前段時間，國家安全部披露了5起國家安全領域典型案例，其中，“間諜竊取我國雜交水稻親本種子”一案引起廣泛關注。雜交水稻親本種子為何重要？種子被竊取可能對國家農業(yè)生產(chǎn)和糧食安全造成哪些影響？保護國家種質資源的背后又有哪些考量？今天我們就來聊聊這些話題。

雜交水稻的成功是“第二次綠色革命”

國家安全機關查明，國內某農業(yè)科技公司總經(jīng)理朱某某為撈取個人經(jīng)濟利益，與境外間諜情報機關建立所謂“合作”關系，以“合作制種”的名義，私下將我國禁止出口的5種雜交水稻親本種子出售給對方試種，經(jīng)對方選擇后，再大量出口親本種子，謀取私利。《中華人民共和國種子法》第十一條規(guī)定，國家對種質資源享有主權。任何單位和個人向境外提供種質資源，或者與境外機構、個人開展合作研究利用種質資源的，應當報國務院農業(yè)農村、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。

這條新聞報道中提到的雜交水稻“親本稻種”，可不是一般的種子。在弄清什么是“親本稻種”之前，請大家先來了解一下雜交水稻。

在生物學上，不同的種屬或者品種的交配被稱為雜交。顧名思義，雜交水稻就是由幾種水稻品系交配而來。那為什么要進行雜交呢？這就不得不提到一個重要的生物學概念“雜種優(yōu)勢（heterosis）”，即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。

雜種優(yōu)勢在多種生物中均有體現(xiàn)。動物里雜交種在體型、肉質等方面具有優(yōu)勢，比如馬和驢雜交出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；植物里雜交種在生長、抗逆、品質等方面都優(yōu)于親本，比如雜交水稻具有高產(chǎn)、抗病、抗倒伏的特點。因此，雜交是農業(yè)生產(chǎn)領域育種的重要策略。

但是，雜交育種并不容易。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，實際操作卻困難重重，其中一個重要因素就在于水稻的特殊性——雌雄同株。同一株水稻上既有雄花又有雌花，意味著自花授粉，自然就沒辦法進行雜交而獲得雜種優(yōu)勢。

在這種情況下，人們怎樣才能得到雜交的水稻呢？一種解決思路是“人工去雄”，即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。去雄蕊而不是去雌蕊，是因為雄蕊主要負責產(chǎn)生花粉，雌蕊則負責接受花粉并最終發(fā)育成果實，如果去掉雌蕊就沒法結果實了。問題是水稻的花非常微小且十分細碎，更別提科研人員還要跟水稻搶時間，一不小心它就自花授粉了。所以，盡管“人工去雄”的方法在理論上可行，但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。

另一種策略是找到一種水稻變異株——雄性不育系，這種水稻的雄蕊發(fā)生了退化，只有雌蕊，無法進行自花授粉。它想要繁殖只能與其他水稻雜交，利用這個特點，科學家在開發(fā)雜交水稻時便可極大地節(jié)省人力資源。

在過去很長一段時期內，全世界的水稻育種專家都在苦苦尋找自然界里的雄性不育系，然而，這種植株從未被報道過，到底長什么樣子也不為人知，唯一的辦法就是到稻田里去找。這是雜交水稻研究中最艱難的一步，我國科學家為此付出的巨大努力從雜交水稻之父袁隆平寫于60年前的論文中可見一斑。在論文中，袁隆平講述了他們尋找雄性不育系的經(jīng)過：水稻抽穗期一般是6-7月，正是一年中最熱的時候，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，既要辨別水稻的開花狀況，又要分辨花藥的情形，他們經(jīng)過反復篩選才在14000余穗、4個品種中找到了6株雄性不育植株。不過，科研人員在后續(xù)研究中發(fā)現(xiàn)，這種雜交水稻并不能實現(xiàn)100%的后代不育，換句話說，這些雜交種的后代有不少又發(fā)育成了雌雄同株，獲得了自交能力。

為了解決這個問題，科研人員只能從天然的水稻中去尋找雄性不育系。畢竟農田里的水稻都是經(jīng)過人類多年層層篩選馴化的，雄性不育這種以前不被喜歡的性狀大概率已經(jīng)被篩掉了。1970年，我國科學家終于在海南三亞的野生水稻中找到了雄性不育株，也就是大名鼎鼎的“野敗”。

有了“野敗”，中國成功在1973年建成了雜交水稻“三系”配套，也就是通過3種親本株來實現(xiàn)雜交水稻。當時的平均畝產(chǎn)在矮化育種的基礎上增產(chǎn)了20%，意味著該品種每年能多養(yǎng)活7000萬人。后來，雜交水稻的成功被譽為“第二次綠色革命”，它幫助中國完成了從“糧食短缺到糧食安全”的轉變。

親本稻種是國家重要種質資源

前面提到的“三系法”是怎么得到雜交水稻的呢？

一開始，科研人員獲得了雄性不育系，但不育系雄蕊是發(fā)育不正常的，還需要找到一個可以讓雄性不育系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，而是要既能給雄性不育系授粉，又要保證后代還是雄性不育系，所以，這個特殊品系就叫作雄性不育保持系。有了雄性不育保持系，就可以批量獲取雄性不育種子，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

等準備好大量的雄性不育系之后，就要將雄性不育系“恢復”過來，讓它重新?lián)碛凶越坏哪芰?，稱之為雄性不育恢復系。恢復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)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)育成長到開花時就可以同時擁有雌蕊和雄蕊。

由此可見，雜交水稻的實現(xiàn)需要3種不同功能的水稻親本來配合。雄性不育系是雜交的基本要求，雄性不育保持系用來大量擴繁雄性不育系，雄性不育恢復系則是讓雄性不育系恢復可育，產(chǎn)生種子并最終實現(xiàn)雜交。

這三種親本的種子，就是前面新聞報道中提到的“親本稻種”。簡單來說，親本稻種就是第一代用于雜交實驗的水稻種子，其留種不會產(chǎn)生性狀分離，影響產(chǎn)量，是我國糧食安全領域重要的種質資源。

民以食為天，而種子就是糧食的天，能夠產(chǎn)生種子的親本種子則更為重要。親本種子是其雜交后代的所有基因來源，雜交種的產(chǎn)量、抗病性等信息以及對其進行改良和調整的信息都蘊含在種子中，尤其是近些年分子育種的發(fā)展，更凸顯了親本種子遺傳信息的重要性和獨特性。作為歷史悠久的農業(yè)大國，勤勞智慧的先輩在不斷耕耘中發(fā)現(xiàn)了許多獨特的親本種子，它們含有豐富的遺傳信息，是我國的珍貴資源，必須嚴格保護。

非法向境外出售種子危害國家安全

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，所以對于間諜而言，普通雜交水稻種子沒有用，他們需要的是雜交水稻的親本稻種。

想當年，我國科學家前赴后繼地去尋找雜交水稻親本，耗費了大量時間、付出了辛勤努力，才最終找到特殊的水稻品種從而得以開展雜交研究。這些年我國也一直在投入巨大的人力物力進行雜交水稻的深入研究。我國科研人員辛苦開發(fā)的種質資源，如果違法流傳到國外被開發(fā)利用，可能有一天會以高價回流到國內，導致我們承擔更高的種子費用，甚至還可能出現(xiàn)侵權糾紛，這對于中國的糧食安全而言是一個不小的隱患。

在這方面，中國是吃過虧的。舉個例子，我國是大豆的原產(chǎn)地，擁有世界已知野生大豆品種的90%。2000年，境外某種子公司向全球包括我國在內的101個國家申請了一項關于高產(chǎn)大豆及其栽培、檢測的國際專利，這項專利源自其對我國上海附近一株野生大豆品種進行檢測和分析后找到的高產(chǎn)性狀基因標記。奇怪的是，在兩國正常交換的大豆品種里并沒有這株大豆，而野生大豆本身就是我國保護物種，一旦對方申請專利成果，那作為大豆原產(chǎn)地的中國反而要承擔“侵權”的風險，實在令人憋屈。

所以，種質資源被竊取的危害遠比想象中大得多。首先，這可能會危害糧食安全，那些別有用心的人對種子搞病蟲害針對性研發(fā)會更容易；其次，可能會打擊農業(yè)發(fā)展，如所謂“外國教授”常以農業(yè)技術合作項目為由，盜取合作研發(fā)成果，提前注冊商業(yè)品牌和申請知識產(chǎn)權，搶先推送到市場，再抹黑其他共同參與方是抄襲，打知識產(chǎn)權官司。

另外需要澄清的是，對于此次“間諜竊取我國雜交水稻親本種子”一案，網(wǎng)上有消息傳為“袁隆平心血被盜取”“中國雜交水稻核心技術被竊取”，這并不是事實。事實是優(yōu)質親本稻種有很多種，袁隆平奮斗一生所取得的成果也并不只有這一點。我國雜交水稻的核心技術沒有被盜，就像前文所言，雜交技術和原理并不復雜，難度在于親本稻種的獲取。

糧食安全是國家安全的核心之一。對種質資源的保護和出口限制是國際慣例，各國不僅都會對自己的種子專利進行保護，還對種子出口有嚴格管制。正因如此，每一個中國人都有義務保護種質資源，尤其是最核心的親本種子。

延伸閱讀

我國雜交水稻向“一系法”邁進

中國人在雜交水稻上的突破不僅僅是“三系雜交”。“三系雜交”也有局限性，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控花期相遇實現(xiàn)授粉雜交等。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”（也就是說不需要雄性不育保持系了）。

我國雜交水稻專家石明松1973年曾在“農墾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。這種水稻植株的“雄性不育”和“雄性可育”可以相互轉化：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”。在深入探明“光敏感核不育”水稻植株不育機制的基礎上，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。到上世紀90年代時，我國“兩系法”雜交水稻研究取得突破性進展，平均畝產(chǎn)增加了5%-10%。隨后，我國啟動了“超級雜交水稻育種研究計劃”，采用“形態(tài)改良與雜種優(yōu)勢利用相結合”的水稻超高產(chǎn)育種理論和技術路線來產(chǎn)生更加高產(chǎn)的雜交水稻。

近些年，隨著基因工程的改進，雜交水稻開始朝著“一系法”的新方向發(fā)展。比如，2019年我國科學家通過基因編輯技術在雜交水稻中同時敲除了4個水稻生殖相關基因，建立了水稻無融合生殖體系，可直接得到雜交水稻的克隆種子，不再需要復雜的多系親本配套了。

如今，雜交水稻事業(yè)全面開花，國內多個水稻研究機構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。2000年，超級雜交水稻畝產(chǎn)突破700公斤；到了2023年，超級雜交水稻高產(chǎn)攻關畝產(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，而現(xiàn)在的產(chǎn)量是當年的7倍多。不僅如此，雜交水稻還走出國門，在全球數(shù)十個國家開展了相關研究和示范種植，為世界糧食安全做出了中國貢獻。

（特約中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心供稿，作者為中國科學院生物學博士）