杂交水稻全国重点实验室试验田中待收割的水稻。（杂交水稻全国重点实验室供图）
（制图：王婵）
水稻，全世界最重要的粮食作物之一，全球超过一半的人口将其作为主要食物来源。
统计数据显示，去年我国水稻种植面积约4.5亿亩，产量超过2.1亿吨，平均单产470公斤，是世界平均单产的1.7倍。远超世界平均水平的产量，杂交水稻居功至伟。
今年4月10日，习近平总书记在海南三亚考察时强调，种子是我国粮食安全的关键。只有用自己的手攥紧中国种子，才能端稳中国饭碗、实现粮食安全。作为世界上首个成功研发和推广杂交水稻的国家，我国的杂交水稻研究处于国际领先地位，不仅用实际行动回答了“21世纪谁来养活中国人”的疑问，而且对世界粮食安全和良种技术传播做出了重大贡献，堪称我国科技领域自主创新的标志性成就。国际上评价，“杂交水稻是中国继四大发明之后对人类做出的第五大贡献”。
一粒种子改变世界，一项技术创造一个奇迹。那么，被称为“东方魔稻”的杂交水稻与普通水稻有什么不一样，当前的研究重点有哪些？如何让老百姓既吃得饱，又吃得好吃得健康？记者带您走进杂交水稻全国重点实验室一探究竟。
第三代杂交技术让水稻实现“婚姻自由”
制种和繁殖更为简便，普通农民也可“驾驭”
湖南省衡南县向阳桥街道清竹村，杂交水稻全国重点实验室的超级杂交水稻高产试验示范展示基地坐落于此。
立秋刚过，稻田里绿油油的晚稻秧苗正在拔节。一个月前，这里的早稻通过现场测产验收，平均亩产再创新高——686.89公斤。
过去两年，也是在这里，杂交水稻双季亩产均突破1500公斤，平均亩产纪录频频被刷新。这意味着一亩地双季产出的稻米可以养活约5个人。
“杂交水稻之父”袁隆平院士生前提出的攻关目标实现了。而这一目标的实现，离不开良种——“叁优一号”。
以晚稻身份“应考”的“叁优一号”，被称为第三代杂交水稻的“尖子生”——2020年平均亩产911.7公斤，2021年平均亩产936.1公斤，不仅挺拔高大，而且穗粒饱满。
“在双季稻中，晚稻的实际亩产要想突破700公斤是很难的。”杂交水稻全国重点实验室研究员李新奇告诉记者，这充分体现出第三代杂交水稻的潜力所在。
据介绍，从50多年前袁隆平院士发表那篇改变世界水稻史的论文《水稻的雄性不孕性》开始，我国科学家将杂交水稻育种从“三系法”发展到“两系法”，水稻产量连上台阶，但也进入了“缓慢增长期”。第三代杂交技术被袁隆平院士看作是突破亩产“天花板”的关键，也是“未来水稻杂种优势利用的一条理想途径”。
何为第三代杂交技术？
“简单来讲，第三代杂交技术让杂交水稻实现了真正的‘婚姻自由’。”李新奇打了个比方。
“杂交水稻的本质，就是要在‘茫茫稻海’中找到最优的那一组配对。”杂交水稻全国重点实验室副主任吴俊解释说。
据了解，第一代杂交技术即“三系法”，需要不育系、恢复系、保持系互相配组。利用这一技术培育出一个优秀的杂交水稻新品种，就好像在成千上万个水稻材料中，只有A和B才适合“结婚”，而B还藏在“茫茫稻海”里，若要相遇，不仅需要耗费很大的精力，还需要很多运气。
第二代技术是“两系法”，母本有个“独门绝技”——根据光照、温度不同，可改变自身育性。也就是说，A可以和其他所有水稻“结婚”，选择面大大提高了，但因受环境影响大，无法保证能够稳定产生后代。
而第三代技术，不再是只为A服务，它让所有的水稻在理论上都能找到适合自己的“另一半”，并产生优良后代培育杂交水稻新品种。该技术以遗传工程雄性不育系为遗传工具，不仅兼具“三系法”不育系育性稳定和“两系法”不育系配组自由的优点，同时还克服了“三系法”育种所需的恢复系、保持系材料难以获得导致的不育系配组受限，以及“两系法”不育系可能因天气原因导致制种失败和繁殖产量低的缺点，在任何地区任何时候都是稳定不育的，制种和繁殖都非常简便。
“以我们目前掌握的技术来说，单季第三代杂交水稻的亩产达到1200公斤甚至1300公斤，不是难事。”杂交水稻全国重点实验室副主任赵炳然说。
在高产之外，第三代杂交水稻还有诸多优势：“饭量”和普通水稻差不多，无需大水大肥；对生态环境和种植技术要求不“挑剔”，无需特殊照顾，普通农民也可“驾驭”。
“海水稻”并非是在海里种水稻
耐盐碱水稻让“亿亩荒滩变良田”
8月10日下午，接到记者电话时，年近花甲的李新奇正在出差返回长沙的高铁上。
“水稻专业是一门应用科学，电脑里长不出水稻，书本里也长不出水稻，要种出好水稻必须得下田。”作为袁隆平院士的学生，李新奇始终谨记恩师教诲。据介绍，他此次出差途经多地，很重要的一件事是解决“海水稻”种植试验中出现的难题。
“海水稻”是生长在海里的水稻吗？
面对记者的疑问，李新奇解释道：“海水稻”并不是生长在海里的水稻，而是泛指抗盐抗碱性的水稻，所以又称为耐盐碱水稻，可在沿海滩涂的盐渍地和我国东北、华北、西北内陆一些盐碱地里生长。
研发耐盐碱水稻品种，是科研人员落实“藏粮于地、藏粮于技”要求的生动体现。
业内专家表示，我国耕地面积少，粮食耕地仅18亿亩，但拥有15亿亩荒芜的盐碱地，其中具备改造潜能的面积在3.4亿亩左右，这部分土地是非常重要的后备土地资源。
如果能选育出耐盐度在0.3%至0.6%、耐碱性在pH值8.5以上的水稻品种，且年推广面积达1亿亩，平均亩产300公斤，就相当于每年“凭空”多了300亿公斤粮食，可以养活1亿人口。这对于解决口粮问题具有重要战略意义。
从10年前开始，袁隆平院士团队就开始研究耐盐碱水稻，并把我国海滩地区的“海水稻”作为试验品种。最近几年，关于耐盐碱水稻的研究步伐明显加快。
2017年，湖南杂交水稻研究中心、青岛海水稻研发中心等多家科研机构及相关企业组建了国家耐盐碱水稻区域试验联合体。今年3月，耐盐碱水稻研究迈出了更为关键的一步：由来自湖南、广东、山东、新疆、江苏、海南和黑龙江7个省（自治区）的11家单位组成的国家耐盐碱水稻技术创新中心正式挂牌，湖南杂交水稻研究中心作为牵头单位，专门抽调精干力量，成立“耐盐碱水稻专班”。
建立“海水稻”优异种质资源库，筛选、创制耐盐碱水稻新种质，选育耐盐碱水稻组合，针对不同盐碱区光温条件在华南、华东、东北盐碱区建立核心示范基地，培育的耐盐碱水稻苗头组合亩产300公斤以上……
“第三代杂交水稻已经向‘海水稻’进军了!”李新奇透露，2019年，“叁优8号”作为耐盐碱稻亩产达到329公斤，相比耐盐程度0.3%的标准，耐盐程度0.6%已属于高耐盐度品种，而“叁优8号”耐盐度可达到0.9%以上。“今年4月，我们在南繁基地移栽的新品种，最高耐盐度可达2.1%。”
而他此次前往浙江温州“海水稻”试验基地调研的新品种，可在2.6%的高盐浓度环境中生长数十天。虽然受风浪等各种环境因素影响，试验失败了，但李新奇并没有气馁。
“一个品种从选种、培育，从科学家的试验田走入农民的生产田，需要经过诸多试验环节，整个过程其实就是一次次选优的过程。”李新奇告诉记者，他对“亿亩荒滩变良田”充满信心，“水稻育种研究是一项需要持之以恒的工作，因为真正热爱这个事业，我们培育每一粒种子，就像养一只宠物，充满喜爱和期待。”
既要吃得饱，也要吃得好吃得健康
创造杂交水稻更高产、更高抗、更高质、更高适的奇迹
机械臂自动提取、高通量基因测序、标记香味基因……8月9日，记者联系到杂交水稻全国重点实验室检测检验中心负责人柏斌时，他正在位于湖南杂交水稻研究中心的杂交水稻综合实验楼八层，对400份水稻秧苗叶片样本的DNA进行测序分型，从中间筛选出含有香味基因的单株。
据他介绍，随着物质生活水平的不断提高，人们不仅追求吃得饱，更追求吃得好、吃得健康。越来越多的科学家致力于探索让水稻更高产、更优质、更绿色的良方妙计。
他们一方面继续追求高产，通过现代育种技术，挖掘高光效育种材料，不断释放品种潜力；另一方面也越来越注重稻米的品质改善，其外观、口感、气味，甚至是元素含量等，都成为育种资源挖掘、改良的重点。
低镉稻种的研发就是一例。
据了解，因一些土壤污染，我国部分地区受到大米镉含量超标的困扰，影响了农民种粮的积极性，也对国家粮食安全产生了一定影响。那么，有没有这样一种水稻，可以拒绝吸收或少吸收土壤中的镉？
赵炳然和团队成员在多年之前就开始致力于这一问题的研究。2017年，他们使用基因编辑技术，研发出第一代低镉水稻品种，即通过改造稻谷基因，定向“关掉”稻米吸收镉污染的“开关”。虽然经过试验种植，产量和米质都能得到有效保证，但基因编辑改造后的低镉水稻，被国家列为转基因管理，无法推广种植。
那么，能否让稻种自然“进化”？最终，科研团队想到用理化诱变代替基因编辑。简单来讲，就是不再人为编辑基因，而是通过物理诱变的方式，让稻种自行“进化”，拥有拒绝吸收镉污染的能力。
在历经多次失败后，研究团队最终在11万份样本中，“捞”出了两个镉低积累材料，并在此基础上培育出了国内外第一个镉低积累杂交组合“莲两优1号”，以及高档优质香型镉低积累水稻“韶香100”。
据介绍，一个杂交水稻品种的培育要经过几轮甚至十几轮选育，一个好的品种稳定下来起码需要6至10年。杂交水稻全国重点实验室的科研人员就是在这样一轮又一轮筛选、培育的往复循环中，不断创造着杂交水稻更高产、更高抗、更高质、更高适的奇迹。
良种在促进粮食增产方面具有关键作用，而良法、良田、良态则是良种高产质优的保障。
“不仅要实现水稻高产，还要尽量少用农药化肥，让大家吃上更绿色更健康的大米。”中国工程院院士、杂交水稻全国重点实验室主任柏连阳被称为“杂草克星”，接连攻克了水稻田化学除草和杂草抗药性研究两大难关，但他有一个终极目标——研创不用除草剂的绿色除草技术。
眼下，他的团队正在做的一个实验就是争取少用、不用化学除草剂，但同时保证水稻的产量不减、甚至更高。 如今，人工智能、大数据、分子技术等先进手段，也正为现代育种技术快速升级迭代注入新的动力。“这不仅大幅缩减选种育种周期，还能提供更加精准的决策参考，为实现创新链和产业链精准对接、保持水稻种业国际竞争力、保障国家粮食安全，提供强有力的科技支撑。”吴俊说。
在实验室位于湖南省农业科学院的杂交水稻试验田边，坐落着袁隆平院士的半身铜像。他“守望”的水稻试验田如今已经抽穗，他的“禾下乘凉梦”和“杂交水稻覆盖全球梦”，正由后来人接续奋斗、努力实现。
