竹稻远缘杂交挑战育种难题

   "竹稻之父"钟章美研究竹子与水稻杂交四十余年

    竹稻远缘杂交挑战育种难题

    竹子和水稻杂交的结果是什么？

    钟章美40多年来探索的结果是：竹稻！

    在梅州市蕉岭县新铺镇矮岭村，76岁的钟章美被誉为"竹稻之父",从农校毕业后曾在海丰县农科所和蕉岭县农科所工作。上世纪60年代末开始，为了把竹子的耐寒、耐热、抗倒伏等特性转移到水稻上，他开始挑战竹子与水稻远缘杂交的世界难题，经过长期大量的实验，终于得到了竹稻。

    这一研究成果在学界引起轰动，围绕着竹稻中竹子基因的成分与所起到的作用等问题，争议不断。而竹子和水稻远缘杂交育成的品种能否通过品种审定，也还是个未知数。

    已经76岁的钟章美极其希望竹稻品种可以通过审定，他不希望此生留下遗憾。

    ●南方日报记者 汤凯锋 李秀婷 摄影 梁文悦

    实习生 朱成方 莫金 梅州蕉岭报道

    "不可能"的探索

    竹子与水稻是同科不同属的植物，要想远缘杂交成功，首先要解决两大技术难关，一是花粉受精技术，二是杂交后代不育问题

    上世纪六十年代，水稻经常遭遇干旱、倒伏等灾害。从农校毕业的钟章美有一天无意间看见竹子开花，他突发奇想：竹子一身都是宝，有60多种元素是人体所需的，如果能把竹子的优良基因转移到水稻上来该有多好！

    竹子是竹亚科，水稻是禾亚科，两个完全不同物种的杂交通常不亲和，具有排他性，这种被称为远缘杂交的技术一直是世界难题，很多人认为钟章美的想法"根本不可能实现".

    "要想竹子与水稻远缘杂交成功，首先要解决两大技术难关，一是花粉受精技术，二是杂交后代不育问题。"浙江大学生物系统工程与食品科学学院教授张英告诉记者，超远缘杂交在理论上可以实现，就像驴和马杂交可以得到骡，但骡是不育的，如果可以解决骡的育性难题，那就是大突破。

    考验一个接着一个。

    在研究过程中，钟章美首先遇到了水稻与竹子开花的时间差难题。青皮竹每年3-6月为开花季节，早上5-7时开花散粉，而水稻则在上午10时左右才开花散粉。钟章美通过温汤处理并拍打稻穗等方法，水稻终于在早上5-7时提前开花。

    选择何种水稻进行杂交是另一个考验。1970年，钟章美尝试选用"铁骨矮"、"广解九号"、"科情3号"做母本材料，均杂交配对失败。最后，他采用籼稻与粳稻杂交，并把杂交后所得的材料作为中间桥梁，再与青皮竹杂交。

    1971年，钟章美终于得到三粒竹稻杂交种子。三粒种子均发芽，但其中两株半途夭折，仅剩的一株禾苗经过736天的种植，长到2.5米高才开始抽穗，一共抽出14穗谷子，穗长一尺多，但都不结实。

    正当研究陷入困境时，时任中国农林科学院院长的金善宝听到消息后，专程从北京赶来考察竹稻。为了解决远缘杂交后代不育的难题，金善宝指导钟章美用秋水仙素进行处理，终于得到162粒种子。"有了种子就说明竹稻可能得到后代。"

    竹稻杂种后代的特点是表现优势大，分蘖力强、根粗叶旺、茎叶坚实、秆壁厚、硬度大、叶片长且硬等。但由于染色体重组，稳定性被动摇等原因，竹稻的杂种后代严重分离，出现生育期变异、结实变异、发芽力变异和形态变异等情况。

    为此，钟章美将竹子与水稻超远缘杂交成功的材料与水稻不断回交、复交，经过十六七代的培育，终于得到比较稳定的"竹稻966"和"竹稻989"等。

    基因检测的争议

    由于缺乏资金等客观原因，基因检测无法完成，竹稻在学术上一直存在质疑，不过也有专家认为，竹稻超远缘杂交的成功不用怀疑

    2003年，钟章美与梅州市农校开展竹稻研究合作，并邀请福建农林大学作物遗传改良研究所的专家为"竹稻966"和"竹稻989"进行遗传组成的检测。结果显示：初步推断"竹稻966"和"竹稻989"的基因组中含有来自"青皮竹"基因的成分。

    与此同时，一些专家提出了学术上的质疑。有专家认为，竹稻仍然需要更高层次的检测认定，来确定是否含有竹子基因；也有专家提出，需要看水稻杂交后一代、二代等标本，查阅整个选育过程的记录，才能判断竹稻的成分；由于目前的竹稻种经过十多代的培育，生长特性比较趋同于常规水稻，因此还有专家说，竹子基因对竹稻产量、抗性等贡献难以确定，甚至有专家担心竹子有效基因在选育过程中不断流失。

    目前的争议主要集中在基因检测上。"但做一个基因检测就要几百万元，单靠我的力量，根本不可能。"钟章美说。

    华南农业大学农学院副院长刘向东教授相信当时竹稻远缘杂交肯定取得了成功。"钟老保留了很多竹稻品系样本，这些样本确实与普通水稻不同。"

    张英的观点和刘向东一致。在她看来，钟章美所培育的竹稻，从香味、抗旱性、生长特性等外部特点来看，确实具有竹子的特性。她提出，其实不一定从基因学研究才能证明竹稻超远缘杂交的成功，即使做了基因检测，也不一定就可以证实，因为竹子的基因库现在还不完善。广东省农科院水稻研究所副所长王丰也认为，生物的任何性状都是受基因控制的，由于原始的杂交亲本水稻材料丢失，要完全区分竹稻中哪些DNA序列来源于青皮竹，确实不容易，况且青皮竹的基因组测序尚未完成，其基因库还不完善。

    王丰说，钟章美早年一些有关竹稻的材料确实具备竹子特性，而且他记载的数据也相当翔实清晰，比如关于种子不结实的记载，符合远缘杂交后代不育的规律；再比如用秋水仙素处理，用多倍体原理来育种，"这些都是当时业内非常盛行的做法。"

    原来，远缘杂种不育是普遍现象，但在植物中可用秋水仙素等化学药物处理杂种的生长点或分蘖节等有分生组织的部位，使体细胞的染色体加倍，变成异源四倍体，每一条染色体都有双份，就能像二倍体一样进行正常的减数分裂，形成可育的配子，这样，远缘杂种才可能有正常的繁殖能力。

    育种推广的艰难

    尽管通过检测，竹稻具备了优质、多抗性的特点，研究前景广阔，但育种仍面临考验，何时才能推广应用到生产生活中仍是未知数

    新中国成立以来，我国水稻品种经过由高秆到矮秆的变革，亩产量也由126公斤提升到了250公斤左右，但还是远不能满足社会需求。如何提高水稻的产量？世界公认的方法是走杂交之路，但却一直徘徊不前，直到上世纪60年代，中国工程院院士袁隆平艰苦探索，一步一步地开创杂交水稻的里程。

    杂交水稻属于近缘杂交，但水稻要再往高产优质发展，近缘杂交技术也存在局限。"就像马与马一样，同一个物种，无论怎么杂交，产生的后代也不可能和大象一样高大。"有专家如是比喻。

    粮食的优质高产似乎需要依靠远缘杂交技术的突破。

    早在上世纪70年代，中国科学院就成立了"遗传研究所粮食作物远缘杂交组",作为指导全国开展远缘杂交工作的政府机构。尽管远缘杂交所涉及到的作物非常广泛，但至今几乎仍无应用到生产上的突破。

    根据钟章美的研究及相关部门的证实，钟老研究的竹稻试种，亩产可达600公斤以上。

    王丰介绍说，他在研究中发现，钟章美的部分竹稻材料由于茎秆粗壮、纤维多、硬度大，虽然有螟虫咬，但只能在茎节处咬破进入，被虫子咬过的竹稻一样生长得很好。同时，他在试种中发现，竹稻的再生能力也很强。

    另外，王丰还做过实验，将竹稻的一个品系与正常水稻做了比较，分别将两种米煮成米饭后放进碗里，在8月份放置4天，结果竹稻煮成的米饭很少发霉，而普通大米的饭霉菌却很快长满了一碗。

    更让人憧憬的是，经过浙江大学食品系委托农业部稻米及制品质量监督检验测试中心的检测结果，竹稻所含的蛋白质、钙、锌、铁、硒等含量均比普通水稻高。

    正是如此，钟章美认为，虽然目前的竹稻还没有达到超越"超级杂交稻"的水平，但能够远缘杂交成功，已是世界性的突破。且根据竹稻试种表现，竹稻具有一定的科研价值，是最有希望运用到生产的品种之一。

    就在一切都顺风顺水时，竹稻的育种却出现了波折。

    根据《种子法》的规定，水稻新品种必须通过专业的品种区试和审定。2007年，钟章美等人选取"竹稻966"种子，向省相关机构申报区试审，但该品系却出现稻瘟病、产量低于对照品等情况，竹稻品种无奈被淘汰。

    "应该是我们送审的种子出现了问题。"钟章美回忆说，当时选择的竹稻种子在种植时，附近有其它杂交水稻，"没有严格隔离，花粉应该受干扰了。"

    竹稻没能通过区试和品种审定与大面积推广应用成了钟章美最大的心病。日前，他再次把竹稻种子送到省有关机构区试，预计需要两年时间才有结果。但他们还是担心，竹稻的区试审定会卡在基因检测的问题上。

    ■对话钟章美

    竹稻尚未育成 决心加倍努力

    南方日报：你觉得这次竹稻种子可以通过区试和审定么？

    钟章美：我们已经把竹稻种子送审，区试和审定时间需要两年的时间，我觉得这个事情一定可以成功，我一生人都在搞这个研究，如果我心里面觉得没有做成功的事，一般就不会向社会公布。

    前不久，有6个专家过来观察，看到我培育出来的竹稻像竹子一样高，说我所做的研究简直不可思议。我年纪大了，自己是没有办法的了，在理论上为什么可以杂交成功，我也希望有专家来求证和解答。总之，它能够成为一种新的事物出现。

    南方日报：为什么那么有信心？

    钟章美：我觉得这是一条前人没有走过的路，就像在矿洞中挖煤一样，已经看到一条碳线，前面可能有很多块石头，但如果我坚持打穿石头，前面可能就有煤炭了。所以，我做竹稻的研究，感觉每年都在进步。我做这件事，就是让农民的生产方式发生改变。总之，竹稻尚未育成，决心加倍努力，我把这句话写在墙上，希望此生不留下遗憾。

    南方日报：家人支持你吗？

    钟章美：很多人说我是傻子，大家都洗脚上田，我还下田搞农业。说实话，真的是"多吃咸鱼就多口渴，多做工作就多麻烦".在子女方面，我一直感觉很愧疚，作为做爸爸的人，我的研究没怎么样，钱也没有赚到，家里人跟着我吃了不少苦。

    不过，我的思想感动了家人。我的老婆不但很好地照顾我，而且在离开人世前，还专门嘱咐已经在深圳安家的儿子回来支持我的研究。所以，我儿子把深圳的房子卖了，专门回家帮我。我家里没有田地，租了20亩地搞研究。

    ■科学答疑

    什么是远缘杂交？

    不同物种杂交

    远缘杂交一般是指在分类学上物种以上分类单位的个体之间交配。不同种间、属间甚至亲缘关系更远的物种之间的杂交，可以把不同种、属的特征、特性结合起来，突破种属界限，扩大遗传变异，从而创造新的变异类型或新物种。

    远缘杂交产生的后代为远缘杂种。由于远缘杂交往往重演物种的进化历程，故也是研究生物进化的重要实验手段。远缘杂交一般不易结实，即使结实，杂种也通常不育或夭亡，杂种后代分离幅度大，分离世代长且不易稳定。远缘杂交在育种上的意义主要是：研究物种演化，创造新物种、改良旧物种、创造和利用杂种优势。

    本版策划统筹 赵威 徐林