日前，國家安全部近日披露5起國家安全領(lǐng)域典型案例，其中，“間諜竊取我國雜交水稻親本種子”一案登上熱搜。為什么間諜機構(gòu)要偷種子？他們盯上的種子有多特別？會對我們產(chǎn)生什么影響呢？
親本稻種是什么？
得從雜交優(yōu)勢說起
這次新聞里報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。在生物學上，不同的種屬或者品種的交配被稱為雜交，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。
為什么要進行雜交？這就不得不提一個重要的生物學概念了：雜種優(yōu)勢（heterosis）。這是指雜交種的第一代在諸多生物學性能方面優(yōu)于親本的現(xiàn)象（仔細看這個定義，下面要考~）。
雜種優(yōu)勢在多種生物中均得到體現(xiàn)。動物里雜交種在體型、繁殖性能、肉質(zhì)等方面具有優(yōu)勢，比如馬和驢雜交后的騾子有較強的體力和耐力，能在艱苦條件下工作，且性情相對溫順；植物里雜交種的生長、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。正因為如此，雜交是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上育種的重要策略。
△作物的雜種優(yōu)勢示意圖
但是，雜交育種，有時候可沒那么容易。今天中國人飯碗里的雜交水稻，當年就經(jīng)歷了重重困難。
得到雜交水稻
太難了！
早在100多年前，科學家就提出了水稻具有雜種優(yōu)勢的理論。但是，理論歸理論，實際操作卻困難重重。一個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，那么水稻會自花授粉，結(jié)果就是自交，自然沒辦法進行雜交而獲得雜種優(yōu)勢了。
△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行雜交（小tip：為什么是去雄蕊而非去雌蕊呢？因為雄蕊主要負責產(chǎn)生花粉，而雌蕊則要負責接受花粉、并最終發(fā)育成果實，如果去掉了雌蕊，就沒法結(jié)果了）。
但是水稻的花非常微小，而且十分細碎，大家不妨從水稻的稻穗大小來反推一下，就可以看出這去雄的難度。更別提，你還要跟水稻搶時間，一不小心人家就自花授粉了（畢竟對于水稻來說這更便捷）。因此，盡管人工去雄的方法理論上可行，但是實際操作難度非常大。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（簡稱不育系）。這種水稻雄蕊發(fā)生了退化，只有雌蕊，無法進行自花授粉，它要進行繁殖只能和其他水稻雜交，這樣就可以在開發(fā)雜交水稻的時候極大節(jié)省人力資源。
在過去很長的時期內(nèi)，全世界的水稻育種學家都在苦苦尋找自然界里的雄性不育系。然而，在上世紀60年代之前，這種植株從未報道過，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，我國科學家為此付出了巨大的努力，從袁隆平這篇60年前的論文中，我們可以看出當年的艱難。
在論文中，袁老講述了他們尋找不育系的經(jīng)過：水稻抽穗期間一般是6~7月，正是一年最熱的時候，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，挨個對每株水稻進行檢查篩選。既要辨別水稻的開花狀況，又要分辨花藥的情形。經(jīng)過反復(fù)篩選，他們才在14000余穗、4個品種中找到了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現(xiàn)100%的后代不育，換句話，這些雜交種的后代有不少會發(fā)育成雌雄同株，又獲得了自交的能力（這就不大好了）。
為了解決這個問題，科學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)過了人類多年層層篩選馴化，雄性不育這種大家不大喜歡的性狀大概率會被篩選掉。經(jīng)過長期的努力，最終在1970年，科學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，中國成功地在1973年建成了雜交水稻“三系”配套，也就是通過三種親本株來實現(xiàn)雜交水稻。當時的平均畝產(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7000萬人。雜交水稻的成功被稱為“第二次綠色革命”，幫助中國完成了從“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？請看下圖。
生產(chǎn)流程大致是這樣：一開始，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，沒法完成授粉，自然就沒法繁殖了。因此需要找一個可以讓雄性不育系能夠繁殖的品系來負責雄性不育系的傳代。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，這個特殊品系就叫做雄性不育保持系（簡稱保持系）。有了保持系，我們就可以批量獲取雄性不育種子，實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。
準備好了大量的雄性不育系之后，接下來就是要將雄性不育系“恢復(fù)”過來，讓它重新?lián)碛凶越坏哪芰Γ覀兎Q之雄性不育恢復(fù)系（簡稱恢復(fù)系）。恢復(fù)系是另外一種水稻品系，其特點是可以將花粉授予雄性不育系的雌蕊，實現(xiàn)了真正意義上的雜交，產(chǎn)生正常可育的種子，等這個種子發(fā)育成長到開花的時候就可以同時擁有雌蕊雄蕊。
可見，雜交水稻的實現(xiàn)需要三種不同功能的水稻親本來配合組成。不育系是雜交的基本要求，保持系來大量擴繁不育系，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)控花期相遇實現(xiàn)授粉雜交等。于是，人們開始新的探索，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)境控制下實現(xiàn)“雄性不育”，就能將繁雜的“三系雜交”變成相對簡易的“兩系雜交”（也就是說不需要保持系啦）。
1973?年，湖北省沔陽縣沙湖原種場石明松在“農(nóng)墾?58”晚粳大田中發(fā)現(xiàn)了一種被稱為“光敏感核不育”的水稻植株。他通過細致觀察發(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。在長日照條件下抽穗會“雄性不育”，而在短日照條件下抽穗則“雄性可育”。也就是說，通過調(diào)控稻田的光照時長可以變換雄性花蕊的育性。這個重要的發(fā)現(xiàn)，開啟了“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，開創(chuàng)了“兩系”雜交水稻育種的新階段。在上世紀90年代，我國兩系法雜交水稻研究取得突破性進展，平均畝產(chǎn)又增加了5%~10%。
隨后，我國又啟動了“超級雜交水稻育種研究計劃”，采用了“形態(tài)改良與雜種優(yōu)勢利用相結(jié)合”的水稻超高產(chǎn)育種理論和技術(shù)路線來產(chǎn)生更加高產(chǎn)的雜交水稻。近些年來，隨著基因工程的改進，雜交水稻已經(jīng)開始朝著“一系法”的廣闊新天地去拓展了，結(jié)合基因編輯技術(shù)和無融合生殖，未來雜交水稻可能會實現(xiàn)更多讓人瞠目結(jié)舌的突破。
如今雜交水稻已經(jīng)全面開花，國內(nèi)多個水稻研究機構(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。
雜交水稻也不負眾望，產(chǎn)量節(jié)節(jié)攀高。2000年，超級雜交水稻畝產(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年超級雜交稻高產(chǎn)攻關(guān)畝產(chǎn)更是達到了1251.5公斤。
這是什么概念？在上世紀50年代，水稻的單季平均畝產(chǎn)才170公斤，現(xiàn)在的產(chǎn)量是當年的7倍還多。而雜交水稻的超高產(chǎn)量也達到了我國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，雜交水稻還走出國門，在全球數(shù)十個國家開展了雜交水稻的研究和示范種植，年種植面積近800萬公頃，為世界糧食安全作出中國貢獻。
不勞而獲！
危害國家糧食安全！
為什么賣種子會跟國家安全有聯(lián)系？相信看完當年為了尋找雜交水稻親本我們付出的努力，你就會明白了。
尋找雜交水稻親本是非常耗時耗力且機會渺茫的，當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展雜交研究。并且這些年我國一直在投入巨大的人力物力在進行雜交水稻相關(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)過辛辛苦苦開發(fā)的種質(zhì)資源如果流傳到國外被開發(fā)利用后，可能會以高價回流到國內(nèi)，導(dǎo)致我們承擔更高的種子費用，甚至還可能出現(xiàn)侵權(quán)的情況，這對于我們的糧食安全也是一種隱患。
當然，你可能會問，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，就會出現(xiàn)性狀分離，良莠不齊。所以必須用親本種子進行配制雜交才能實現(xiàn)優(yōu)良性狀，所以盜竊普通雜交水稻種子是沒意義的，必須是雜交水稻的親本稻種。
事實上，民以食為天，糧食安全是國家安全的核心之一，因此我國發(fā)布的《中華人民共和國種子法》也明確規(guī)定，國家對種質(zhì)資源享有主權(quán)。因此，任何單位和個人都不得擅自向境外提供種質(zhì)資源！
任何單位和個人向境外提供種質(zhì)資源，或者與境外機構(gòu)、個人開展合作研究利用種質(zhì)資源的，應(yīng)當報國務(wù)院農(nóng)業(yè)農(nóng)村、林業(yè)草原主管部門批準，并同時提交國家共享惠益的方案。
正因為如此，我們要保護種質(zhì)資源，尤其是最核心的親本種子。
來源：中國科學院
責任編輯：李賽男
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