一种新材料带来的变革
——解密两系法杂交水稻技术亮点
编者按：2014年1月10日，2013年度国家科学技术奖励大会在京举行，“两系法杂交水稻技术研究与应用”项目获得了国家科技进步奖特等奖。该项目由袁隆平院士领衔，全国10多家科研单位、几十位科研人员历经20余年不懈探索，建立了两系法超级杂交稻的育种技术路线，解决了三系法杂交稻的主要限制因素，使水稻杂种优势利用进入一个新阶段。与三系法相比，两系法有什么优点？技术上有哪些突破？产业化前景如何？近日，记者采访了项目相关负责人，为读者详细解读这一新技术。
本报记者 李竟涵
将水稻亩产量由700公斤提高到988公斤；作为我国的独创技术体系被推广到美国，比当地的主栽品种增产20%以上；推动了世界杂交水稻的快速发展，带动了水稻种子产业的整体进步……这就是由袁隆平院士领衔攻关的“两系法杂交水稻技术研究与应用”。
日前该技术获得了2013年度国家科技进步奖特等奖，这是继1981年三系法杂交水稻技术获国家技术发明奖特等奖之后，杂交水稻研究第二次登上国家科技奖励大会特等奖的领奖台。从三系法到两系法，不仅是简单的一字之别，背后蕴含着杂交水稻育种技术的重大突破。
1一项突破
从5%到95%的资源利用率
作为经典的杂交水稻培育方法，三系法曾经为我国的粮食自足作出了巨大贡献，“三系”就是不育系、保持系、恢复系，然而这也成为限制育种的难题。“按照三系法的要求，现有籼稻资源中，只有0.1%可转育成不育系或保持系，只有5%可用作恢复系。”两系法项目第三完成人、国家杂交水稻工程技术研究中心研究员邓华凤说。
种子生产程序复杂、配组不自由和稻种资源利用率低等不足，限制了杂交水稻优势的发挥，直到一种新材料的发现打破了僵局。
这个新材料就是像两栖动物一样强大的光温敏核不育系。
1981年，石明松发现粳型光敏核不育水稻“农垦58S”，首次提出光敏核不育系一系两用的思路。在长日照条件下，光敏不育系表现不育，可作为不育系，用于生产杂交稻种子；在短日照条件下，它又能恢复可育，自交繁殖产生不育系种子，不需要保持系。1987年，邓华凤发现并随后育成籼型温敏核不育系“安农S-1”。光温敏核不育水稻的发现为两系法杂交水稻的研究提供了新材料。
与三系法相比，两系法杂交水稻最大的特点就是不再需要保持系。如果将不育系比作女孩，在三系法中，她需要找两个丈夫，和“保持系”这个丈夫生出来的还是女孩，即繁殖出的不育系；和“恢复系”这个丈夫生出来的则是男孩，就是可以卖给农户的种子。而在两系法中，她只需要“恢复系”一个丈夫。
邓华凤说：“光温敏核不育系只根据日照和温度条件来决定表现不育还是可育，理论上现有水稻资源中95%都可以转育成不育系或用作恢复系，选到优良组合的几率大大提高。”两系法种子生产程序简单，配组自由，稻种资源利用率高，较好地解决了三系法难以克服的难题。
借鉴两系法杂交水稻的理论和经验，两系油菜、高粱、小麦等也相继研究成功，为难以实现三系法杂种优势利用的作物提供了新途径。
2一种温度
决定成败的 23.5℃
光敏核不育系发现后，全国很快掀起两系法研究的高潮，然而一次失败让研究几乎难以继续。
1989年盛夏出现异常低温，导致在长日照条件下当时所谓的“光敏核不育系”恢复可育，制种失败。随后的研究证明，温度是育性转换的主导因子，光敏核不育系有了新的、更准确的名字——光温敏核不育系。
自然界温度的变化更为频繁，不像光照长度变化那么有规律，不育系易受温度影响，其繁殖的稳产性和制种的安全性都将受到极大的挑战，生产应用的难度将非常大。两系法杂交水稻研究陷入低谷。
关键时刻，袁隆平及时提出不育起点温度是实用光温敏核不育系的关键指标。低于不育起点温度，光温敏核不育系就会恢复可育，制种就会失败。
不育起点温度设定为多少合适？研究发现，7月中旬到8月下旬，长江中下游连续3天出现低于23.5℃的几率为五十年一遇，连续6天出现低于23.5℃的几率几乎为零。所以只要选育出不育起点温度低于23.5℃的不育系就可应用于生产，保证制种安全。
光温敏核不育系的不育起点温度要低于23.5℃，而水稻安全扬花期的温度又要高于21℃，适宜繁殖的温度范围很窄。怎样解决这一难题？研究团队开创了低纬度海南冬繁、常温加冷水灌溉夏秋两季繁殖、高海拔自然低温夏繁等技术体系，解决了繁殖的高产稳产难题。繁殖平均亩产高达386.5公斤，比三系法增产153.4%，成本减少了50%。
然而推广中发现，光温敏核不育系繁殖几代后起点温度会逐步升高，甚至可能升高到25℃，这就增大了制种难度。随着起点温度的升高，一旦遇到较低的温度就容易导致制种失败。为了解决这一难题，研究团队建立了光温敏核不育系核心种子和原种生产程序，制订了《不育系核心种子和原种生产技术规范》，保证了不育系群体不育起点温度的稳定性。
3一场变革
将逐渐取代三系法杂交稻
隆平高科日前表示，随着两系法杂交水稻技术的成熟，公司会将该技术进行产业化普及。
这只是两系法杂交水稻产业化发展的一个缩影。目前，长江中下游地区育成两系法杂交水稻新品种9个，新品种推广面积达3235万亩，推广增速远超于三系法杂交水稻，有20个两系杂交稻组合被农业部确认为超级稻主推品种。
其中，“Y两优1号”属于两系法杂交水稻中的王牌品种，也是目前国内销量和推广面积最大的杂交稻品种。据资料显示，“Y两优1号”在2008年的推广面积只有113万亩，而2013年达到了630万亩，复合年均增长率高达41%。
2013年10月，农业部发布公告，两系法杂交水稻品种“Y两优1号”顺利通过国家上游审定，预示着该品种推广面积将由此前的长江中下游区域扩展至上游区域，品种的优势将会进一步扩大。
湖南种企科裕隆公司董事长孙梅元说：“从2010年我们第一个两系品种通过湖南审定开始，两系品种已经成为公司的主要盈利来源。公司目前经营的杂交水稻品种中，两系品种占了70%，已经基本取代三系品种。两系品种产业化的快速发展，主要是因为其产量高、品质优，更受农民喜欢。”
然而今年因为越来越多的种企加入，两系品种的价格有所下降。为应对这一情况，科裕隆公司开始自己培育不育系，新组合正在准备进行全国审定。用孙梅元的话说，就是要做到“别人有的我们有，别人没有的我们也有”。
两系法杂交水稻带来的，除了技术上的创新，还有产业化的巨大机遇。面对这一机遇，许多种企都已跃跃欲试。
