水稻的一生只有短短的120~150天，非常短暫。.

 

而中國水稻研究所所長、全國超級稻研究與示范專家組組長程式華，則把自己的目光聚焦到了水稻更短的時間周期——水稻生殖生長期。

 

“實際上，水稻產量的30%~35%依靠水稻后期生長時光合作用的積累，因此，后期生長對于水稻產量有至關重要的作用。”正是認識到其重要性，程式華才對水稻的這個發育階段情有獨鐘。

 

功夫不負有心人。2011年，程式華的“后期功能型超級雜交稻育種技術及應用”通過了國家技術發明獎二等獎評審，該項目創建了新的超級雜交水稻育種技術體系。而這個體系，正是以提高水稻生育后期光合作用能力為目標的。

 

其實早在1986年，程式華就開始了他的超高產雜交水稻研究。

 

超級水稻遭遇“早衰”

 

民以食為天，中國的糧食安全應先解決溫飽問題。中國的水稻育種研究有很長的發展歷史，水稻單產曾經出現過兩次重大突破。

 

第一次是始于上世紀50年代末60年代初的矮化育種，主要通過降低水稻株高來培育新品種，所培育的新品種的耐肥抗倒性和收獲指數大幅度提高；第二次是上世紀70年代初期，雜種優勢的利用（所謂雜種優勢是指雜合體在一種或多種性狀上優于兩個親本的現象，雜種一代往往比它的雙親表現出更強大的生長速率和代謝功能），而成功培育出的雜交水稻使水稻平均畝產提高到400公斤以上。

 

一般來說，水稻主要有兩個亞種——粳稻和秈稻。早期的雜交育種主要是粳稻與粳稻之間，秈稻與秈稻之間進行，由于親本之間存在親緣關系，差異性小，因此產量有限。到上世紀80年代，雜交水稻的產量就很難實現突破。于是，超級稻開始進入人們的視野。

 

1981年，日本最早提出水稻超高產育種。中國、韓國和國際水稻研究所也先后開展超高產育種研究。國際水稻所在上世紀90年代初提出了新株型育種理論，并利用包括中國“沈農366”在內的粳稻種質資源選育出新品系。1994年，通過小面積試種，一些品系獲得了超高產。

 

1996年，在沈陽農業大學楊守仁等專家的積極倡議下，農業部正式啟動了“中國超級稻育種計劃”，從而拉開了中國超級稻研究的序幕。

 

從第一個超級稻品種誕生至今，農業部認定的超級稻品種已達到92個。推廣種植面積約占全國水稻種植總面積的四分之一，平均畝產達到575.2公斤，推動了中國水稻增產、增收。但是，一些早期的超級稻在推廣種植，甚至是實驗階段就出現了問題。

 

“超級稻是由粳稻和秈稻雜交而成的，就像是混血兒，親本之間的差異性很大，因此很可能出現后期功能性差的問題。”程式華直言不諱。

 

據了解，雖然某些超級稻營養生長良好，體型十分高大健壯，但是容易出現早衰現象，生殖生長期光合作用出現減弱情況，根系也不夠發達，致使水稻顆粒不夠飽滿，從而影響到水稻高產的發揮。一般來說，即使這樣的超級稻在氣候條件良好的種植區也能正常生長，而一旦遇到惡劣的氣候，其劣勢將暴露無疑。超級稻的早衰問題成為提高超級稻產量亟待解決的問題。

 

1999年，程式華提出“超級稻后期功能型”這一概念。“那時還只是一個模糊的念頭。”程式華回憶道。

 

而正是從這個模糊的概念開始，程式華走上了超級稻后期功能研究的道路，花費了9年才在2008年完成項目。如果再加上前期的一些基礎性工作和后來的大面積推廣，整個項目持續了20多年。

 

瞄準后期突破瓶頸

 

經過反復選育和研究，程式華發現多數青稈黃熟的水稻抽穗后，其光合作用下降很慢，且根系極為發達。為了解決超級稻生育后期根葉早衰，結實、灌漿差等綜合性狀不良的問題，程式華又將注意力集中在了水稻后期葉片光合作用和根系生長兩大問題上。

 

那么，追根溯源，青稈黃熟的雜交水稻，其親本組成怎樣？

 

帶著這個疑問，程式華開始進行秈、粳反復雜交試驗，最終他發現在父本為秈粳中間型時，雜種一代營養優勢和生殖優勢最協調，后期光合作用下降很慢，營養優勢與生殖優勢都突出，單株產量最高。

 

“采用這種親本選配方法，可實現超級稻營養生長與生殖生長的協調發展。”程式華說。

 

為了更好地選出良種，程式華還開發出了與秈、粳形態指數顯著相關的高效、準確的DNA特異標記，能夠快速地選擇良種。

 

在水稻研究中，根系的研究更為困難。根系埋藏在土壤中，在不損傷根系的前提下很難完全挖出，同時如何清理掉附在根系上的泥土，這些都讓程式華頗費腦筋。

 

柳暗花明又一村。正當程式華為此發愁的時候，他想到了水面種稻。水面種稻是指運用無土栽培技術，將水稻種在水面浮體物上。采用這種技術，具有取樣簡便、不易損傷根系等優點，克服了傳統的水田挖掘根系研究法對根系損傷重、工作量大、無法對育種大群體開展研究的缺點。非常湊巧，他所帶的一位博士原先的研究方向正是水面種稻，這可解了程式華“燃眉之急”。

 

后來，研究證明，根深指數越大，水稻葉片更直立、結實率更高，齊穗期不發根節的數量與綠葉數量也顯著相關。而粳稻的根深指數和不發根節數大于秈稻。通過秈、粳雜交，將粳稻的兩個根系特性導入到秈稻背景中，有利于提高秈稻的后期功能，進而提高結實率。

 

“利用根系指標選育超級稻的方法，可保證超級稻在生育后期具有較高的根系活力和較多的功能葉片。”程式華說。

 

以中國工程院院士、武漢大學生命科學學院教授朱英國等國內頂尖專家組成的鑒定委員會給予了該項目高度評價：“以提高水稻生育后期光合能力為目標的后期功能型超級稻育種技術體系，豐富了超級稻育種理論，完善了超級稻育種技術體系，居同類研究的國際領先水平。”

 

同時，該技術還獲得了國外同行的好評，國際著名水稻育種學家、世界糧食獎得主G.S. Khush表示，程式華博士開發出了秈、粳特異DNA標記，并在確定親本和雜種秈、粳屬性中加以應用，為提高水稻產量作出了巨大的貢獻。

 

規劃未來繼續前行

 

從1986年就開始研究超高產雜交水稻的程式華，到今天已經走過了26個年頭，程式華及其項目組在超級稻領域共獲得4項發明專利和4項品種權，直接育成7個“國稻”系列超級稻組合，累計推廣3000多萬畝，全國許多科研單位利用他們研發的技術，共培育出85個雜交稻新組合，累計推廣面積超過1.5億畝，獲得了不俗的經濟效益。

 

而程式華的想法很簡單：“干一行，愛一行”，樂于為保障中國的糧食安全作貢獻。當被問及他將來的工作重點時，程式華毫不猶豫地回答說，要繼續進行雜交水稻研究，將后期功能型超級稻育種技術進一步完善。

 

“現在水稻良種選育的目的性不強，只是大規模篩選，但是當水稻基因的遺傳性研究取得一定成果后，就可以進行分子設計育種，能夠加強水稻雜交育種的目的性，縮短育種時間。”程式華說，實現超級雜交稻分子設計育種也是他下一步的工作重點之一。■

 

《科學新聞》 (科學新聞2012年第2期 焦點)