从课堂上聆听到袁隆平院士提出的“三系、两系到一系”宏大设想,再到如今克隆效率稳定超99%的一系杂交稻落地田间,中国水稻研究所王克剑研究员团队用十年时间,实现杂交水稻育种的关键跨越。这项足以改写全球种业格局的原创成果,刊发于国产新兴期刊《Vita》(生命),经新华社、人民日报、央视等披露。
近日,记者走进位于杭州富阳的中国水稻研究所,在试验田与实验室,近距离了解这个扎根浙江的青年科研团队。
一束微光,埋下攻克难题种子
盛夏午后,杭州富阳的水稻试验田热浪翻涌。王克剑弯腰穿行在稻田间,叮嘱工作人员调整播种密度,又交代回收品种标牌来年重复使用。
本科遗传学课堂上,老师谈及杂交水稻的终极战略规划:三系、两系已经实现,能不能培育出可固定杂种优势、不用年年制种的一系稻?这是业内公认的难题,袁隆平院士牵头全国专家多年攻关,没有取得进展,不少前辈直言“这条路根本走不通”。
在北京中科院遗传发育所攻读硕博、工作期间,王克剑深耕植物生殖遗传,主攻水稻生殖发育底层机理。日复一日地科学研究,让他在海量数据里捕捉到一丝微弱希望:或许能通过精准设计,绕开杂交稻后代分离的天然短板,实现无融合生殖。他形容这份科研直觉,像穿行在漫长漆黑的隧道,远处仅有一点微光,旁人不敢迈步,年轻的他却想闯一闯。
2013年,王克剑刚到水稻所组建团队时,团队仅两人,试验田仅三亩,狭小土地远不足以承载大规模材料对比。他将课题命名为“一系杂交稻探索计划”,同步推进常规工作维持运转,朝着遥远目标稳步前行。
五年破冰,获袁隆平院士认可
彼时国内杂交稻产业正陷入困局:产量优势突出,但制种流程烦琐、成本高,种子售价是常规稻十倍以上。全国杂交稻种植面积从峰值70%逐年下滑至50%,海外推广更是举步维艰。
行业痛点反成攻关动力。整整五年,团队泡在实验室与田间,数万份材料反复筛选、验证。海南基地冬繁加代,山坳试验田蛇虫遍布,团队成员常年早出晚归,风吹日晒成了日常。无数次试验失败,早期技术路线、候选基因接连碰壁,团队始终保持平和心态:探索本就伴随失败,能取得进展便是收获。
2017年,团队终于拿到全球首粒杂交稻克隆种子,成功验证一系法可行性,完成“从0到1”的里程碑突破;2019年相关论文发表的消息传到袁隆平院士耳中。彼时在海南,袁老特意邀约王克剑见面,当面了解研究进展,结束后执意要请这位年轻研究员吃饭,言语间满是欣慰:当年构想终于有人走出关键一步,他反复勉励团队持续深耕,早日落地生产。
消息传开,竞争压力铺面而来。王克剑深知,杂交水稻是中国农业的“金名片”,核心基因专利若被国外掌握,未来国内种业将面临降维打击,团队必须积极布局自主知识产权。
再攻五年,挖出核心关键基因
首个五年突破后,团队第二个五年目标转向“从1到100”——攻克克隆效率与结实率的“跷跷板”困境:此前全球同类体系无法兼顾,诱导率高则结实差,结实正常则克隆效率低。
聊起基因筛选,王克剑自嘲:“我们在小小的水稻花药里面挖呀挖。”水稻四万余个基因,逐一筛选不切实际。团队依托大数据初筛,锁定近百个候选;再经实验室对比验证,逐层剔除;最终将数百个组合送至田间实测,反复观察。
从FIX1迭代至FIX8,团队挖掘出水稻内源“华胥基因”,培育出稳定株系,克隆效率突破99%,结实率恢复至普通杂交稻水平,两项指标同步拉满,全面超越海外同类体系。
成果成型,王克剑面临两难:投国际CNS顶刊,团队考核、人才求职、科研奖励均占优,但审稿周期长,成果公开慢,国内同行无法快速共享;投国产新刊《Vita》,则短期影响考核,但能加速产业落地。
一边是团队短期利益,一边是行业与国家长远发展。团队最终选择《Vita》。“科研最终是为产业、为农民服务,早一天发表,国内育种单位就能早一天攻关,早点降低稻农购种成本。”王克剑坦言,从长远看,这样的选择肯定是正确的。
未来五年,开源共享惠及农户
王克剑已经规划好第三个五年目标:完成“从100到10000”的产业化落地,从试验田走向全国大田,完成全方位安全稳定性测试。王克剑说,将联合全国多家育种单位,在南北方稻区、常规稻主产区开展大规模多点试验,拓展多作物应用场景。
一系法带来的产业变革肉眼可见:杂交稻种子成本直接下降至少九成,种粮大户的种子开支将大幅缩减;传统制种模式不再依赖专用基地和人工隔离,从源头规避极端气候下供给断档风险。
当前国内杂交种子企业普遍背负资金和库存压力,而一系杂交稻兼具杂种优势与常规稻属性,可被称作“具备杂种优势的特殊常规稻”,既能激活北方常规稻种植区,也能化解海外推广难题,全球九成常规稻产区都能适配这项技术。
王克剑说,一系杂交稻的推广将使杂交水稻的种源生产走向完全开源,这也是对袁隆平院士当年推动三系和两系杂交稻协同攻关、普及杂交水稻、守护国家粮食安全初心的延续。他期待,这项技术能引导企业加快向优质品种迭代转型,摆脱制种环节的高度内卷,推动整个行业迈向更高质量、更可持续的发展轨道。
十年前隧道尽头那束微光,如今已铺满田野。他说,科研人的初心从来不只是攻克难题,而是让田间的新技术,真正走进千家万户。