钱前院士：在长远的未来，让种子在宇宙中生根发芽

      科学是一个知识体系、一系列思维方式、一套研究方法。它如同一把神奇的钥匙，打开了无数未知之门，让我们得以深入了解自然的奥秘、拓展认知的边界。科学的影响无处不在，它不仅给予我们解决现实问题的力量，更赋予我们对未来的无限憧憬与想象。

      院士可谓科学征程上的灯塔，他们深厚的学识和丰富的经验引领科学前行的方向。从创新思维到人工智能，从探月工程到太阳观测，从原子能应用到高铁发展，院士们以追求卓越中曲折的科研经历，以通俗易懂、风趣的科普语言，在青少年心中撒播科学的种子，发挥科学家在“激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具有科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体”中的标杆作用。

      在新近出版的《我为什么爱科学：院士讲给孩子的故事》一书中，院士的故事中充满了坚韧、智慧与勇气，不仅仅具有教育意义，更犹如一盏盏明灯，具有极大的启发性和激励作用。

      “太阳常常在微笑，但偶尔也会烦闷、暴躁甚至狂怒。”“火星上看日落是什么样的？”“大家看到的极光一般是扭曲的各种颜色，为什么会这样？”……这些本身是严肃的科学问题，又是与日常生活息息相关的话题，在院士的娓娓道来中，兼具学术性与故事性，读来引人入胜、欲罢不能。

      作为一位在水稻遗传种质资源研究领域具有杰出贡献的科学家，钱前长期从事作物种质遗传资源学研究，尤其在水稻遗传种质资源发掘创新、重要农艺性状解析与分子育种等领域取得了显著成果。从微观的基因，到宏观的宇宙，钱前的水稻研究无所不至。那么，种子有什么用呢？种子的进化是如何进行的？人类为什么要花这么多的力气去保存种子？钱前从水稻育种的成就开始，讲述了一个种子的故事。

      以下选自《我为什么爱科学：院士讲给孩子的故事》，较原文有删节修改。已获得出版社授权刊发。

《我为什么爱科学：院士讲给孩子的故事》，新京报社 编著，赵峥 主编，人民日报出版社2024年6月版。

      探索那些藏在历史中的农耕智慧

      1962年，钱前出生于安徽安庆，少年时曾对遗传育种产生兴趣，1979年考入南开大学生物系遗传专业。1983年毕业后，曾报考中国农科院作科所小麦育种专家的研究生未果，进入中国水稻研究所工作，成为水稻育种的一名年轻科研人员，踏入育种领域。从那时起，每年带着种子南下北上，参加南繁育种，冬天在海南三亚，夏天在浙江杭州，在40多摄氏度的高温下做杂交、做调查，40年未改其志。

      1989年，钱前获日本北海道大学遗传育种专业硕士学位，1995年获中国农业科学院研究生院遗传育种专业博士学位。此后，钱前长期从事作物种质资源研究，尤其是水稻种质资源发掘创新、重要农艺性状解析与分子育种等，研究成果先后获国家自然科学奖一等奖、二等奖和国家科学技术进步二等奖等。

      研究水稻，一半在实验室，一半在田间，对钱前来说，还要在乡间田野寻找野生稻，在野生稻中发掘那些优异的基因和性状，把它们应用到育种中。

      传统的杂交选育，需要人工在田间寻找那些表现优异的植株，再加以培育和选择。在众人都选择更加强壮的植株时，钱前常常反其道行之，选择那些看似“瘦弱”的植株。有人和他开玩笑，说人家都去研究又高又壮的水稻，怎么他净挑这些奇形怪状的稻子？但钱前认为，基因是不会说假话的，它们的不同等位，决定了水稻的高、矮、胖、瘦，甚至是口感和品质。换句话说，一个品种高产或低产、口感好与坏、分蘖多与少，是由其内部基因序列的差异和表达调控的变化决定的。只有通过水稻性状，甚至是极端性状了解这些基因功能和作用方式，才能预测它们对水稻农艺性状的影响，进而培育最佳生长状态的水稻新品种。

      随着现代生物技术的发展，科学家对基因的了解越来越深入，育种也变得越来越精准，这给钱前的研究带来了更大的便利。在众多的野生稻中，钱前和其团队利用基因鉴定等技术，获得了水稻中的明星“小薇”以及它的姊妹材料，这是一种只有20厘米左右高的超矮秆水稻，适合工厂化生产，也适合未来的太空农场。2016年9月15日，“小薇”搭乘“天宫二号”空间实验室进入太空，探索太空植物培养的可行性。2023年7月25日，“小薇”再一次搭乘“问天”太空舱，一起在太空中，探索太空种植水稻的可能性。

20世纪70年代，钱前（右一）在江西省东乡县（今东乡区）寻找野生稻。（《我为什么爱科学：院士讲给孩子的故事》插图）

      从微观的基因，到宏观的宇宙，钱前的水稻研究无所不至。如今，他又开始循着时间的脚步，探索那些藏在历史中的农耕智慧。

      就在2023年11月，钱前倡议建立了全国梯田科技联盟，致力于保护和开发传统梯田。梯田是传统时代农耕智慧的结晶，人们在高山上建成梯田，利用自然的流水，在梯田中种植水稻，千年不绝，至今犹在。钱前觉得，这些人们千百年建成的良田，不应该被淹没在历史中，而是需要以科技的力量，帮助梯田和梯田上耕作的人们，转型为现代农业，让古老的梯田重新发挥作用。

      这可能正是钱前的科研之路，从微观到宏观，从空间到时间，但他做的事情，却只有一件，那就是发掘和利用水稻资源，育成更多更好的水稻。“科学总是在进步的，人对科学的认知也是没有止境的。科研人员唯有日复一日、不畏艰苦地把一件事做到极致，才能在自己的领域有所收获。”他说。

      农业发展中，种子一直都是最重要的部分之一

      种子大家都不陌生，花的种子、树的种子、粮食的种子，即便生活在城市中的人，多少也都接触过。

      从科学的角度讲，种子是遗传物质的载体，和它对应的一个说法，是种质资源。种质资源可以理解为生物留给下一代的遗传物质，种子是其中主要的载体。当前，全球保存着740多万份种质资源，90%是种子，其他的还有花粉、茎叶、DNA等形态。

国家作物种质库展示的种子。（《我为什么爱科学：院士讲给孩子的故事》插图）

      种子有什么用呢？当然是用来繁衍，种子的繁衍能力非常强，一粒种子，可以结出数十倍、上百倍的粮食，人类正是利用了这一点来生产食物。

      中国有悠久的农耕历史，漫长的时间里，形成了丰富的农业生物多样性，同时也为世界农业做出了突出的贡献。世界上的五大作物，有三大作物是中国人的祖先从野草驯化而来。比如，禾本科的水稻、谷子，豆科的大豆。在大约1万年前到5000年前的时间里，我们的祖先，把杂草一样的野生稻，驯化成了优质的水稻，把狗尾草驯化成了谷子，把同样像杂草一样的大豆祖先，驯化成了大豆。

水稻驯化史：从野生稻到未来水稻。（《我为什么爱科学：院士讲给孩子的故事》插图）

      这些作物的驯化，使得人类的食物得以保障，这就是我们的祖先为世界做出的贡献。

      种子如此重要，保存种子的工作自然也非常重要，全球各国都在花费巨资进行保存。我国也是如此。

      我国建有全球容量最大的农作物种质库，这是一座长期库，就是长期保存种质资源的地方。有人说它是种子银行，有人说是种子的挪亚方舟，都是一个意思。

      这里保存着目前能够收集到的所有种子，有许多在田间和野外已经消失了，但在这个库里还有。

      这座长期库中，保存着53万多份种质资源，其中大部分是种子的形态。这些种质资源先后经过了三个时期的收集：第一个时期是1955年到1958年，当时在全国征集地方品种，收集了21万份不同作物的种质资源；第二个是时期是1975年到1985年，又补充收集了19万份；第三个时期是2015年至2023年，也就是刚刚收官的第三次全国农作物种质资源普查与收集行动，这一次收集了大约13.9万份特色地方品种及野生资源。

 国家作物种质库外观。（《我为什么爱科学：院士讲给孩子的故事》插图）

      种子的保存中，国家库是核心，也是长期战略保存库。相对应的，还有众多的中期库、种质圃等。我们有15个中期库，分布在全国各地，主要功能是为各地科研提供种质资源。种质圃主要保存那些活体作物。人类为什么要花这么多的力气去保存种子？种子里蕴藏着可以改变世界的力量。

      水、空气、食物，是人类生存的基本要素，其中，只有食物是人类自己可以生产的。而在农业的发展中，种子一直都是最重要的部分之一。

      20世纪五六十年代，第一次农业绿色革命开始，主要表现就是作物的矮秆化。以水稻为例，原本水稻的高度和一个成年人差不多，矮秆化之后，株高降低了一半多，产量反而提升了一倍。

      中国是最早实现水稻的第一次绿色革命的，1956年，广东省农科院的科学家黄耀祥，以矮仔占4号和广场13号杂交，并在1959年育成了广场矮品种，随即开始大面积推广。同样在1956年，广东省潮阳县（今潮阳区）有两位农民，叫洪群英、洪春利，他们也选育出了一个矮秆品种。

      水稻从高秆变成矮秆，在国际上直到1966年才正式育成，水稻变矮了，产量却实现了倍增，所以当时被称为奇迹水稻。到20世纪80年代末，水稻年产量比之前十年，平均增长了60%以上。值得注意的是，在亚洲，90%的人口以大米为主粮。同时，绿色革命也在小麦等作物上先后实现，这意味着，这一粒种子的进化，解决了全世界的温饱问题。要谈种子的力量，就不能不谈杂交水稻。

      水稻是自花授粉的作物，一朵花上有雄蕊也有雌蕊，开花之后，非常短的时间里就会完成授粉。在当时，水稻的杂交一直是世界难题，甚至有不少国外的科学家认为，水稻并不具有杂种优势。

      解开这一难题的，是一株偶然发现的野生稻。1970年11月，袁隆平的助手李必湖，在海南找到了一株天然雄性不育的野生稻，这成为打开水稻杂交大门最重要的一步。到1973年，袁隆平成功实现了水稻杂交的三系配套，开启了杂交稻的新纪元。此后，杂交水稻的技术不断进步，产量、品质也都在不断提升，但一切的开端，都在那个冬天三亚农场里发现的那一株野生稻那里。

种子是农业的芯片，是保障粮食生产的重要基础。（《我为什么爱科学：院士讲给孩子的故事》插图）

      什么是创新？就是别人想不到或做不到的事情，你可以想到或者可以做到，就是创新。袁隆平一生追求创新，晚年也在不断超越自己，值得我们所有人学习。

      中国是第一个突破水稻杂交技术的国家，在这个领域，我们也一直领先于世界。1973年，育成第一个杂交水稻南优2号。同年，湖北的农技人员石明松发现了第一株自然光敏雄性不育水稻，为两系法的实现提供了基础。

      水稻杂交技术中，最初是三系配套，包括不育系、恢复系和保持系，不育系是杂交的基础，恢复系和不育系杂交后，即为杂交水稻，而保持系则是用于保持不育系不育特征的。不育系水稻用完了怎么办？必须有一个保持系，和不育系杂交后，产生的后代，仍然保持不育的特点。

      自然光敏雄性不育为杂交技术的突破提供了基础，这种水稻在夏季光热强度高时雄性不育，秋季光热较低时又可育，所以不需要保持系，只用不育系和恢复系即可。

      1986年，袁隆平先生提出了三系法、两系法到一系法的育种策略，这是一个由繁到简的过程。在袁隆平生前，就已经实现了两系法杂交育种。

      随着科技的进步，科学家们的育种手段也越来越高超。尤其是分子生物学、基因组学等现代学科的发展，给育种家带来了很多远超以往想象的工具。

      比如，基因剪刀，当人们越来越深入地认识基因之后，基因编辑就成了可能。科学家可以精准鉴定到某一个功能基因，并将其进行敲除或者复制扩大，发挥不同的功能。由此可以获得高产、美味、健康等各种不同特点的品种。

      同时，这些新的技术和工具，也使得袁隆平先生提出的一系法成了可能。所谓一系法，其实就是把杂交水稻的杂种优势固定下来，这样就不用年年制种了。

      过去常有人说，现在的杂交品种不能留种，这和杂交本身的特点有关，杂交的后代可能会表现出许多优异的性状，但这些性状不稳定，很容易再次分离，简单来说就是不会遗传给后代。现在有一批年轻的科学家，正在攻克这个难关，就是把第一代杂交种的杂种优势固定下来，使它们可以遗传给后代，这个工作也被中国科协评选为“2020十大前沿科学问题”之一。

      一粒种子的进化，凝聚了中国科学家几代人、数十年的努力、希望和智慧的结晶。杂种优势利用中，科学家结合了多种不同特性的种质资源，使品种不断完善，逐步形成了中国农业科技创新最具有代表性的学科。

      还是以水稻为例，袁隆平先生做的是野败型杂交水稻，同时期，还有红莲型杂交水稻、冈型杂交水稻、滇型杂交水稻等，在这个领域中，真正是群星璀璨。

      而且，自1979年起，杂交水稻远播五大洲近70个国家和地区，为粮食生产和农业发展做出突出贡献，为解决发展中国家粮食短缺问题提供了中国方案和中国智慧。

      在今天，水稻育种的技术仍然在不断提升，力量也在不断壮大。我们在袁隆平先生当年发现雄性不育野生稻的三亚，建立了国家野生稻种质资源圃，可以活体保存4万份野生稻，这些野生稻都是珍贵的资源，可以为育种科学家提供许许多多创新的素材。

      20世纪90年代，有美国专家提出，21世纪谁来养活中国？他认为到2030年，中国人口将会达到16亿，粮食缺口达到50%以上。

      某种程度上，我们要感谢他，他提醒我们，粮食安全要依靠自给。到今天，我们的口粮完全可以自给，小麦、水稻的种源也牢牢掌握在我们自己手里，这是保障14亿多人口大国的基石之一。

      种子的进化还在进行，或者说，随着科技的进步，种子的进化也变得更快了，从以前的老农育种，到杂交育种，再到利用现代生物学、基因编辑技术乃至数字技术等，进行智慧育种，能更精准、更高效地获得我们想要的品种。在长远的未来，种子还将跟随人类的脚步，踏入星辰大海，走向广袤的宇宙，而人们也将在太空中建成农场，让种子在宇宙中生根发芽。

      来源丨新京报 周怀宗

      编辑丨农财君

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