水稻：飯碗里的科學之光

史軍

守在稻穗上，水稻變糧食

人類栽培的水稻有兩個種，分別是非洲栽培稻和亞洲栽培稻。非洲栽培稻的種植面積很小，僅在非洲分布。而亞洲栽培稻的種植區域遍布五大洲，以亞洲種植最為集中。雖然不同品種的大米，口感、味道都有所不同，但在絕大多數情況下，我們吃到的米飯都是由“亞洲栽培稻”提供的。當然，如果你有機會深入非洲，還有可能吃到它的兄弟——“非洲栽培稻”的籽粒。不過，后者的產量和種植面積都不及前者。如今，亞洲栽培稻大有一統江湖之勢。

水稻之所以能成為我們的糧食，是因為掌管籽粒脫落的基因出現了問題，它們失去了散播種子的能力。所有的籽粒都只能乖乖地守在稻穗上，等待農民伯伯去收割。

通常來說，植物的種子在成熟之后就會脫離母體去尋找新的生活區域，禾草類植物的種子更是如此，它們隨時成熟隨時掉落。

野生植物媽媽們都在費盡心思傳播自己的種子，野生稻也不例外。它們的種子成熟時便自動脫落，順著水流漂蕩到很遠的地方開疆拓土。這顯然不是人類喜歡的特性，在長期的采集過程中，一些谷粒愿意留在枝頭的水稻被我們的祖先注意到，從此開始從選擇落粒性降低的角度對水稻進行馴化的過程。

研究人員使用了一種巧妙的尋找落粒抑制突變體的方法，來發現新的水稻落粒調控基因，并同時與已知的落粒調控基因聯系起來。人類對于水稻落粒基因有了新的認識，而這是類似的基因突變，讓谷粒留在了稻穗之上，也最終留住了人類，讓人類成為這些植物的服務供應商。

基因缺陷成優勢

說到中國水稻就不能不提雜交水稻，說到雜交水稻，就不能不提袁隆平院士。

袁隆平畢業之后就一直在從事水稻的育種工作。這項工作看起來簡單，就是從稻田中選出那些谷粒大、穗子長、抗病蟲的稻谷保存下來。待來年開春，再把這些谷粒播種下去，就能得到更多更優質的稻谷了。但是，這個過程漫長而枯燥，很可能有好多年都不會出現優質的種子。有的人可能會問，把那些長得好的水稻進行雜交，不就能得到更好的種子了嗎？這話說得沒錯，并且從很早之前開始，這個手段已經被運用在西瓜、西紅柿等的農作物身上了。

2010年，來自以色列希伯來大學和美國冷泉港實驗室的研究人員，在英國《自然》雜志上發表的一項研究。科學家通過實驗發現，讓雜交產量大增的原因，竟然是一個本該促使西紅柿開花的基因失去了作用，而這種有“缺陷”的個體會長出更茂盛的枝葉。當這些“缺陷”個體跟正常個體雜交時，茂盛生長和結果這兩組基因就結合在了一起。于是，雜交個體便具有了高產特性。

實現雜交有難度

水稻的雜交并不容易實現。水稻的雌蕊和雄蕊是同時成熟的，一旦開花，所有的雌蕊都會被自家雄蕊產生的花粉占領。根本輪不到人們把外來的花粉送上去，也就不可能出現雜交的個體了。然而功夫不負有心人，袁隆平在稻田中發現了一株稻穗特別壯碩的水稻。他把這個稻穗細心收好，播種到田里，發現種出的水稻全然不像它們的父輩那樣健壯，不僅稻桿高高矮矮差異明顯，連谷穗也是大大小小各不相同。不過，這樣的天然雜交個體出現的概率實在是太低了，在自然傳粉的情況下，水稻的異花授粉比率低于5%。

那么，怎樣才能高效地制造出雜交水稻的種子呢？可能有人會說，直接把一些水稻花的雄蕊去掉，用其他花朵給它們授粉不就好了。如果你見過水稻開花，就會發現這個做法并不可行，每個稻穗上都有上百朵小花，每朵小花有6個雄蕊，想要把這些雄蕊挑揀干凈，簡直是不可能完成的任務。

水稻育種就此進入死胡同了嗎？袁隆平想到了另一條路——去尋找那些雄蕊本來就不發育的水稻個體，在接受了正常水稻花粉之后，這些雄性不育的水稻結出了谷穗，并且它們的后代里面也有雄蕊不發育的個體。1966年，這項研究發現發表在了學術期刊上，但是當時并沒有引起大家的關注。

這些雜交后代，并沒有如大家想象的那樣長得更高更壯。于是，社會上出現了“雜交無用論”的爭議。為什么雜交后的水稻沒有優勢呢？這主要是因為，這些栽培的雄性不育水稻同其他水稻的關系太親近了。就如同動物界的近親繁殖，有很大的可能會生下有缺陷的后代一樣，這些關系親近的水稻一樣不會有什么太好的結果。

不過，故事并沒有就此結束。在海南發現的一株雄性不育的野生稻，拯救了雜交水稻事業。在引入這株名為“野敗”的水稻個體之后，整個雜交水稻的道路被打通了。在此后的1976年，全國推廣雜交水稻208萬畝，增產幅度普遍在20%以上。中國的糧食產量達到了劃時代的高度。中國的雜交水稻成為世界農業史上一個重要的里程碑。