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生命的本质
生命的本质是生存和繁殖，为了生存和繁殖，有了遗传和变异——用遗传去把我们的优秀去留给下一代，通过变异来赋予下一代应对新环境的能力。
遗传——变异——选择，物竞天择、适者生存。 生命体的遗传和变异，一直保持着一种微妙的平衡。
自然界可遗传的变异，主要有两种来源，一种是利用充分利用低频的基因突变；另一种是利用整个基因组的重组，创造变异。
以细菌、病毒为代表的微生物，就是利用低频突变的典型代表。大肠杆菌每20分钟分裂一次，一天就繁殖了72代，条件合适的话，一天可以产生272个个体，所以再低频的的基因突变，它要折腾出来点可以刷点存在感的变异，也不是不可能。回顾我们跟“新冠”病毒斗智斗勇的这两年，大家的感触应该会更加深刻。其实，新冠比大肠杆菌对自己狠多了，它的遗传物质是比较不稳定的RNA单链，更容易出岔子，变异也更快。
稻花
而人类和一些高等生物，则主要利用基因组的重组，让后代有足够新的变异来适应环境的变化。这就是为什么颜控的世界里，发现混血一般都长得更好看。我们育种里有一个专门的词，叫“杂种优势”。但杂种优势是不杂种都会比双亲好呢？其实也不一定，其实是有正有负，主要是变异幅度更大了，所以能选出更突出的了。那为什么感觉一般我们认识的混血都是长得更好的呢？颜值出圈，也是一种选择。
02
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育种在做什么
育种就是在这些变异中，选择更满足人类需求的个体和种群，让它尽可能多的产生后代，为我所用。其实简单来说，就是一个自私的加速版的自然选择，这个事情，让我们走出了“山顶洞”。
科研育种秧田
育种通常怎么做？
在神农氏的那个年代，他告诉大家把好的种子留下来，种下去，以前的驯化主要是选择为主；但现在育种家有了新技术，它可以去创造变异，诱变和杂交，都是育种家常用的创造变异的手段。
杂交种的应用，就是始终用杂种优势最强的杂种一代F1代用于大田生产（根据孟德尔遗传，F2就会发生性状分离），这将大幅度提升农作物的产量、抗性等性状。在上个世纪五六十年代，利用杂交种替代农家种，让玉米的产量提高了1-2倍，这对于挨过饿的那一代育种家极具诱惑力。
03
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杂交稻是怎样炼成的
杂交玉米都已经搞成了，杂交水稻也不见得会是件多了不起的事情，为什么袁老师会受到这么高的赞誉？
首先，袁老师证明了自花授粉作物具有杂种优势，完成了理论突破。
玉米在自然状态下，天然异交率可达95%以上，它的杂种优势很好理解，因为自然选择嘛。但是水稻在自然条件下异交率低于1%，它到底有没有杂种优势？不好说。如果有的话，在自然选择下，为什么杂交种没有成为主流？首先，袁老师是在他的“鹤立鸡群”稻上，发现了3:1的分离比，满足孟德尔遗传的分离比，证明了水稻这种自交授粉作物，也是有杂种优势的。
当然，这里必须得感谢袁老师的母亲从小教他学英文，在我们当时举国跟着苏联老大哥学米丘林、李森科的获得性遗传学时，袁老师可以自己读懂英文版的《孟德尔遗传学》，在“获得性遗传”在田里得不到验证的时候，主动放弃了他“红薯王”的职业生涯。
其次，杂交水稻实现了自交授粉作物的杂种优势应用。
玉米的雌雄同株异花的作物，玉米的雌花在玉米植株的腰上，受精发育后成了我们平时吃的玉米棒子；它的雄花在玉米植株的顶部，就像玉米的头发。想做杂交玉米，在雄花开花前，直接帮玉米头发剃了，这样就变成了一个纯粹的母本，这种植株上结的棒子自然全部是杂交种，这种我们叫“人工去雄”。但是水稻，水稻是雌雄同花，水稻花非常小，如果用人工去雄的话，即使能产生杂交种，其实也是得不偿失的一件事。所以杂交玉米和杂交水稻，可能是大航海和登月的区别。
水稻开花图
杂交稻的实现，最需要解决四个问题：
第一个问题，杂交的母本从哪来？
玉米用“剃头”的方式可以实现，那水稻必须得用伤筋动骨的“雄性不育系”才能实现。只有这个水稻本身的雄器官发育不正常，它才能作为一个纯粹的母本，接受外来花粉产生杂交种。所以袁老师就带着他的放大镜和两个学生，满世界找雄性不育株。
第二个问题，不育株怎么产生不育后代？
这个问题是，如果不育株不能实现自我繁殖，那么在不育株被用作母本生产杂交种之后，不育的种子会越来越少，整个流程不可持续，杂交稻只是空中楼阁。解决这个问题，用到了“核质互作雄性不育”的“鬼才”思路，虽然我到现在也搞不清楚这个思路是咋想出来的。
简单的理解就是，这种类型的雄性不育，它育性分别受细胞核和细胞质基因控制，只有在细胞核和细胞质基因都“不育”的情况下，它才表现出不育；只要细胞质或者细胞核有可育基因，它又表现为可育。并且巧妙地利用了细胞核基因来自双亲、细胞质基因只来源于母本的这个特点，实现了不育系的“一妻二夫”，既能产生雄性不育的“不育系”，又能产生可育后代的杂交种。
核质互作雄性不育系“三系配套”示意图邝翡婷
细胞质、细胞核均不育的是不育系；细胞质可育、细胞核不育的我们叫保持系；以不育系系为母本，保持系做父本，重新组核的只有核基因，所以我们能够得到依旧细胞质、细胞核都不育的不育系；用可育的细胞核做恢复系，可以恢复不育系的育性，就能用于生产杂交种了。保持系有可育细胞质、恢复系有可育细胞核，他们都能产生可育后代，那这样的“三系配套”就变成了可持续发展的事业，这个也是“三系”杂交稻的基本原理。
第三个问题，杂种优势组合。
在《功勋》里其实有提到，日本人比我们早实现“三系配套”，但为什么“杂交水稻”会被算成中国的“第五大发明”呢？我们常说，农业是国民经济的基础，说到底，它还得是个经济行为，得有足够高的性价比。一方面是杂交种的杂种优势足够强，另一方面是杂交种的制种成本在可接受的范围内。
袁老师以无私的科学精神和我们的体制优势，通过“全国大协作”的方式来攻克优势组合和制种这两关。
当时袁老师清醒的认识到，只靠他那几个人的小团队，能做的测试实在太有限，所以他通过“全国协作组”，把他的野败种子分发给全国的同行，让全国的水稻专家一起来做，进行海量的测配。在《功勋》里，分种子那一段，点到名的里，出了好几个两院院士，里面领种子的福建谢华安和江西颜龙安，他们配出来的汕优63在杂交稻历史上是个传奇，连续16年全国推广面积第一，单品种推广面积过亿亩，他们也分别收获了“中国科学院院士”和“中国工程院院士”的殊荣。
杂交稻大田
第四个问题，杂交制种关。
因为把自交的水稻改成了异交，它的制种产量低是正常的，但也是通过全国大协作，很快就通过各种技术办法，让杂交稻的制种产量能够达到一个不错的水平，让杂交稻进入千家万户成为可能。
《杂交水稻炼成记》是袁老师和他的小伙伴们的热血青春，让我们这一代人，告别了饥荒，也让我们这代大部分的人不必为了“有口饭吃“而去面朝黄土背朝天，可以去探索更广阔的天地，让我们有选择工作的自由，甚至还有时间可以刷剧、打游戏，这就是农业科技的价值。
关于三系杂交稻，就分享到这里。“三系”之后，袁老师又领导了“两系”杂交稻和“第三代”杂交稻的研究，感兴趣的话，我下次再给大家分享。如果大家对于育种或者生物技术，有什么感兴趣的话题，可以给我留言，我能hold住的话题，我找机会跟大家分享，作者邝翡婷。
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