夜读|间谍盯上小小种子?它的价值可太高了!

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时间 2024年5月3日 预览 9

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2024-05-02 06:49·成都商报红星新闻·发布于四川

日前,国家安全部近日披露5起国家安全领域典型案例,其中,“间谍窃取我国杂交水稻亲本种子”一案登上热搜。为什么间谍机构要偷种子?他们盯上的种子有多特别?会对我们产生什么影响呢?
亲本稻种是什么?
得从杂交优势说起
这次新闻里报道提到了杂交水稻的“亲本稻种”,这可不是一般的种子。
在解读什么是“亲本稻种”之前,首先了解下杂交的概念。在生物学上,不同的种属或者品种的交配被称为杂交,比如大家非常熟悉的杂交水稻就是由几种水稻品系杂交而来。
为什么要进行杂交?这就不得不提一个重要的生物学概念了:杂种优势(heterosis)。这是指杂交种的第一代在诸多生物学性能方面优于亲本的现象(仔细看这个定义,下面要考~)。
杂种优势在多种生物中均得到体现。动物里杂交种在体型、繁殖性能、肉质等方面具有优势,比如马和驴杂交后的骡子有较强的体力和耐力,能在艰苦条件下工作,且性情相对温顺;植物里杂交种的生长、抗逆、品质等方面优于亲本,比如杂交水稻高产、抗病、抗倒伏。正因为如此,杂交是农业生产上育种的重要策略。
△作物的杂种优势示意图
但是,杂交育种,有时候可没那么容易。今天中国人饭碗里的杂交水稻,当年就经历了重重困难。
得到杂交水稻
太难了!
早在100多年前,科学家就提出了水稻具有杂种优势的理论。但是,理论归理论,实际操作却困难重重。一个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,那么水稻会自花授粉,结果就是自交,自然没办法进行杂交而获得杂种优势了。
△稻花结构
在这种情况下,人们要怎么得到杂交的水稻呢?
一种解决思路就是人工去雄: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进行杂交(小tip:为什么是去雄蕊而非去雌蕊呢?因为雄蕊主要负责产生花粉,而雌蕊则要负责接受花粉、并最终发育成果实,如果去掉了雌蕊,就没法结果了)。
但是水稻的花非常微小,而且十分细碎,大家不妨从水稻的稻穗大小来反推一下,就可以看出这去雄的难度。更别提,你还要跟水稻抢时间,一不小心人家就自花授粉了(毕竟对于水稻来说这更便捷)。因此,尽管人工去雄的方法理论上可行,但是实际操作难度非常大。想靠这种方法大规模得到杂交水稻,几乎是天方夜谭。
科学家只能寻求另一种策略,就是找一种水稻变异株——雄性不育系(简称不育系)。这种水稻雄蕊发生了退化,只有雌蕊,无法进行自花授粉,它要进行繁殖只能和其他水稻杂交,这样就可以在开发杂交水稻的时候极大节省人力资源。
在过去很长的时期内,全世界的水稻育种学家都在苦苦寻找自然界里的雄性不育系。然而,在上世纪60年代之前,这种植株从未报道过,它到底是什么样子大家也不知道,唯一的办法就是到稻田里去寻找。而这也是杂交水稻最艰难的一步,我国科学家为此付出了巨大的努力,从袁隆平这篇60年前的论文中,我们可以看出当年的艰难。
在论文中,袁老讲述了他们寻找不育系的经过:水稻抽穗期间一般是6~7月,正是一年最热的时候,科研人员要在大晴天(而且是最热的中午)拿着放大镜和镊子,挨个对每株水稻进行检查筛选。既要辨别水稻的开花状况,又要分辨花药的情形。经过反复筛选,他们才在14000余穗、4个品种中找到了6株雄性不育植株
尽管这次结果令人欣喜,但是在后续的杂交中科研人员却发现,这种杂交水稻并不能实现100%的后代不育,换句话,这些杂交种的后代有不少会发育成雌雄同株,又获得了自交的能力(这就不大好了)。
为了解决这个问题,科学家只能从天然的水稻中去寻找不育系了。毕竟农田里的水稻都是经过了人类多年层层筛选驯化,雄性不育这种大家不大喜欢的性状大概率会被筛选掉。经过长期的努力,最终在1970年,科学家们成功在海南三亚的野生水稻中找到了野生的雄性不育株,这就是大名鼎鼎的“野败”。
有了野败,中国成功地在1973年建成了杂交水稻“三系”配套,也就是通过三种亲本株来实现杂交水稻。当时的平均亩产在矮化育种的基础上增产20%,这意味着该品种每年能多养活7000万人。杂交水稻的成功被称为“第二次绿色革命”,帮助中国完成了从“粮食短缺到粮食安全”的转变。
看懂杂交水稻生产指南
终于理解了啥是亲本稻种
“三系法”是怎么得到杂交水稻的?请看下图。
生产流程大致是这样:一开始,我们获得了雄性不育系,但是不育系雄蕊是发育不正常的,只有雌蕊,没法完成授粉,自然就没法繁殖了。因此需要找一个可以让雄性不育系能够繁殖的品系来负责雄性不育系的传代。这可不能随便到稻田里选,而是要保证既能给雄性不育系授粉,又要保证后代还是雄性不育的,所以,这个特殊品系就叫做雄性不育保持系(简称保持系)。有了保持系,我们就可以批量获取雄性不育种子,实现规模化生产。
准备好了大量的雄性不育系之后,接下来就是要将雄性不育系“恢复”过来,让它重新拥有自交的能力,我们称之雄性不育
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