水稻：饭碗里的科学之光

文/史军

守在稻穗上，水稻变粮食

人类栽培的水稻有两个种，分别是非洲栽培稻和亚洲栽培稻。非洲栽培稻的种植面积很小，仅在非洲分布。而亚洲栽培稻的种植区域遍布五大洲，以亚洲种植最为集中。虽然不同品种的大米，口感、味道都有所不同，但在绝大多数情况下，我们吃到的米饭都是由“亚洲栽培稻”提供的。当然，如果你有机会深入非洲，还有可能吃到它的兄弟——“非洲栽培稻”的籽粒。不过，后者的产量和种植面积都不及前者。如今，亚洲栽培稻大有一统江湖之势。

水稻之所以能成为我们的粮食，是因为掌管籽粒脱落的基因出现了问题，它们失去了散播种子的能力。所有的籽粒都只能乖乖地守在稻穗上，等待农民伯伯去收割。

通常来说，植物的种子在成熟之后就会脱离母体去寻找新的生活区域，禾草类植物的种子更是如此，它们随时成熟随时掉落。

野生植物妈妈们都在费尽心思传播自己的种子，野生稻也不例外。它们的种子成熟时便自动脱落，顺着水流漂荡到很远的地方开疆拓土。这显然不是人类喜欢的特性，在长期的采集过程中，一些谷粒愿意留在枝头的水稻被我们的祖先注意到，从此开始从选择落粒性降低的角度对水稻进行驯化的过程。

研究人员使用了一种巧妙的寻找落粒抑制突变体的方法，来发现新的水稻落粒调控基因，并同时与已知的落粒调控基因联系起来。人类对于水稻落粒基因有了新的认识，而这是类似的基因突变，让谷粒留在了稻穗之上，也最终留住了人类，让人类成为这些植物的服务供应商。

基因缺陷成优势

说到中国水稻就不能不提杂交水稻，说到杂交水稻，就不能不提袁隆平院士。

袁隆平毕业之后就一直在从事水稻的育种工作。这项工作看起来简单，就是从稻田中选出那些谷粒大、穗子长、抗病虫的稻谷保存下来。待来年开春，再把这些谷粒播种下去，就能得到更多更优质的稻谷了。但是，这个过程漫长而枯燥，很可能有好多年都不会出现优质的种子。有的人可能会问，把那些长得好的水稻进行杂交，不就能得到更好的种子了吗？这话说得没错，并且从很早之前开始，这个手段已经被运用在西瓜、西红柿等的农作物身上了。

2010年，来自以色列希伯来大学和美国冷泉港实验室的研究人员，在英国《自然》杂志上发表的一项研究。科学家通过实验发现，让杂交产量大增的原因，竟然是一个本该促使西红柿开花的基因失去了作用，而这种有“缺陷”的个体会长出更茂盛的枝叶。当这些“缺陷”个体跟正常个体杂交时，茂盛生长和结果这两组基因就结合在了一起。于是，杂交个体便具有了高产特性。

实现杂交有难度

水稻的杂交并不容易实现。水稻的雌蕊和雄蕊是同时成熟的，一旦开花，所有的雌蕊都会被自家雄蕊产生的花粉占领。根本轮不到人们把外来的花粉送上去，也就不可能出现杂交的个体了。然而功夫不负有心人，袁隆平在稻田中发现了一株稻穗特别壮硕的水稻。他把这个稻穗细心收好，播种到田里，发现种出的水稻全然不像它们的父辈那样健壮，不仅稻杆高高矮矮差异明显，连谷穗也是大大小小各不相同。不过，这样的天然杂交个体出现的概率实在是太低了，在自然传粉的情况下，水稻的异花授粉比率低于5%。

那么，怎样才能高效地制造出杂交水稻的种子呢？可能有人会说，直接把一些水稻花的雄蕊去掉，用其他花朵给它们授粉不就好了。如果你见过水稻开花，就会发现这个做法并不可行，每个稻穗上都有上百朵小花，每朵小花有6个雄蕊，想要把这些雄蕊挑拣干净，简直是不可能完成的任务。

水稻育种就此进入死胡同了吗？袁隆平想到了另一条路——去寻找那些雄蕊本来就不发育的水稻个体，在接受了正常水稻花粉之后，这些雄性不育的水稻结出了谷穗，并且它们的后代里面也有雄蕊不发育的个体。1966年，这项研究发现发表在了学术期刊上，但是当时并没有引起大家的关注。

这些杂交后代，并没有如大家想象的那样长得更高更壮。于是，社会上出现了“杂交无用论”的争议。为什么杂交后的水稻没有优势呢？这主要是因为，这些栽培的雄性不育水稻同其他水稻的关系太亲近了。就如同动物界的近亲繁殖，有很大的可能会生下有缺陷的后代一样，这些关系亲近的水稻一样不会有什么太好的结果。

不过，故事并没有就此结束。在海南发现的一株雄性不育的野生稻，拯救了杂交水稻事业。在引入这株名为“野败”的水稻个体之后，整个杂交水稻的道路被打通了。在此后的1976年，全国推广杂交水稻208万亩，增产幅度普遍在20%以上。中国的粮食产量达到了划时代的高度。中国的杂交水稻成为世界农业史上一个重要的里程碑。