种新的构想、新的希望,经历了6年艰难的探索之后,才涌现了出来。最后决定:去海南岛寻找野生稻!
1970年秋,我带领助手李必湖、尹华奇,再次来到海南进行杂交稻南繁试验。“机遇宠爱有心人”。新的机遇奇迹般地出现了。1970年11月23日上午,在我们的驻地海南岛崖县南红农场,我的助手李必湖与南红农场技术员冯克珊,共同发现一株奇异的雄花败育的野生稻,我们给它取名为“野败”。
“野败”的发现,为杂交稻“三系”配套打开了突破口,突破了多年来停滞不前的徘徊局面,给杂交稻研究带来了新的契机。
“野败”的发现,是我们在科研探索中的一个重要转折。但要把“野败”转育成合标准的“不育系”,还要做大量的试验研究工作。为了尽快地实现“三系”配套,我们毫无保留地无偿地将最新发现的珍贵材料“野败”奉献出来,分送给有关科研单位协作攻关。在大协作的推动下,我和同事们利用“野败”转育出了合格的不育系和保持系,攻克了第一道难关。1973年,在突破“不育系”和“保持系”的基础上,我们又广泛选用长江流域、华南、东南亚、非洲、美洲、欧洲等地的1000多个品种,进行测交筛选,找到100多个具有恢复能力的品种,找到了一批优势强的恢复系。1973年10月,我在苏州会议上,正式庄严宣告我国籼型杂交水稻“三系”配套成功。原来有人预言,“三系三系,三代人也搞不成器”,而事实上,不是三代人,而是在短短几年的时间内,“三系”就配套成功了!紧接着我们又相继攻克了杂种“优势关”、“制种低产关”等道道难关,为水稻杂种优势利用铺平了道路。1975年,全国多点示范373.3公顷,1976年迅速扩大到13.87万公顷,在全国范围开始应用于生产。从1976~1995年的20年间,累计种植杂交稻1.87亿公顷,增产稻谷2800亿公斤,取得了巨大的经济效益和社会效益。这就充分证明了高科技对粮食增产的巨大作用。1981年,杂交水稻这项研究成果,获建国以来我国颁发的惟一的一个特等发明奖;1985~1996年,我也因开创杂交水稻研究事业而连续荣获联合国等国际组织和英、美、日等国授予的6次国际科学奖。
开创杂交水稻研究的新局面,用高科技再登粮食产量新台阶
我国杂交水稻从科研到生产应用都取得了举世瞩目的成就,在全世界处于领先地位。但从它的发展前景来说,目前还只处在发展初期。从发展战略上看,杂交稻可分为三个战略发展阶段:即以三系法为主的品种间杂种优势利用,到两系法为主的亚种间杂种优势利用,再到一系法为主的远缘杂种优势利用。所谓“两系法”杂交稻就是培育出一种“两用核不育系”。不再需要“保持系”,也可以繁殖不育系种子。这种杂交稻种子生产程序简单,比三系杂交稻增产10%~20%。而“一系法”就是不需要年年制种可以固定杂种优势的杂交稻。它的增产潜力更大。这是从育种方法上讲的。再从杂种优势利用的水平来说,品种间杂种优势利用比常规稻能增产20%;亚种间杂种优势理论上要比品种间杂交稻又能增产20%~30%;而远缘杂交水稻,其杂种优势可能出现比人们现在想象的还强大的优势。
随着我国杂交水稻在世界各国的试验试种,杂交稻已引起世界范围的关注。近10多年来我先后应邀到菲律宾、美国、日本、法国、英国、意大利、埃及、澳大利亚、印度等国讲学、传授技术、领奖、参加学术会议和进行技术合作研究等国际性学术活动共20余次。尽管我国在这一研究领域领先,但其他一些国家也发展很快,来势很猛。在这种形势下,越要密切注视世界的研究动态。我利用出国的机会,虚心学习外国同行的最新研究成果和借鉴别人的教训,以不断丰富和开拓我国杂交水稻研究新领域。
80年代初期,我从菲律宾国际水稻研究所的合作研究中了解到,全世界面临人口膨胀、耕地锐减、粮食紧缺的世界性饥荒,而我国是一个拥有12亿人口的大国,尽管粮食连年增产,但仍然是我国一个十分严峻的问题。我国以占世界7%的耕地,要养活占世界22%的人口,提高粮食产量仍然是摆在我国人民面前的一项首要任务,任何时候都不能有丝毫放松,更不能依赖国外进口。面对这样严峻的粮食形势与国际国内杂交稻研究的新成果和我国这方面研究的雄厚基础,我于1986年及时地提出了开展两系法杂交稻研究的新课题,很快得到了党和国家的高度重视和大力支持。这一课题已及时被列入国家高科技的“863”发展计划,并任命我担任生物领域第一专题组组长。我们通过近10年的努力和协作攻关,两系法品种间杂交稻已基本成功,现正在向生产过渡,比现有三系杂交稻同熟期组合要增产5%~10%,“九五”期间正在大面积推广;两系法亚种间杂交稻技术上的难题也已基本解决,育出了一批很有希望的亚种间苗头组合,在试验田进行对比,产量比品种间杂交稻高20%左右,其产量潜力为5.5~6.0公斤/667平方米•日,中熟组合每667平方米可产700~750公斤,预计亚种间杂交稻可在“九五”后期应用于大面积生产,并将在21世纪初发挥巨大的增产作用。以年种植面积1300万公顷,每667平方米增产75公斤计算,每年能增加300亿公斤粮食,相当于一个中等产粮省份的全年总产量。
杂交水稻育种的更高层次的发展是通过生物技术利用远缘杂种优势。1995年我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的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。目前已开始进入这方面的研究,将常规育种手段和分子育种手段结合起来,利用水稻的远缘杂种优势,预计在21世纪初会取得又一次重大突破。
现在,国际国内杂交水稻研究事业方兴未艾,你追我赶,形势逼人,前景诱人!党中央、国务院对这项研究非常关心,党和人民对我个人也给予了很高的荣誉,曾先后多次授予我全国劳动模范和先进工作者、有突出贡献的科学家、“功勋科学家”。等光荣称号,曾先后推选我为全国人大代表、全国政协常委、全国科协常委、中国工程院院士。1989年8月29日,江泽民总书记、李鹏总理在中南海接见部分有突出贡献的科学家代表时,我也应邀参加;1991年3月16日,江泽民总书记在湖南视察期间,还专程来我们单位视察,听取了我们的汇报,与我们座谈并作了重要指示,对我的鼓舞很大;1994年12月16日,李鹏总理在湖南视察期间也专程来我们单位视察,听取我的汇报,并当场批准在长沙组建“国家杂交水稻工程技术研究中心”,从总理基金中特批1000万元作为启动基金,鼓励我们再立新功。我作为一名农业科研人员,决心进一步解放思想,与同事们继续深入探索,通过利用现代育种科学技术,使水稻的产量跳跃式地不断登上新台阶。举一反三,水稻如此,其他粮食作物同样具有美好的发展前景。例如受到两系法杂交水稻的启示,我国的两系法小麦、高粱和油菜已研究成功,先锋组合的产量比现有的良种可增产20%~30%。因此,我深信,在邓小平同志建设有中国特色社会主义理论的指引下,在以江泽民同志为核心的党中央的正确领导下,随着科学技术特别是高、精、尖技术的向前发展,再加上全国人民的艰苦奋斗,中国完全有能力依靠自己解决吃饭问题。
这是袁隆平第二次在人民大会堂发表长篇演讲,也是他以中国工程院院士的身份,从发展农业高科技的角度来回答布朗先生的悲观论调,在国内外引起了很大反响。