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【智库数据】袁隆平先生毕生践行“禾下乘凉梦”和“覆盖全球梦”两大梦想 精选

已有 4155 次阅读 2021-5-24 22:06 |个人分类:智库数据|系统分类:人文社科

袁隆平先生毕生致力于杂交水稻技术的研究、应用与推广,发明“三系法”籼型杂交水稻,成功研究出“两系法”杂交水稻,创建了超级杂交稻技术体系。提出并实施“种三产四丰产工程”,运用超级杂交稻的技术成果。袁隆平先生的杂交水稻研究不仅仅致力于造福中国,他的科研成果早已走向国际,并得到了国外科学家们的认可,在造福全人类的道路上越走越远。

袁隆平先生曾在采访中说道,“我对水稻的产量的追求就是高产、更高产、超高产!我是一个不满足的人,我贪产量。”我们通过收集和整理袁隆平先生毕生研究成果,正是其毕生践行“禾下乘凉梦”和“覆盖全球梦”这两大梦想的缩影。为此,我们怀着对先生的崇高敬意和悼念之情,回顾其一生学术研究。

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我们通过在SCOPUS数据库进行检索,结果显示1995年-2021年袁隆平先生和他的科研团队在收录的Science,PNAS,Nature Communications ,Genome Research ,PLOS Biology上一共发表了55篇科研成果,累计被引用次数达6189次。

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图1:袁隆平及其科研团队1995-2021年科研成果


1966年提出了利用野生稻与栽培稻进行“远缘杂交”的设想


1966年,袁隆平教授发表的第一篇论文是《水稻的雄性不孕性》,当时就受到了国家科委的重视,袁隆平先生也得以展开他的杂交水稻科学研究工作。在这篇论文中,袁隆平认为想要利用水稻的杂种优势首先必须解决大量杂种的制种技术问题,从农作物杂种优势育种的研究趋势和实际成果看,解决这个问题的首要途径首推利用雄性不孕性。这是一篇对杂交水稻研究具有划时代意义的论文。证明了培育杂交水稻的理论设想是科学的,是切实可行的。袁隆平的发现,不仅仅是一个简单的水稻育种课题的选定,而是冲破了陈旧理论的束缚,开创了一个在世界上具有创新意义的研究领域。


1973—1986年:实现水稻三系配套,杂交水稻理念获得初步成功


1973年,在苏州召开的水稻科研会议上,袁隆平先生发表了《利用“野败”选育“三系”进展》的论文。袁隆平先生以野败为主要研究材料,实现了三系配套,初步鉴定了几个具有一定的杂种优势,比高产亲本和优良品质都有所增产的杂交组合,进入了小量制种、品比实验和配合力研究的阶段。这篇论文标志着中国籼型杂交水稻三系(不孕系、保持系和恢复系)配套成功。袁隆平说“长稻谷还是稻草,只是技术问题,我们不该放弃。”

1977年,经过长期的研究,袁隆平发表了《杂交水稻培育的实践和理论》与《杂交水稻制种与高产的关键技术》两篇重要论文。在三系杂交水稻培育成功后遇到的第三个技术难关就是高产制种。杂交水稻产量较低是制约大面积推广的主要瓶颈,袁隆平找到了制种产量较低的原因是父本药粉没能均匀地散落在母本柱头上,摸索出了一套“以父母本花期花时相遇为关键”的技术。标志着袁隆平先生研制成功杂交水稻制种技术,从而为大面积推广杂交水稻奠定了基础。

又经过十几年的研究,袁隆平陆续发表了《杂交水稻育种的程序》、《杂交水稻新组合威优64》等重要科研论文。1986年袁隆平正式提出了杂交水稻的育种战略,将杂交水稻的育种从选育方法上分为三系法、两系法和一系法三个战略发展阶段,即育种程序朝着由繁至简而效率越来越高的方向发展;从杂种优势水平的利用上分为品种间、亚种间和远缘杂种优势的利用三个战略发展阶段,即优势利用朝着越来越强的方向发展。根据这一设想,杂交水稻每进入一个新阶段都是一次新突破,都将把水稻产量推向一个更高的水平。这项战略构想的提出,为中国已取得三系法杂交水稻研究、开发成功后开展杂交水稻新探索指明了方向。


1987-1997年:两系法杂交水稻取得了成功,又提出选育实用光温敏不育系的技术路线


1987年,国家“863”计划将两系法杂交水稻研究立为专题,袁隆平组成了两系法杂交水稻研究协作组开展中国性的协作攻关。历经九年的艰苦攻关,1995年两系法杂交水稻取得了成功,一般比同熟期的三系杂交稻增产5%~10%,且米质一般都较好,近年的种植面积为6000亩左右。两系法杂交水稻为中国独创,它的成功是作物育种上的重大突破,再次体现了以袁隆平为首的中国杂交水稻科技工作者的聪明智慧,继续使中国的杂交水稻研究水平保持了世界领先水平。

1997年,袁隆平又提出了旨在提高光合作用效率的超高产杂交水稻形态模式和选育技术路线,开始了“中国超级杂交水稻”的研究。这是一道世界级难题,通过攻关研究,2000年已实现了第一期大面积示范亩产700公斤的指标,比现有高产杂交稻每亩增产50公斤左右。


2002-2012年:绘制亚种水稻基因组序列的草图,发掘杂种优势相关基因


2002年,袁隆平团队等在Science在线发表题为“A Draft Sequence of the Rice Genome (Oryza sativa L. ssp. indica)”的研究论文,这篇论文的被引用次数高达2376次,具有划时代的科研意义。该研究通过全基因组鸟枪法测序,为中国最广泛栽培的亚种水稻(Oryza sativa L. ssp.indica)绘制了水稻基因组序列的草图。基因组大小为466兆碱基,估计有46,022至55,515个基因。组装序列中的功能覆盖率为92.0%。大约42.2%的基因组位于精确的20个核苷酸的寡聚物重复序列中,大多数转座子位于基因之间的基因间区域。尽管80.6%的预测拟南芥基因在水稻中具有同源物,但是只有49.4%的预测水稻基因具有拟南芥中的同源物。

2009年,袁隆平团队等在PNAS 在线发发表题为“A transcriptomic analysis of superhybrid rice LYP9 and its parents”的研究论文,该研究使用基于已知和预测的水稻基因的全基因组寡核苷酸微阵列,研究了超级杂交稻LYP9及其亲本品种93-11和PA64s的发育叶片和穗中的转录组概况。研究人员从7个组织中总共设置的36926个总基因中检测到22266个表达基因。聚类结果表明,F1杂种的表达谱与其2个亲本谱系之间的相似程度更高。在总基因组中,所有采样的组织共有7,078个基因,其中3,926个基因(占总基因组的10.6%)是差异表达基因(DG)。当研究人员将DG分为亲本(DGPP)和杂种与其亲本(DGHP)之间的比较时,比较结果表明,能量代谢和转运类别中的基因富含DGHP而不是DGPP。此外,研究人员将DG的存在与产量相关的数量性状基因座相关联,提供了一组潜在的杂种优势相关基因。


2013-2016年:合理设计更好地适应目标环境的水稻品种,提出商业推广机制


2013年,袁隆平团队等在PNAS 在线发发表题为“Rice zinc finger protein DST enhances grain production through controlling Gn1a/OsCKX2 expression”的研究论文,该研究报告锌指转录因子干旱和耐盐性(DST)直接调节生殖分生组织中OsCKX2的表达。OsCKX2的DST定向表达调节SAM中CK的积累,因此控制生殖器官的数量。总而言之该研究表明,作为生殖分生组织活性的独特调节剂,可以探索DST来促进水稻和其他小谷类谷物中谷物产量的遗传增强。

2014,袁隆平团队等在PNAS在线发发表题为“Days to heading 7, a major quantitative locus determining photoperiod sensitivity and regional adaptation in rice”的研究论文,该研究报告鉴定DTH7基因,这是水稻光周期敏感性和谷物产量的主要遗传基因座。基于图谱的克隆显示DTH7编码一种 pseudo-response调节蛋白,其表达受光周期调节。该研究显示,在很长的时间内,DTH7在光感受器植物色素B的下游起作用,以抑制Ehd1的表达,Ehd1是“florigen”基因(Hd3a和RFT1)的上调因子,导致开花延迟。该研究数据不仅提供了水稻光周期敏感性遗传控制的宏观视角,而且为通过合理设计更好地适应目标环境的水稻品种育种奠定了基础。

2016年,袁隆平等团队在PNAS 在线发表题为“Integrated analysis of phenome, genome, and transcriptome of hybrid rice uncovered multiple heterosis-related loci for yield increase”的研究论文,该研究综合了遗传学和组学分析,以确定模式两系水稻杂交系统良优培9(LYP9)及其亲本的产量杂种优势候选基因。发现水稻杂种优势8(RH8)是产量杂种优势的主要QTL是DTH8 / Ghd8 / LHD1基因。基于许多杂交水稻品种中RH8的共有等位基因杂合性,提出了目前商业杂交稻产量杂种优势的常见机制。


2019-至今:不断优化和改良水稻基因位点,探索杂种优势位点新方法


2019年2月11日,中科院亚热带农业生态研究所陈彩艳团队与湖南杂交水稻研究中心袁隆平团队在PNAS 上发表题为“Natural variation in the HAN1 gene confers chilling tolerance in rice and allowed adaptation to a temperate climate”的文章,克隆并功能鉴定基因HAN 1,增强水稻的耐寒性,拓展了对水稻向北扩展栽培的认识,为提高水稻耐冷性提供了目标基因。12月17日,万建民及袁隆平共同通讯在PNAS 在线发表题为“An R2R3 MYB transcription factor confers brown planthopper resistance by regulating the phenylalanine ammonia-lyase pathway in rice”的研究论文,该研究证明BPH进食诱导R2R3 MYB转录因子的表达,进而上调OsPALs基因的表达,导致水杨酸和木质素的生物合成和积累增加。结果,植物对BPH的抗性增强。该结果揭示了介导BPH抗性的分子机制,并为水稻BPH抗性的遗传改良提供了有价值的目标。

2020年9月22日,Nature Communications杂志在线发表了来自湖南杂交水稻研究中心袁定阳团队、袁隆平院士组和与华智生物李东等人合作题为“Resequencing of 1,143 indica rice accessions reveals important genetic variations and different heterosis patterns”的研究论文。该研究对杂交水稻育种中的1,143份籼型亲本材料进行重测序,揭示了三系和两系强优势杂交稻组合具有不同的杂种优势控制基因位点。该研究为发现杂种优势位点提供了新方法。
 
自此,半个世纪以来,无论经历怎样的挫折和失败,袁隆平从未想过放弃杂交水稻这个目标,而是不断分析总结,调整技术路线。从失败中看到光明的胆识和勇气,让袁隆平当之无愧地成为了杂交水稻研究领域的开创者和带头人。而他开放、分享的心态,又推动着杂交水稻的研究从湖南走向全国,从中国走向全世界。

如今,袁隆平老先生辞世,这个解决半个中国温饱问题的老人走了,但是他的科研团队定会带着袁隆平先生的意志和梦想,继续进行科研攻关,实现杂交水稻研究的一个又一个突破!

























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