日前，國(guó)家安全部近日披露5起國(guó)家安全領(lǐng)域典型案例，其中，“間諜竊取我國(guó)雜交水稻親本種子”一案登上熱搜。為什么間諜機(jī)構(gòu)要偷種子？他們盯上的種子有多特別？會(huì)對(duì)我們產(chǎn)生什么影響呢？
親本稻種是什么？
得從雜交優(yōu)勢(shì)說(shuō)起
這次新聞里報(bào)道提到了雜交水稻的“親本稻種”，這可不是一般的種子。
在解讀什么是“親本稻種”之前，首先了解下雜交的概念。在生物學(xué)上，不同的種屬或者品種的交配被稱(chēng)為雜交，比如大家非常熟悉的雜交水稻就是由幾種水稻品系雜交而來(lái)。
為什么要進(jìn)行雜交？這就不得不提一個(gè)重要的生物學(xué)概念了：雜種優(yōu)勢(shì)（heterosis）。這是指雜交種的第一代在諸多生物學(xué)性能方面優(yōu)于親本的現(xiàn)象（仔細(xì)看這個(gè)定義，下面要考~）。
雜種優(yōu)勢(shì)在多種生物中均得到體現(xiàn)。動(dòng)物里雜交種在體型、繁殖性能、肉質(zhì)等方面具有優(yōu)勢(shì)，比如馬和驢雜交后的騾子有較強(qiáng)的體力和耐力，能在艱苦條件下工作，且性情相對(duì)溫順；植物里雜交種的生長(zhǎng)、抗逆、品質(zhì)等方面優(yōu)于親本，比如雜交水稻高產(chǎn)、抗病、抗倒伏。正因?yàn)槿绱耍s交是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上育種的重要策略。
△作物的雜種優(yōu)勢(shì)示意圖
但是，雜交育種，有時(shí)候可沒(méi)那么容易。今天中國(guó)人飯碗里的雜交水稻，當(dāng)年就經(jīng)歷了重重困難。
得到雜交水稻
太難了！
早在100多年前，科學(xué)家就提出了水稻具有雜種優(yōu)勢(shì)的理論。但是，理論歸理論，實(shí)際操作卻困難重重。一個(gè)重要的因素就在于水稻的特殊性，雌雄同株。也就是同一株上既有雄花又有雌花，那么水稻會(huì)自花授粉，結(jié)果就是自交，自然沒(méi)辦法進(jìn)行雜交而獲得雜種優(yōu)勢(shì)了。
△稻花結(jié)構(gòu)
在這種情況下，人們要怎么得到雜交的水稻呢？
一種解決思路就是人工去雄：把每朵花的雄蕊去掉只保留雌蕊，然后用其他花的雄蕊和它進(jìn)行雜交（小tip：為什么是去雄蕊而非去雌蕊呢？因?yàn)樾廴镏饕?fù)責(zé)產(chǎn)生花粉，而雌蕊則要負(fù)責(zé)接受花粉、并最終發(fā)育成果實(shí)，如果去掉了雌蕊，就沒(méi)法結(jié)果了）。
但是水稻的花非常微小，而且十分細(xì)碎，大家不妨從水稻的稻穗大小來(lái)反推一下，就可以看出這去雄的難度。更別提，你還要跟水稻搶時(shí)間，一不小心人家就自花授粉了（畢竟對(duì)于水稻來(lái)說(shuō)這更便捷）。因此，盡管人工去雄的方法理論上可行，但是實(shí)際操作難度非常大。想靠這種方法大規(guī)模得到雜交水稻，幾乎是天方夜譚。
科學(xué)家只能尋求另一種策略，就是找一種水稻變異株——雄性不育系（簡(jiǎn)稱(chēng)不育系）。這種水稻雄蕊發(fā)生了退化，只有雌蕊，無(wú)法進(jìn)行自花授粉，它要進(jìn)行繁殖只能和其他水稻雜交，這樣就可以在開(kāi)發(fā)雜交水稻的時(shí)候極大節(jié)省人力資源。
在過(guò)去很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，全世界的水稻育種學(xué)家都在苦苦尋找自然界里的雄性不育系。然而，在上世紀(jì)60年代之前，這種植株從未報(bào)道過(guò)，它到底是什么樣子大家也不知道，唯一的辦法就是到稻田里去尋找。而這也是雜交水稻最艱難的一步，我國(guó)科學(xué)家為此付出了巨大的努力，從袁隆平這篇60年前的論文中，我們可以看出當(dāng)年的艱難。
在論文中，袁老講述了他們尋找不育系的經(jīng)過(guò)：水稻抽穗期間一般是6~7月，正是一年最熱的時(shí)候，科研人員要在大晴天（而且是最熱的中午）拿著放大鏡和鑷子，挨個(gè)對(duì)每株水稻進(jìn)行檢查篩選。既要辨別水稻的開(kāi)花狀況，又要分辨花藥的情形。經(jīng)過(guò)反復(fù)篩選，他們才在14000余穗、4個(gè)品種中找到了6株雄性不育植株。
盡管這次結(jié)果令人欣喜，但是在后續(xù)的雜交中科研人員卻發(fā)現(xiàn)，這種雜交水稻并不能實(shí)現(xiàn)100%的后代不育，換句話，這些雜交種的后代有不少會(huì)發(fā)育成雌雄同株，又獲得了自交的能力（這就不大好了）。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家只能從天然的水稻中去尋找不育系了。畢竟農(nóng)田里的水稻都是經(jīng)過(guò)了人類(lèi)多年層層篩選馴化，雄性不育這種大家不大喜歡的性狀大概率會(huì)被篩選掉。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力，最終在1970年，科學(xué)家們成功在海南三亞的野生水稻中找到了野生的雄性不育株，這就是大名鼎鼎的“野敗”。
有了野敗，中國(guó)成功地在1973年建成了雜交水稻“三系”配套，也就是通過(guò)三種親本株來(lái)實(shí)現(xiàn)雜交水稻。當(dāng)時(shí)的平均畝產(chǎn)在矮化育種的基礎(chǔ)上增產(chǎn)20%，這意味著該品種每年能多養(yǎng)活7000萬(wàn)人。雜交水稻的成功被稱(chēng)為“第二次綠色革命”，幫助中國(guó)完成了從“糧食短缺到糧食安全”的轉(zhuǎn)變。
看懂雜交水稻生產(chǎn)指南
終于理解了啥是親本稻種
“三系法”是怎么得到雜交水稻的？請(qǐng)看下圖。
生產(chǎn)流程大致是這樣：一開(kāi)始，我們獲得了雄性不育系，但是不育系雄蕊是發(fā)育不正常的，只有雌蕊，沒(méi)法完成授粉，自然就沒(méi)法繁殖了。因此需要找一個(gè)可以讓雄性不育系能夠繁殖的品系來(lái)負(fù)責(zé)雄性不育系的傳代。這可不能隨便到稻田里選，而是要保證既能給雄性不育系授粉，又要保證后代還是雄性不育的，所以，這個(gè)特殊品系就叫做雄性不育保持系（簡(jiǎn)稱(chēng)保持系）。有了保持系，我們就可以批量獲取雄性不育種子，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。
準(zhǔn)備好了大量的雄性不育系之后，接下來(lái)就是要將雄性不育系“恢復(fù)”過(guò)來(lái)，讓它重新?lián)碛凶越坏哪芰Γ覀兎Q(chēng)之雄性不育恢復(fù)系（簡(jiǎn)稱(chēng)恢復(fù)系）。恢復(fù)系是另外一種水稻品系，其特點(diǎn)是可以將花粉授予雄性不育系的雌蕊，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的雜交，產(chǎn)生正常可育的種子，等這個(gè)種子發(fā)育成長(zhǎng)到開(kāi)花的時(shí)候就可以同時(shí)擁有雌蕊雄蕊。
可見(jiàn)，雜交水稻的實(shí)現(xiàn)需要三種不同功能的水稻親本來(lái)配合組成。不育系是雜交的基本要求，保持系來(lái)大量擴(kuò)繁不育系，恢復(fù)系則是讓不育系恢復(fù)可育產(chǎn)生種子并最終實(shí)現(xiàn)雜交。這三種親本的種子，就是新聞里提到的“親本稻種”了。
中國(guó)人在雜交水稻上的突破不僅僅是“三系雜交”。
“三系雜交”的局限性主要是育種過(guò)程比較繁雜，操作環(huán)節(jié)多，以及不同品系的水稻植株很難調(diào)控花期相遇實(shí)現(xiàn)授粉雜交等。于是，人們開(kāi)始新的探索，尋找“光溫性不育”植株替代上述的“遺傳性不育”植株。如果能做到人為環(huán)境控制下實(shí)現(xiàn)“雄性不育”，就能將繁雜的“三系雜交”變成相對(duì)簡(jiǎn)易的“兩系雜交”（也就是說(shuō)不需要保持系啦）。
1973?年，湖北省沔陽(yáng)縣沙湖原種場(chǎng)石明松在“農(nóng)墾?58”晚粳大田中發(fā)現(xiàn)了一種被稱(chēng)為“光敏感核不育”的水稻植株。他通過(guò)細(xì)致觀察發(fā)現(xiàn)，這種水稻植株的“雄性不育”和“雄性可育”可以相互轉(zhuǎn)化。在長(zhǎng)日照條件下抽穗會(huì)“雄性不育”，而在短日照條件下抽穗則“雄性可育”。也就是說(shuō)，通過(guò)調(diào)控稻田的光照時(shí)長(zhǎng)可以變換雄性花蕊的育性。這個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，開(kāi)啟了“光敏感核不育水稻”育種的先河。
在深入探明石明松發(fā)現(xiàn)的“光敏感核不育”水稻植株的不育機(jī)制的基礎(chǔ)上，袁隆平于?1987?年提出了雜交水稻從“三系法”到“兩系法”的發(fā)展戰(zhàn)略，開(kāi)創(chuàng)了“兩系”雜交水稻育種的新階段。在上世紀(jì)90年代，我國(guó)兩系法雜交水稻研究取得突破性進(jìn)展，平均畝產(chǎn)又增加了5%~10%。
隨后，我國(guó)又啟動(dòng)了“超級(jí)雜交水稻育種研究計(jì)劃”，采用了“形態(tài)改良與雜種優(yōu)勢(shì)利用相結(jié)合”的水稻超高產(chǎn)育種理論和技術(shù)路線來(lái)產(chǎn)生更加高產(chǎn)的雜交水稻。近些年來(lái)，隨著基因工程的改進(jìn)，雜交水稻已經(jīng)開(kāi)始朝著“一系法”的廣闊新天地去拓展了，結(jié)合基因編輯技術(shù)和無(wú)融合生殖，未來(lái)雜交水稻可能會(huì)實(shí)現(xiàn)更多讓人瞠目結(jié)舌的突破。
如今雜交水稻已經(jīng)全面開(kāi)花，國(guó)內(nèi)多個(gè)水稻研究機(jī)構(gòu)推出了許多雜交水稻品種，滿足了不同地理氣候土壤條件下的雜交水稻種植。
雜交水稻也不負(fù)眾望，產(chǎn)量節(jié)節(jié)攀高。2000年，超級(jí)雜交水稻畝產(chǎn)突破700公斤，2004年、2012年和2014年分別突破了800公斤、900公斤和1000公斤，到了2023年超級(jí)雜交稻高產(chǎn)攻關(guān)畝產(chǎn)更是達(dá)到了1251.5公斤。
這是什么概念？在上世紀(jì)50年代，水稻的單季平均畝產(chǎn)才170公斤，現(xiàn)在的產(chǎn)量是當(dāng)年的7倍還多。而雜交水稻的超高產(chǎn)量也達(dá)到了我國(guó)目前水稻平均水稻單季平均畝產(chǎn)470公斤的兩倍多。不僅如此，雜交水稻還走出國(guó)門(mén)，在全球數(shù)十個(gè)國(guó)家開(kāi)展了雜交水稻的研究和示范種植，年種植面積近800萬(wàn)公頃，為世界糧食安全作出中國(guó)貢獻(xiàn)。
不勞而獲！
危害國(guó)家糧食安全！
為什么賣(mài)種子會(huì)跟國(guó)家安全有聯(lián)系？相信看完當(dāng)年為了尋找雜交水稻親本我們付出的努力，你就會(huì)明白了。
尋找雜交水稻親本是非常耗時(shí)耗力且機(jī)會(huì)渺茫的，當(dāng)年我們付出了巨大的努力才最終找到了特殊的水稻從而得以開(kāi)展雜交研究。并且這些年我國(guó)一直在投入巨大的人力物力在進(jìn)行雜交水稻相關(guān)研究。間諜卻想著不勞而獲，直接獲得我們的雜交水稻親本，有了這些親本，他們就可以直接生產(chǎn)雜交水稻了，這直接侵犯了我們的權(quán)益。
這些我們經(jīng)過(guò)辛辛苦苦開(kāi)發(fā)的種質(zhì)資源如果流傳到國(guó)外被開(kāi)發(fā)利用后，可能會(huì)以高價(jià)回流到國(guó)內(nèi)，導(dǎo)致我們承擔(dān)更高的種子費(fèi)用，甚至還可能出現(xiàn)侵權(quán)的情況，這對(duì)于我們的糧食安全也是一種隱患。
當(dāng)然，你可能會(huì)問(wèn)，為什么他們不去竊取普通的雜交水稻，而是要竊取雜交水稻親本種子呢？
答案就在于，雜交水稻和所有的雜交作物一樣，如果用其后代繁殖，就會(huì)出現(xiàn)性狀分離，良莠不齊。所以必須用親本種子進(jìn)行配制雜交才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)良性狀，所以盜竊普通雜交水稻種子是沒(méi)意義的，必須是雜交水稻的親本稻種。
事實(shí)上，民以食為天，糧食安全是國(guó)家安全的核心之一，因此我國(guó)發(fā)布的《中華人民共和國(guó)種子法》也明確規(guī)定，國(guó)家對(duì)種質(zhì)資源享有主權(quán)。因此，任何單位和個(gè)人都不得擅自向境外提供種質(zhì)資源！
任何單位和個(gè)人向境外提供種質(zhì)資源，或者與境外機(jī)構(gòu)、個(gè)人開(kāi)展合作研究利用種質(zhì)資源的，應(yīng)當(dāng)報(bào)國(guó)務(wù)院農(nóng)業(yè)農(nóng)村、林業(yè)草原主管部門(mén)批準(zhǔn)，并同時(shí)提交國(guó)家共享惠益的方案。
正因?yàn)槿绱耍覀円Ｗo(hù)種質(zhì)資源，尤其是最核心的親本種子。
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院
責(zé)任編輯：李賽男
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