我们吃的是杂交水稻吗，我们现在吃的每一个玉米

大家好，如果您还对我们吃的是杂交水稻吗不太了解，没有关系，今天就由本站为大家分享我们吃的是杂交水稻吗的知识，包括我们现在吃的每一个玉米的问题都会给大家分析到，还望可以解决大家的问题，下面我们就开始吧！

1、杂交品种在生活中已十分常见，我们吃的大米、玉米都是杂交品种，但目前杂交品种仍着面临品种选育难、杂交制种难、种子成本高这三个棘手的问题。为解决这些问题，无数科学家都希望能实现杂交品种的无融合生殖，达到杂种优势代代相传的目标！什么是无融合生殖？要如何实现？

2、出品："格致论道讲坛"公众号（ID：SELFtalks）

3、以下内容为中国水稻研究所研究员、2020年度陈嘉庚青年科学奖生命科学奖获得者王克剑演讲实录：

4、俗话说，民以食为天，历史上有很多因为粮食短缺导致的社会动荡，甚至战争的例子，可以说，粮食危机是长期困扰我们的难题。

5、其中一次发生在上世纪五六十年代，当时，二战刚刚结束不久，全世界人民生孩子的积极性特别高，所以世界人口是以历史上最快的速度进行爆发式的增长。

6、这时候，世界各国人民都感到非常的恐慌，觉得这样发展下去，粮食将很快就不够吃了，粮食一旦不够吃，带来的后果就是，可能第三次世界大战很快就爆发。

7、当时，粮食生产的主要问题是传统的小麦和水稻长得很高，很容易发生倒伏。

8、这时候出现了一位伟大的育种家诺曼·勃劳格，他花了将近20年的时间，培育了一个高产矮秆的小麦，提高了它抗倒伏的能力，实现了小麦产量的快速翻番。

9、后来，小麦的经验被成功地推广到水稻当中来，也实现了水稻产量的快速翻番，缓解了粮食危机，这就是我们大家都知道的第一次绿色革命。

10、据估计，勃劳格等人的工作挽救了大约10亿人的生命，其本人也因此获得了1970年的诺贝尔和平奖。

11、正当全世界都在为绿色革命的成功而欢欣鼓舞的时候，我们中国也开展了自己的绿色革命，袁隆平先生开始了杂交水稻的应用研究。

12、通俗地讲，就是不同亲本杂交产生的后代要比父母更加优异的现象。

13、我们从图中可以看一看，这里有父本、母本，还有杂交种，很明显，中间的杂交种，它要比父本和母本都长得高大、健壮。

14、杂种优势其实应用得很早，大约100年前，最先是在玉米当中得到应用，现在我们吃到的几乎每一个玉米，都是杂交品种。

15、但是，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，都存在一个问题，就是无法留种。

16、这是我们的杂交水稻，当代种在田里，可以看到，它显示出强大的杂种优势，长得高大威武，英俊潇洒，而且非常整齐划一。

17、但是，如果我们把这些种子收下来再种下去之后，会发生什么情况呢？

18、在下一代，我们可以看到，有的高，有的矮，有的胖，有的瘦，有的长了两个星期就开花出穗，而有的到了秋天收种的时候还没有开花。

19、所以到下一代，它的产量大幅度下降，杂种优势就丧失了。

20、这就像我们人类，一个妈妈生很多小孩，每一个小孩都会长得不一样，那杂种优势也会随之丧失。

21、所以如果杂种优势需要利用的话，必须每年进行杂交制种。

22、在了解杂交制种环节之前，我们先来看一下水稻花的结构，在绿色的颖壳里面包裹着雄花和雌花，就好像一对孪生兄妹。

23、正常的情况下，它们两个一起生长，到了开花结果的时候，雌花只能接受它的雄花，相当于妹妹只能和她的哥哥进行婚配，产生后代。

24、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。

25、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。

26、这是水稻人工去雄的现场，大家可以找找看，我也在这里面。我的技术还算比较熟练，但是一天最多也只能做几百棵的去雄工作。

27、很显然，这无法满足大规模的生产应用需求，那怎么办呢？

28、我们必须要提到袁隆平先生，他1964年，在中国科学院主办的《科学通报》杂志上发表了一篇重要文章“杂交的雄性不孕性”。

29、当时，他提出了利用雄性不孕的材料来完成杂交制种，免去刚才去雄的过程。

30、我们看这个图，虽然它的兄弟跟妹妹能够一起正常生长，但是它的雄性是不育的。这就免去了它自交的过程，只能和其他的进行杂交。

31、抱着这个想法，袁隆平和他的助手进行了长期的探索。

32、并成功地在1970年找到了一个雄性不育的野生稻，并以这个野生稻作为基础材料，成功地发展起了杂交水稻技术。

33、因为它雄性不育，可以和其他的进行杂交，但是它还有一个问题，就是刚刚提到的，杂交种必须每年进行制种，但是雄性不育系是没有生存能力的。

34、所以不育系往后代繁殖的话，必须借助于其他材料，这时候，育种家必须还要给她配一个堂兄弟，借助堂兄弟的花粉，来完成她的授粉。

35、这样，它的雄性不育系材料也能够有后代，这就是我们通常所说的三系法杂交水稻技术。

36、可以看到，三系法杂交水稻技术虽然做成了杂交的事情，但还是比较复杂。

37、后来，石明松先生发现了一个非常特殊的材料。

38、这个特殊材料在夏天高温的时候是雄性不育的，这样正好和其他材料进行杂交，但是到了秋天，温度降下来之后，它又是可育的。

39、这样的话，它的雄性不育材料自己也能够繁种，这就省去了配堂兄弟的过程，省去了很多时间和精力。

40、但是，不管三系法或两系法，它的应用都需要进行杂交制种。

41、我们来看一看，杂交制种是怎么制的。

42、我们看到，这个图当中长得比较高的，就是杂交的父本，它将来要提供花粉，而长得比较矮的，就是雄性不育系，将来要接受花粉。

43、水稻一般是在夏天最热的中午时分开花。

44、所以如果要杂交，农民必须在最热的时候到田间，通过竹竿或者绳子敲打雄性花粉，让花粉飘到空中，然后再降到不育系的头上，才能够完成杂交制种过程。

45、这个过程是非常辛苦的，对于育种家而言，制种也非常辛苦，它不仅要讲究郎才女貌、门当户对，还要讲究性格相投、优势互补。

46、这些还不行，还要讲究在合适的时间，合适的地点，遇到合适的人，就是开花时间必须要保持一致，这样才能完成杂交的授粉过程。

47、还不行，还有一个很重要的因素，就是它还要求在婚配之后，必须能够生出足够多的孩子。

48、有足够多的孩子之后，种子价格才不至于过高，这样它才会有生产利用价值。

49、每一粒米都包含了育种家以及农民的辛勤汗水，所以我们要珍惜粮食。

50、总结一下，杂交品种面临三个问题，一个是品种选育难，另外一个是杂交制种难，还有一个是种子成本高。

51、就因为这些问题的存在，很多杂种优势根本就没有办法利用起来。据估计，现在实际利用的杂种优势可能还不到千分之一。

52、比如小麦和大豆当中，虽然也存在杂种优势，但是一直没有办法进行大规模的商业化的利用。

53、这时候，大家可能想，有没有办法让杂交种自我繁殖，这样就免去每年杂交制种的过程。

54、以上存在的所有问题，都一起被解决了。实际上，在上个世纪三十年代，当杂交玉米刚刚开始利用的时候，科学家就提出来这么一个想法。

55、我们正常都是有性生殖，它的后代会高的高，矮的矮，会发生性状分离。

56、所以有没有可能让它自我繁殖，克隆繁殖，产生了后代，跟它的妈妈长得一模一样，这样，它的杂种优势就能够被维持住，能够一代一代地传下去。

57、所以，就提出了利用无融合生殖的策略去做。当时，全世界很多的科学家，很多的研究所都围绕这个方向进行攻关，把这认为是农业领域的一个圣杯。

58、我们正常都是进行有性生殖，有性生殖是什么呢？

59、就是必须要父亲和母亲共同参与，才能产生下一代。

60、而无融合生殖比较特殊，它只需要妈妈一个参与，生下来的孩子和妈妈长得一样，就好像到了女儿国，喝了子母河的水，直接生出小孩，没有爸爸的关系。

61、因为无融合生殖的发生一般伴随着有性生殖同时发生，就是它们一起开花结果。

62、最后不一样的地方就是结的种子不一样，一个跟妈妈一样，一个跟妈妈不一样，还带着爸爸的一些基因。

63、所以大家都想，这两者这么相似，那这两者之间肯定有一个沟通的渠道，就是说这两者之间，可能存在着一条密道，大家都在找这条密道。

64、大家花了很长时间，但一直没有找到这样的密道，为什么呢？

65、大家仔细想一下也很好理解，有性生殖对一个物种而言是非常关键的，它是一个物种繁衍的最关键的因素。

66、它受到成千上万基因的精密调控，一旦出现错误，一步不顺，可能就会掉入不孕不育的悬崖，然后就没有然后了。

67、大家都在尝试找这个密道，但一直没有找到这个密道，所以说，时间长了之后，很多科学家就开始怀疑，可能根本就没有这条密道。

68、如果说好听一点，这可能是一条密道，如果说得不好听，这可能就是一个坑，已经坑了很多科学家。

69、俗话说：“知己知彼，百战百胜”，现在我们对无融合生殖也依然缺乏了解。但是对有性生殖，我们相对了解比较多一点。

70、我们生活在大千世界里，有各种植物、动物，比如小麦、水稻、玉米、高粱、大豆，动物的话也很多，苍蝇、蚊子、猪、牛、羊、鸡、鸭、鹅。

71、也包括我们人类，看起来差别很大，但是到了有性生殖的环节，应该说是众生平等，它们都非常相似，我把它简单地概括为“聚、散、离、合”。

72、要经历“聚、散、离、合”四个环节，经过这四个环节之后，来自父亲和母亲的基因会发生交流，最后产生的受精卵，或者下一代，都跟父亲、母亲是不一样的。

73、同时，不同个体之间，就是兄弟姐妹之间，也会长得不一样。

74、因为这些环节对有性生殖都太重要了，所以“聚、散、离、合”任何一个环节出了错误，都可能导致不孕不育现象的发生。

75、而且这种不孕不育是雄性和雌性共同不孕不育。

76、我在中科院遗传发育所程祝宽实验室学习工作期间，主要就是找雄性跟雌性共同不孕不育的水稻。

77、然后解剖它们的结构，在显微镜下仔细观察它们，最后找到控制的相关基因。

78、这些工作在大家看来，可能是很没有意义也很枯燥的工作。

79、但是通过这些工作，我们渐渐对有性生殖的过程，特别是“聚、散、离、合”的每一个过程，有了一步一步的了解。

80、在做了这些工作之后，我们就想，有没有可能对有性生殖的“聚、散、离、合”同步进行突变，或者叫失活，它有没有可能从有性生殖走到无融合生殖的彼岸。

81、想到不如做到，我们就开始去尝试。

82、首先，这是一个正常的杂交稻在成熟，我们可以看到，它上面会结金黄色的种子，我们第一步对于“聚”的环节进行了突变，或者叫去除。

83、去除“聚”的环节之后，材料虽然也能够正常生长，但是它结实的时候，我们发现，上面一粒种子也没有，我们进一步把“聚、散”同时去掉。

84、我们发现，“聚、散”同时去除的材料依然没有种子，这也和我们的预期是非常相符的。

85、但是，当我们把“聚、散、离”三个步骤同时去除之后，意想不到的事情发生了。

86、我们发现，在正常生长的时候，这个水稻和正常的水稻不仅小时候长得一样，它成熟的时候，也长得一模一样。

87、这非常的意外，当时我们也不敢相信，仔细地确认之后，发现确实是这个情况，“聚、散、离”确实已经去掉了。

88、所以，我们下一步把种子全部种下去，看下一代会发生什么情况，看它能不能稳定地遗传。

89、我们把下一代种下去之后，发现它也能够正常生长，但是就看它小时候有点不太对劲，在长大之后，我们就发现它最后结的种子很少。

90、把它再往下种一代，我们发现，下一代基本上就长不起来，它很小的时候就夭折了。

91、我们对这些材料进行观察，发现正常的材料里面都会有一个父亲、一个母亲的基因，但是到第二代的时候，父亲的基因会变成两套，母亲的基因也变成两套。

92、再到第三代的时候，爸爸的基因就有四套，妈妈的基因变成四套。就好像一辆车只有油门，没有刹车，它会不停地加速，最后的结果就是车毁人亡。

93、因为是“聚、散、离、合”，我们去掉“聚、散、离”，现在就是最后一步，还差一个“合”，就是我们一辆车还需要油门，还需要一个刹车。

94、我们想找这样的刹车，我们就找这样的基因，进行单独去除，找了不同材料。

95、正常情况下，都有不孕不育现象的发生，但是有一组材料，它能够结种子了。红色标的地方可以看到能够结种子，种子数量不是很多，但是非常珍贵。

96、我们把它种下去之后看一看，到了第二代的时候，它小时候就表现得比别人矮，穗子也很小，最后它这个穗子也是完全不孕不育的，再往后就也不能走了。

97、我们检测之后，第一代也是两套，父母两套，到第二代的时候，它里面只有一套，要么来自父亲母亲的，父亲母亲只有一半嘛，会减半。

98、它只知道做减法，就像刹车一样，只知道踩住刹车，最后就停下来，无路可走了。

99、既然“聚、散、离”可以做成，“合”也可以。

100、假如“聚、散、离、合”聚到一起，同时去除会发生什么情况？

101、想到这里，我们开始去试，非常忐忑，我们最担心它是不孕不育。

102、但是也很幸运，我们发现它能够结实，种子也不是很多，红色标记标的地方，就发现“聚、散、离、合”同时去除，油门刹车聚在一起的时候，这辆车还能结种子。

103、我们把这个非常珍贵的种子种下去，不停地观察，第二代、第三代、第四代，现在已经到了第五代、第六代，发现它都能够结出种子。

104、虽然种子都不是很多，但是它能够稳定遗传下去。

105、对它的基因进行检测，里面父亲、母亲的基因都各有一套，说明它也维持了稳定，说明油门跟刹车聚在一起，确实能实现一辆车的平稳行使。

106、在我们的工作发表之后，袁隆平先生第一时间对我们的工作进行了点评。

107、第二天，他仍然觉得有点难以置信，赶紧联系我们，希望尽快当面交流，了解一下这个工作的细节。

108、当年我们的工作也只是证明了在有性生殖和无融合生殖之间，确实存在一条密道，但是这条密道当时还有一些问题。

109、我们刚开始十个人出发，最后有九个掉下，只有一个安全到达了彼岸。

110、所以，我们将来将围绕这个方向继续不断地研究和探索，希望把这条钢索建成一个钢桥，将来是十个种子都能够都能安全地过去。

111、因为杂交不能自留种的问题，现在杂种优势利用很有限，实际利用可能不到千分之一。

112、所以我们希望我们这个万一做成功之后，将来不仅仅在水稻当中，希望在更多的作物当中，比如小麦、玉米、大豆，还有西红柿，各种作物，只要存在杂种优势，希望都能够应用起来。

113、我们希望达到的终极目标是杂种优势代代相传。

114、最后我想用一粒正在黑暗中发芽的种子作为结尾，前方的路可能依旧困难重重，可是我想说，有种子就有希望。

115、“格致论道”，原称“SELF格致论道”，是中国科学院全力推出的科学文化讲坛，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办，中国科普博览承办。致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展。获取更多信息。本文出品自“格致论道讲坛”公众号（SELFtalks），转载请注明公众号出处，未经授权不得转载。

好了，文章到此结束，希望可以帮助到大家。