袁隆平：“杂交水稻之父”背后的科学与误区

     袁隆平院士逝世之后，有不少网络自媒体的评论要么夸大他的贡献（比如，他以一人之力，养活了中国14亿人），要么贬低他的伟大贡献（比如，“杂交水稻之父”不是袁隆平，而是另有其人）。这其中一部分自媒体是因为对“杂交水稻”背后的科学缺乏了解，还有一部分则是因为他是中国宣传的大英雄。当然，还有一部分是两者皆有之。

作为一个对中国农民的苦难有深切体会的农民的孩子（加上我也是湖南人，而且从小时候就知道杂交水稻的推广的一些故事），我希望用这篇简短的科普文，让大家明白，为何袁隆平确实是“杂交水稻”之父，而且他的贡献确实是世界级的。但同时我也希望说明，袁隆平不可能以一人之力，养活了中国14亿人。由邓小平同志开启的中国的伟大的改革开放才是让中国人能够过上不愁温饱的日子的最核心原因。 这个短文分三个部分展开。1）什么才是严格意义（或者说是，科学意义）上的“杂交水稻”？2）基于第一个部分，为何袁隆平的贡献具有世界意义？3）为何我们不能陷入技术决定论（比如，袁隆平不可能以一人之力，用“杂交水稻”养活了中国14亿人），而是需要同时承认制度（比如，“改革开放”）和技术的贡献。

01

什么才是严格意义（或者说是，科学意义）上的“杂交水稻”？

从通俗说法来看，地球上的每一个物种，甚至每一个个体都是在杂交和杂合的结果。大家通俗意义上的杂交可以来自“crossbreeding”或者“interbreeding”这个词汇,也可以翻译成“配种（mating）”。这个技术极其古老，可以认为人类在进入农耕社会之初，就已经掌握了这项技术。这项技术的科学含量很低：人只需要知道让两个物种或者两个个体交配，其产生的后代的性状就会带有这两个物种或者个体的某些性状，而这些性状可能是人类期望获得的。而因为人类其实无法控制“配种（mating）”的结果，因此，通过配种来选育一个好的“品种（breed）”，需要很长的时间的不断尝试。具体到水稻。水稻是自花授粉（self-pollinating，或者叫autogamy，基于“雌雄同体”）。而因为水稻是自花授粉，因此在袁隆平的发现（1963-4）之前，几乎所有的水稻遗传学家都认为水稻是没有“杂交优势/杂合优势（heterosis）”的，或者说是不可能的。1966年，袁隆平以唯一作者的身份，发表了《水稻的雄性不孕性》一文。这一发现挑战了当时既有的认识，也是我们后来能够走到“杂交水稻”的核心科学突破。而大家稍微读点科学史都能知道：最开始的那个突破是最难的。正如我一直说，“就像有了哥白尼，就一定会有伽利略、牛顿、爱因斯坦。没有哥白尼，啥都要推迟”。【当然，袁隆平的发现肯定不如哥白尼的贡献。】而且我相信，作为一个（学过自然科学和社会科学）的社会科学家，我的体会是绝大部分科学家的体会。因此，单凭这一点来说，袁隆平的这一个发现就很大程度上奠定了他的“杂交水稻之父”的地位，尽管他的发现不是在实验室而是在田间。这个发现的背后当然还基于袁隆平对雄性不育株的鉴别能力。更加重要的是，袁隆平自己团队以及其他团队（比如，谢华安的团队等等）的后来的技术发展（即，严格意义上的“杂交水稻”的发展），就是建立在这一非常重要的科学发现的基础上。正是因为袁隆平发现了水稻的“雄性不育系”，他才能推断水稻也可以有“杂交优势/杂合优势”，因此才会有真正意义上的“杂交水稻（hybrid rice）”。

    对袁隆平发现水稻的“雄性不育系”，并由此推定水稻也可以有“杂交优势”这一重要突破和成就，在世界粮食组织的官方网站是这么陈述的：

    “Professor Yuan is widely acknowledged as the first person to discover how to achieve heterosis in rice—a phenomenon in which the progeny of two distinctly different parents grow faster, yield more, and resist stress better than either parent. Rice is a self-pollinating plant. Because of this trait, it was long assumed that developing a hybrid variety was not possible. Yuan’s work reversed this assumption.”【我特定没有翻译这段话，就是希望大家都能读点英文。】

（https://www.worldfoodprize.org/index.cfm/87428/40007/tel:[phone] ）

【关于“杂交优势”的定义：Heterosis refers to the phenomenon that progeny of diverse varieties of a species or crosses between species exhibit greater biomass, speed of development, and fertility than both parents.】

图：袁隆平1966年2月发表在《科学通报》中文版以及1966年4月《科学通报》英文版的扫描图片（来自饶毅教授的文章）。【可见，当时《科学通报》的编委们，也意识到这一发现的重要意义，否则也不会给这篇文章出英文版。】

02

基于袁隆平的发现而发展的“杂交水稻”和此前的“奇迹稻”有何不同?

   有了上一个部分的讨论，我们就可以理解，基于袁隆平的发现而发展出来的“杂交水稻”和此前的“奇迹稻”有何不同了。而进一步，我们就可以明确，为何基于袁隆平的发现而发展出来的水稻，才是严格意义上（即，遗传学意义上）的“杂交水稻”。

    比如，网上的一些言论说，美国植物育种学家Henry Beachell（1906-2006）才是“杂交水稻”之父。这个说法是完全不理解什么才是“杂交水稻”，或者说是不理解Beachell所培育出来的“奇迹稻”和基于袁隆平的发现培育出来的“杂交水稻”之间的区别。

（一）“奇迹稻”

    Beachell在菲律宾的“国际水稻研究所（IRRI）”发展出来的IR8品种只是通俗意义上的配种杂交水稻，或者说是“选育稻（cross-breeding rice）”：即，通过选育，使得某个植株具有某些特定的优良性状。这背后的技术是非常古老的“育种技术（cross-breeding）”，或者说是没有任何科学意义上的突破。

奇迹稻

   但是，毫无疑问，IR8品种确实可以称得上是“奇迹稻（Miracle Rice）”，因为它的产量可以是传统水稻的10倍。这个关于农业历史的网站上是这么描述IR8的：

    “This one seed line eventually produced uniform plants that were about 120 cm tall with strong stems that held huge heads up even when heavily fertilized. IR8 matured in 130 days, as opposed to 160-170 days for traditional varieties. Traditional varieties were averaging around one ton of rice per hectare of land (a hectare is 2.5 acres). In 1966, a young Indian IRRI agronomist, S. K. De Datta, tested the IR8 variety under different fertilizer conditions. He was amazed with the results – the IR8 rice produced around 5 tons per hectare with no fertilizer and rose to almost 10 tons with 120 kg of nitrogen per hectare. That was 10 times the traditional rice yield.” (https://livinghistoryfarm.org/farminginthe50s/crops_17.html )

    Beachell之后，来自印度的另一位育种学家Gurdev Singh Khush又在IR8的基础上，培育出来了IR36和IR72两个更加优良的品种。IR36主要的改进在于缩短了成熟时间，但是产量并没有大的提升：IR36只需要106天就成熟，而IR8则需要130天。根据世界粮食组织的数据，IR36是目前世界上播种最广的水稻品种。

    后来的“绿色革命”主要是以Beachell和Khush的成就命名的。1996年，Beachell和Khush共同获得了“世界粮食奖”。以下是世界粮食组织的介绍：

https://www.worldfoodprize.org/en/laureates/19871999_laureates/1996_beachell_and_khush/

    值得提到的是：Khush也是中国的“国际技术合作奖”的获得者。Khush本人对中国的水稻品种培育和种植是有重要贡献的。可见，科学家本身是非常愿意合作的。

Khush

（二）袁隆平和他的“杂交水稻”

现在让我们来理解一下袁隆平的“杂交水稻”到底有何不同。前面提到，在自然状态下，水稻是“自花授粉”，因此只能传统育种，但是，不能实现真正的“杂交”。而因为水稻是“自花授粉”，“杂合优势”基本不能存在。而袁隆平的发现，即，水稻存在“雄性不育（株）系”，不仅表明此前的认识是错误的（即，水稻也可以有“非自花授粉”的状态），而且更重要的是，他的发现表明水稻也可以有“杂合优势”。“杂交水稻”的努力，其实就是获得稳定的“杂合优势”。而获得“杂交水稻”的关键，就是“雄性不育（株）系”。不仅如此，基于“雄性不育（株）系”，袁隆平和他的团队也提出了获得“杂交水稻”的“三系法”技术。

袁隆平和他的“杂交水稻”

    关于如何基于“雄性不育（株）系”，通过“三系法”获得“杂交水稻”，请见中国科学院的权威科普，我在这里就不重复了。大家一看就知道，通过“三系法”获得“杂交水稻”的过程，非常复杂，比传统的“选育”要复杂太多了。

http://www.cas.cn/kxcb/kpwz/201102/t20110223_3075063.shtml

    而因为袁隆平的最初的科学发现为以后的杂交水稻的培育奠定了科学基础，以及他后来在培育具体的杂交水稻品种的贡献，袁隆平于2004年获得了“世界粮食奖”。

https://www.worldfoodprize.org/en/laureates/20002009_laureates/2004_jones_and_yuan/

    对袁隆平的这部分的科学贡献的简短评价，“世界粮食组织”是这样写的：

   Yuan Longping, the “Father of Hybrid Rice”, discovered a genetic phenomenon in rice and then developed the technologies essential for breeding the first hybrid rice variety ever created. 

袁隆平于2004年获得“世界粮食奖”

花絮

在湖南（我的老家），袁隆平的杂交水稻应该在70年代末就开始推广（我大致能记得），但是，乡亲们都觉得那个时候的杂交稻不好吃（确实可能比较糙）。一般认为，袁隆平的杂交水稻直到80年代初才基本定型，因此直到80年代中期（一般认为是1987年）进入“863”计划，袁隆平的杂交水稻才开始大规模推广。另一个原因是，真正的“杂交水稻（hybrid rice）”每年都需要购买新的种子。这也是为何一开始袁隆平的“杂交水稻”不容易推广的原因之一吧。

03

中国人不愁温饱：

袁隆平重要，邓小平更重要

    根据世界粮食组织的官网，2019年中国的50%的水稻是杂交水稻，而20%左右的水稻是基于袁隆平及其团队的技术上发展出来的杂交水稻。因此，袁隆平显然没有靠一己之力，让中国人过上不愁温饱的生活。而现在中国的杂交水稻，也不是完全由袁隆平一个人做出来的，而是一个团队，甚至是多个团队做出来的。这其中包括培养出来了“汕优63”的谢华安院士及其团队。【但是，因为“汕优63”也是基于“三系法”培育出来的，因此，“汕优63”也是建立在袁隆平的科学发现之上的。】

“汕优63”

    从社会科学的角度来看，显然邓小平开启的改革开放更重要。更加具体地说，通过“包产到户”，之后鼓励剩余劳动力投身乡镇企业，之后进入城市打工，中国人民，特别是中国的农民的日子，比起改革开放前有了翻天覆地的改善。因此，由邓小平同志开启的中国的伟大的改革开放才是让中国人能够过上不愁温饱的日子的最核心原因。

题外话一：“非洲新稻”

与袁隆平于2004年同时获奖的还有来自塞拉利昂的Monty Jones。他的贡献在于他于1994年把亚洲的水稻（Oryza sativa，产量高，但是不抗非洲的害虫）和非洲的水稻（O. glaberrima，产量低，但是抗虫）进行杂交，而结果产生的水稻，非常适合在非洲的盐碱地生长，同时能够适应干旱（非洲不少地方，特别是西非，降雨不够）。因此，在非洲，Monty Jones发展的NERICA（New Rice for Africa，非洲新稻）水稻是目前非洲种植最广的“育种水稻”。从科学上，这叫“inter-specific cross-breeding rice”。而因为非洲新稻（NERICA）是用非洲本土的水稻和日本的水稻配种而成，因此日本也更加愿意推广非洲新稻（NERICA）。洛克菲勒基金会也是非洲新稻（NERICA）的积极推广者。但是，对非洲新稻（NERICA）的质疑也不少。

“非洲新稻”

题外话二：“奇迹稻”的产量和目前最好的“杂交水稻”的产量比较

按照网上的数据，“奇迹稻”之所以被称为奇迹，原因如下。普通水稻，原来的产量为每公顷1~2吨。一公顷大约等于15亩。这意味着亩产为：1000~2000kg/15=66.6~133.2kg/亩。而IR8通常可达4~5吨每公顷。最好可达6~10吨每公顷。因此，“奇迹稻”完全可以配得上这个称号。但是，即便是6~10吨每公顷，亩产也就是：6000~10000kg/15=400~660公斤/亩。按照网上的数据，中国目前最好的“杂交水稻”的亩产大概在700~800公斤以上，最高可能达到1000公斤。换算一下，就是：每公顷为12-15吨之间。

饶毅教授对袁隆平发表的文章的科普：https://mp.weixin.qq.com/s/QTiPJtPc4_wd60hLVgFaqw

袁隆平自己对他的突破性文章的自述：https://mp.weixin.qq.com/s/VBYSoTyYqhSICWP_o_qmdA

对袁隆平的研究的详细介绍，“世界粮食组织”是这样写的（摘录）：

After nine years of research, Yuan published his findings in 1964, outlining unique genetic tools, which were essential for developing the first-ever hybrid rice. Yuan continued his research, moving in 1971 to Hunan Academy of Agricultural Sciences, where he served as a research professor.In 1973, Yuan successfully developed the first hybrid rice combination called Nan-you No. 2 which, due to heterosis, boasted yields 20 percent higher than previous varieties. By 1975, Yuan and his colleagues had summarized a complete set of seed production technologies, and the large-scale production of hybrid rice began. The following year, in 1976, Nan-you No. 2 was put into commercial production. With this new rice variety and improved techniques, food availability in China began to improve.In the following three decades, planting of hybrid rice spread so widely that by the early 21st century, almost half of China’s rice production area was planted in hybrid rice. This higher-yielding crop produced food to nourish approximately 70 million more people per year in China alone, helping China solve food shortage challenges successfully and providing additional income to numerous farmers.Yuan’s new hybrid rice technology not only benefited China, but was also enthusiastically adopted in other countries. Yuan introduced Chinese hybrid rice to the world in 1979 at an international conference sponsored by the International Rice Research Institute in the Philippines (IRRI). The following year, IRRI restored its own hybrid rice research. In light of Chinese success, many countries, institutions and commercial companies started their own hybrid rice research. The United Nations Food and Agriculture Organization (FAO) made hybrid rice the first choice of its program to increase grain production outside China, and appointed Professor Yuan as the chief consultant.Yuan built a legacy of combating food shortages and hunger. He and his research associates traveled to India, Vietnam, Myanmar, Bangladesh, Sri Lanka and the United States to provide advice and consultation to rice research personnel. Yuan’s research institute has trained over 3,000 scientists from more than 50 countries. Farmers around the world have benefitted from his techniques as hybrid rice spread throughout Asia, Africa and the Americas.

https://www.worldfoodprize.org/index.cfm/87428/40007/a_worldbrand_name_yuan_longping_the_father_of_hybrid_rice

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