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累計增產(chǎn)8.5億噸,7000萬人擺脫饑餓,中國人如何造出雜交水稻?|環(huán)球報道

時間:2023-02-16 09:54:20    來源:科普中國網(wǎng)    

現(xiàn)在我國雜交水稻的種植面積已經(jīng)超過了水稻種植總面積的一半以上,累計增產(chǎn)達(dá)到8.5億噸,7000萬人因此擺脫了饑餓,那么中國人到底是如何造出雜交水稻的呢?

說到雜交水稻的研究,早在1926年就開始了,當(dāng)時的美國科學(xué)家瓊斯通過研究發(fā)現(xiàn),水稻這種作物是存在雜交優(yōu)勢的。何為雜交優(yōu)勢呢?植物的性狀是由基因決定的,而基因又分為顯性基因和隱性基因?;虮旧硎浅蓪Τ霈F(xiàn)的,在一對配對成功的基因中,只要有一個顯性基因,那么植物則會表現(xiàn)出顯性性狀,只有一對基因全部都是隱性,才會表現(xiàn)出隱性性狀。

這意味著什么呢?意味著顯性性狀出現(xiàn)的概率要大于隱性性狀,所以植物只要不斷進(jìn)行雜交,就會將隱性基因逐漸淘汰。


【資料圖】

水稻這種植物非常有趣,它的優(yōu)勢性狀基本都是顯性性狀,所以通過不斷雜交就可以讓后代水稻變得更具優(yōu)勢。這聽起來很容易,但做起來很難,因此雖然早在20世紀(jì)50年代之前,雜交水稻就有了比較成熟的理論基礎(chǔ),但始終沒有任何一個國家的研究人員能夠真正將雜交水稻做出來。

水稻為什么雜交難呢?因?yàn)樗臼且环N自交植物,也就是自花授粉。

每一朵水稻花之中都有雄蕊和雌蕊,自己給自己授粉,在正常情況下根本沒有雜交的機(jī)會。那么人工去雄不就行了?所謂人工去雄就是在授粉開始之前將雄蕊剪掉,這樣就沒有辦法自花授粉,只能雜交了,但這種方法對某些植物來說可以,對水稻而言卻不行,因?yàn)槊恳欢渌净ㄖ唤Y(jié)一粒種子,也就是一粒米,如此一朵一朵、一株一株、一代一代地進(jìn)行人工去雄根本不可能。

人工去雄不可能,那就只有一個辦法了,就是找到一個天然的雄性不育水稻。

1961年,袁隆平在稻田里發(fā)現(xiàn)了一株與眾不同的水稻,這使他欣喜若狂,并將這株水稻命名為“鶴立雞群”。袁隆平將這株水稻的種子種在田里,悉心照料,但結(jié)果卻并不如人意,因?yàn)樗麤]有得到一片壯碩的稻田,而是得到了一堆參差不齊的后代,失望之余,袁隆平馬上想到了原因,“鶴立雞群”本身就是一株天然雜交稻,所以后代才會出現(xiàn)性狀分離,既然有天然雜交稻的出現(xiàn),說明原本的稻田之中一定存在著天然雄性不育株。

經(jīng)過一年的尋找,袁隆平和他的妻子以及學(xué)生一起終于在稻田中找到了6株天然的雄性不育株。

接下來怎么辦呢?這就要提到袁隆平所提出的雜交水稻三系配套法了,也就是我們經(jīng)常聽到的“三系法”。所謂三系法,第一系就是不育系,也就是要找到天然雄性不育株。有了不育株之后就可以開始進(jìn)行雜交了,不過雜交出來的水稻并不能直接進(jìn)行種植,因?yàn)殡s交水稻種依舊存在隱性基因,直接種植,后代就會出現(xiàn)性狀分離,所以就要開始第二系,也就是保持系。

所謂保持系就是要讓水稻在雜交之后,后代依舊保持雄性不育的性狀,這樣才能夠不斷進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn),淘汰隱性基因。

當(dāng)最終獲得了優(yōu)質(zhì)的雜交水稻之后,就要進(jìn)入第三系,也就是恢復(fù)系。不育株是沒辦法種植的,所以必須通過最后的雜交讓不育的雜交水稻恢復(fù)成可育的雜交水稻。至于保持系和恢復(fù)系具體如何操作,這就涉及到更多的遺傳學(xué)知識,在此不做深入討論。按照袁隆平的三系法,最終我們獲得了增產(chǎn)20%以上的汕優(yōu)63雜交水稻。后來,三系法又進(jìn)化成了二系法,也就是將保持系和恢復(fù)系合二為一,產(chǎn)量進(jìn)一步提升超過10%,現(xiàn)在我們所種植的雜交水稻都已經(jīng)是二系法雜交水稻了。

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標(biāo)簽: 雜交水稻 雄性不育 隱性基因

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