12月15日，世界著名學術期刊《科學》（Science）公布2022年度“十大科學突破”，中國科學家的一項原創(chuàng)成果名列次席，這就是云南大學研發(fā)的多年生稻。
多年生稻的植株。
01
研發(fā)
在多數(shù)人的認知中，水稻和小麥、玉米——世界上的這三大主要糧食作物都是“一歲一枯榮”，種植一次才能收獲一次。我們稱這類作物為一年生作物。
而云南大學選育的多年生稻與眾不同，種植一次，可以像割韭菜那樣，陸續(xù)收割3-5年6-10季。期間只需澆水、施肥、噴藥，進行科學的田間管理就行。
縱觀稻子家族的演變史，它由一年生作物變?yōu)槎嗄晟魑?，可謂“返祖”——它的祖先野生稻就是多年生的。
先讓我們跟隨植物分類學家，走進稻子家族瞧一瞧。稻子隸屬禾本科稻屬。當今地球上稻屬的植物共有20多種，栽培的只有2種——普通栽培稻和非洲栽培稻，其余都是野生的。
無論普通栽培稻還是非洲栽培稻，都是由野生稻經(jīng)過長期的自然選擇和人工選擇演變而來的。當然，這個過程相當漫長，長達近1萬年。
時間老人步履蹣跚，走到20世紀末，中國南部的云南大學農(nóng)學院有一位教授，名叫胡鳳益。長期以來，他目睹了稻作區(qū)廣大農(nóng)民的繁重勞動，種植-收獲-再種植-再收獲……一季復一季，一年復一年。再就是，近年來伴隨工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速推進，我國農(nóng)村勞動力逐步老化、日益短缺，堅守農(nóng)村從事農(nóng)業(yè)的人越來越少，每逢插秧栽植和收獲農(nóng)忙之時，想找?guī)讉€壯勞力來當短工都不容易。另外，每次收獲之后重新種植，反復進行，可能導致土壤侵蝕、養(yǎng)分流失等問題。
于是，胡鳳益萌生了一個念頭：可否培育一種多年生的稻子，像韭菜那樣，種植一次，收割多次呢？
主意已定，胡鳳益帶領團隊成員開始了艱辛探索。首先，他們翻山越嶺、跋山涉水，搜集了多種多樣的種質(zhì)資源，有來自國內(nèi)各地的大量栽培稻品種，還有來自喜馬拉雅山南麓的印度阿薩姆、尼泊爾、緬甸北部、老撾和中國西南的野生稻，以及來自非洲大陸的野生稻。
云南西雙版納多年生稻試驗示范基地。
野生稻是多年生的植物，栽培稻是一年生的植物，科研人員讓二者雜交。一次次滿懷希冀，一次次以失敗告終，因為野生稻與栽培稻不屬于一個物種，二者存在生殖隔離。換句話說，種間遠緣雜交是一道橫亙在人們面前的難題，難以破解。遇到困難，他們并沒有灰心喪氣，而是繼續(xù)前行，配置雜交組合，然后進行篩選。
功夫不負有心人，終于迎來曙光——他們用自己創(chuàng)制的一年生栽培水稻種質(zhì)材料（RD23）作為母本，用源自非洲大陸的具有地下莖生物學特性的多年生長雄野生稻作為父本，進行雜交，結(jié)合地下莖分子標記輔助選擇，終于1997年成功培育出一種水稻新品系。
起初，這種水稻新品系產(chǎn)量低、品質(zhì)差，性狀也不穩(wěn)定。團隊科研人員又經(jīng)過多次自交篩選，櫛風沐雨，春去秋來，前后花費了十幾年時間，來提高它的產(chǎn)量和品質(zhì)，2012年獲得性狀穩(wěn)定的品系，暫名為“PR23”。再經(jīng)數(shù)年區(qū)域、生產(chǎn)等試驗，2018年通過云南省農(nóng)作物品種審定委員會審定，定名為“多年生稻23”。
多年生稻的選育過程（三種稻的對比圖）。
02
效益
新品種多年生稻能“多年生”，奧秘何在？
多年生稻與常見的栽培稻有顯著的不同，它擁有十分發(fā)達的地下莖。走進試驗示范田，可以看到，這種稻子收割后，留下一片白茫茫的稻茬。下一季氣候條件合適時，其地下莖的一個個節(jié)上便冒出一個個嫩綠的腋芽，一個腋芽萌發(fā)成一棵幼苗，長大形成一棵新的植株。如此周而復始，便達到了稻子一次種植、多次收獲的目的。
內(nèi)行看門道。在作物遺傳育種學家眼中，二者的根本區(qū)別在于：常見的栽培稻繁殖后代的方式是有性繁殖，即由兩個親本分別產(chǎn)生精子和卵細胞，精子和卵細胞結(jié)合成為受精卵，再由受精卵發(fā)育成新個體；而新品種多年生稻繁殖依靠的是營養(yǎng)器官——地下莖，上面的腋芽長大直接形成新的個體，屬于無性繁殖。
多年生稻收割之后，留下的稻茬地下莖上有腋芽。
良種有了，尚需良法配套。團隊科研人員再接再厲，逐步探索試驗，形成了完整的配套栽培技術。運用這套多年生稻技術，從第二季開始，在生產(chǎn)上便省去了買種子、育秧、犁田耙田、插秧等環(huán)節(jié)，只需要澆水、施肥、植保等田間管理以及收獲兩個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，同時土地免耕，輕簡化栽培。試驗示范結(jié)果表明，每畝可節(jié)省5-6個勞動力、節(jié)約人工投入500-600元。
同時，產(chǎn)量并沒有降低，多年生稻一般連續(xù)種植4年，每年收獲2季，平均畝產(chǎn)907公斤，與一年生稻（平均畝產(chǎn)893公斤）大致相當。因此，這項新技術深受各地農(nóng)民歡迎。
胡鳳益團隊攜手云南省農(nóng)業(yè)技術推廣總站、云南省農(nóng)業(yè)科學院、云南省景洪市農(nóng)業(yè)技術推廣中心、云南省種子管理站，開始在各地大面積試驗示范推廣。起初，多年生稻陸續(xù)在云南的14個州市76個縣市飄香，之后又在河南、湖南、湖北、浙江、江西、廣東、廣西、貴州等南方10個省區(qū)結(jié)果。它還走出國門，沿著“一帶一路”，在越南、柬埔寨、老撾、泰國、緬甸、孟加拉國、伊朗等南亞東南亞國家和烏干達、科特迪瓦等非洲國家成功落戶、生根。據(jù)統(tǒng)計，迄今為止，多年生稻累計推廣應用20萬余畝，惠及5.5萬余農(nóng)戶。
云南西雙版納多年生稻試驗示范基地。
在增加經(jīng)濟效益的同時，多年生稻技術的推廣應用產(chǎn)生了顯著的生態(tài)效益。團隊經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)：持續(xù)3-4年免耕改善了稻田耕層土壤結(jié)構(gòu)，培肥了地力，其土壤中的有機質(zhì)和全氮每年分別以每畝63.33公斤和7.33公斤的速率增加。
關于多年生稻適合種植的區(qū)域，科研人員也作了大量試驗和評估，結(jié)論是它可以在南北緯40度之間的無霜稻作區(qū)種植。如果一個地區(qū)冬季溫度太低，霜凍覆蓋大地，會直接危及多年生稻，因為它的地下莖需要合適的溫度，安全越冬。從具體溫度上看，也就是在最冷月的平均溫度不低于13.5℃且越冬期低于4℃持續(xù)不超過5天的稻作區(qū)能推廣應用，北方寒冷地區(qū)不適宜種植。
03
評價
云南大學胡鳳益團隊20年磨一劍，運用雜交的方法，把稻子從一年生作物改變?yōu)槎嗄晟魑铮瑢崿F(xiàn)了巨大的飛躍，這是“從0到1”的原始創(chuàng)新，在國際多年生作物研發(fā)領域具有里程碑意義。多年生稻是世界上第一個商業(yè)化的多年生糧食作物品種，其田間配套栽培管理技術入選聯(lián)合國糧農(nóng)組織2018國際農(nóng)業(yè)創(chuàng)新技術。
胡鳳益教授團隊在試驗田里交流。
胡鳳益教授在觀察多年生稻。
美國農(nóng)業(yè)國際開發(fā)署可持續(xù)農(nóng)業(yè)研究領域高級顧問，美國國家地理協(xié)會科學家杰里·格洛弗（Jerry Glover）認為，中國科學家的多年生稻是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)最重要的研究成果之一。對于近萬年來全球糧食生產(chǎn)依靠一年生谷物而言，這項研究為全球糧食生產(chǎn)提供了一種重要的新途徑。
在中國科學院院士、中國科學院植物研究所研究員種康看來，胡鳳益團隊把長雄野生稻地下莖無性繁殖特性轉(zhuǎn)移到一年生栽培稻中，成功培育出多年生稻栽培品種并進行商業(yè)化生產(chǎn)，是全球多年生糧食作物育種的重要突破。這對研發(fā)其他多年生糧食作物具有重要借鑒意義。
中國科學院院士、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所所長錢前評價說，胡鳳益團隊把一年生栽培種改良成多年生栽培種，通過越冬和免耕實現(xiàn)種植一次連續(xù)收獲3-4年，大幅度減少了勞動力投入、節(jié)省了生產(chǎn)成本。該項研究利用長雄野生稻地下莖無性繁殖特性成功培育多年生稻品種，是我國種質(zhì)資源創(chuàng)新利用領域最具代表性的突破之一，為利用野生種質(zhì)資源提供了借鑒。
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