稻家繽紛
這是一個(gè)美麗的傳說：很久很久以前，我國南方遭遇連年災(zāi)荒，找不到食物的人們憂心忡忡。突然，天空上傳來一陣悠揚(yáng)的樂聲，抬頭望去，只見在五朵彩色的祥云之上，有五位身穿彩服的仙人，騎著五匹不同毛色的仙羊，仙羊口銜金色的稻穗，降臨大地。仙人們把稻穗留了下來，告訴大家要好好種植水稻，以后便不會再有饑荒發(fā)生。這個(gè)美麗的故事啟示我們，水稻是很重要的糧食作物，水稻的生產(chǎn)對于保障國家的糧食安全具有重要的意義。
事實(shí)上，約1萬年以前，我們的祖先在采集野生植物為食的過程中，發(fā)現(xiàn)生長在沼澤地里的野生稻種子具有良好的食味，這引起了他們強(qiáng)烈的興趣。他們從野生稻種子自然落粒、萌發(fā)生長和開花成熟的現(xiàn)象中得到啟示，嘗試著收取野生稻的種子，重復(fù)著播種與收獲的過程，從而開創(chuàng)了水稻的種植業(yè)。與此同時(shí)，自然生長的野生稻也開啟了新的進(jìn)化歷程。
一方面，隨著地理、生態(tài)與氣候的變化，野生稻在種植過程中受到嚴(yán)格的自然選擇；另一方面，人類為了日益增長的生活需要，不斷地進(jìn)行著有意識的人工選擇。這種自然與人工選擇的結(jié)果，使野生稻進(jìn)化成了栽培稻，并形成了種類豐富、繽紛多彩的水稻大家族。同時(shí)，水稻的種植范圍也不斷擴(kuò)大，據(jù)估計(jì)，目前全世界種植水稻的國家已超過120個(gè)。
為了更好地種植水稻，首先需要了解水稻，明確水稻的不同類型。為此，科學(xué)家們進(jìn)行了長達(dá)200年的研究，制訂了包括形態(tài)特征、生理特性、遺傳基礎(chǔ)等各個(gè)方面的分類標(biāo)準(zhǔn)，提出了多種分類系統(tǒng)。最著名的是丁穎教授于1957年提出的水稻品種五級分類系統(tǒng)。
首先，將水稻分為秈稻和粳稻兩個(gè)亞種，秈稻主要種植在南方，而粳稻則種植在北方；其次，在每個(gè)亞種內(nèi)，根據(jù)種植季節(jié)和收獲時(shí)期的不同分為早(中)稻和晚稻兩個(gè)生態(tài)群；第三，在生態(tài)群內(nèi)，根據(jù)對土壤水分的要求不同分為水稻和陸(旱)稻兩個(gè)生態(tài)型；第四，在生態(tài)型內(nèi)，根據(jù)籽粒的淀粉含量不同分為粘稻和糯稻兩個(gè)變種；最后一級便是在生產(chǎn)上種植的品種，主要包括兩類：一類是傳統(tǒng)的地方品種，另一類是經(jīng)過培育的改良品種�，F(xiàn)在，生產(chǎn)上使用的都是經(jīng)過改良的水稻品種。
長期以來，科學(xué)家們將提高水稻品種產(chǎn)量、改善稻米品質(zhì)作為育種的首要目標(biāo)。特別是近70年來，我國水稻產(chǎn)量有了兩次重大的突破。
第一次是高稈變矮稈:在20世紀(jì)50年代以前，水稻生產(chǎn)主要是傳統(tǒng)地方品種，稈子很高，超過130厘米，容易倒伏，每畝產(chǎn)量只有200千克左右(1畝=666.7平方米，下同)。丁穎教授的學(xué)生黃耀祥研究員于20世紀(jì)50年代末開始水稻矮化育種，并于1959年育成了我國第一個(gè)矮稈秈稻品種廣場矮,這是世界水稻育種史上的一次重大突破。隨后，國內(nèi)外開展了廣泛的矮化育種工作，育成了大量的矮稈水稻品種，使水稻單產(chǎn)翻了一番。
第二次是發(fā)展雜交水稻:雜種優(yōu)勢是自然界廣泛存在的一種現(xiàn)象。為利用水稻的雜種優(yōu)勢，20世紀(jì)60年代，袁隆平研究員開始雜交水稻的育種工作；1973年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)育成了第一個(gè)秈型雜交水稻，國內(nèi)其他科學(xué)家也相繼育成了大量的雜交水稻，使水稻產(chǎn)量再次實(shí)現(xiàn)翻番，實(shí)現(xiàn)了水稻育種的第二次重大突破。
早期的雜交水稻都是利用亞種內(nèi)的雜種優(yōu)勢，而亞種間的雜種優(yōu)勢更為明顯。為了進(jìn)一步提高水稻的產(chǎn)量潛力，科學(xué)家們開始嘗試著利用秈稻和粳稻進(jìn)行雜交配組，以便有效地利用水稻亞種間的雜種優(yōu)勢。1994年，筆者團(tuán)隊(duì)育成了我國第一個(gè)亞種間雜交水稻協(xié)優(yōu)413,在浙江示范單產(chǎn)突破歷史最高紀(jì)錄，達(dá)到每畝750千克。應(yīng)該指出的是，這樣的高產(chǎn)是在高產(chǎn)稻田、水肥有充分保障的條件下取得的。
然而，一個(gè)嚴(yán)峻的事實(shí)擺在我們面前：我國的水稻田大多是中低產(chǎn)田，而中低產(chǎn)的主要原因是沒有灌溉條件，易受干旱影響，從而導(dǎo)致減產(chǎn)甚至絕收；更為嚴(yán)重的是，我國是缺水大國，而水稻生產(chǎn)卻是用水大戶，消耗了總用水量的50%左右；水稻品種抗旱性差，農(nóng)民習(xí)慣淹水種植，不僅造成面源污染，還會產(chǎn)生大量溫室氣體甲烷的排放；同時(shí)，傳統(tǒng)水稻種植采用育秧移栽，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且生產(chǎn)效率低。導(dǎo)致這些問題的主要原因是水稻品種本身對水的需求量太大，節(jié)水抗旱性較差。
20世紀(jì)末，筆者團(tuán)隊(duì)開始注重水稻的節(jié)水抗旱研究，目標(biāo)是培育既節(jié)水抗旱、又高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，既可在水田種植、又可在旱地栽培的水稻新品種。此后，通過近10年的研究與探索，于2009年在世界上首次提出了節(jié)水抗旱稻的理念與培育策略，2015年在農(nóng)業(yè)部的支持下，制定了《節(jié)水抗旱稻 術(shù)語》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并在全國頒布實(shí)施。
20余年來，圍繞節(jié)水抗旱稻的研究，筆者團(tuán)隊(duì)主要做了五個(gè)方面的工作：一是建立水稻節(jié)水抗旱的研究平臺；二是研究節(jié)水抗旱的遺傳基礎(chǔ)與分子機(jī)制；三是創(chuàng)制節(jié)水抗旱新種質(zhì)，培育節(jié)水抗旱稻新品種；四是解析節(jié)水抗旱稻的生理特性、研發(fā)基于節(jié)水抗旱稻的栽培技術(shù)；五是進(jìn)行節(jié)水抗旱稻的試種示范與推廣。上述研究成果先后獲得2013年度國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和2020年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
與節(jié)水抗旱稻的基礎(chǔ)研究同步，團(tuán)隊(duì)同時(shí)致力于節(jié)水抗旱稻相關(guān)知識和科研進(jìn)展的科學(xué)普及與傳播，并取得了喜人的成果：在著名科普期刊《科學(xué)畫報(bào)》(創(chuàng)刊于1933年)上以�？�形式發(fā)表文章、拍攝發(fā)行《節(jié)水抗旱稻》科教片、出版《稻界奇兵》漫畫叢書、創(chuàng)作《穿上皮鞋種稻去》舞臺劇進(jìn)行公開演出等，獲得2020年度上海市科學(xué)技術(shù)普及獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
本書是在上述科學(xué)研究與科普工作的基礎(chǔ)上，力求以科普的語言系統(tǒng)地介紹節(jié)水抗旱稻的產(chǎn)生與發(fā)展，旨在有效地傳播科學(xué)思想，宣傳科學(xué)精神，普及節(jié)水抗旱稻的科學(xué)知識。同時(shí)，通過一些生動(dòng)的事例和具體的技術(shù)介紹，指導(dǎo)農(nóng)民選用良種，進(jìn)行節(jié)水抗旱稻的綠色生產(chǎn)。
衷心感謝編寫團(tuán)隊(duì)的辛勤勞動(dòng)，生命科學(xué)研究日新月異，節(jié)水抗旱稻的研究也不斷深化，將復(fù)雜的科學(xué)原理用通俗的語言表達(dá)出來實(shí)屬不易。由于寫作時(shí)間緊，涉及的內(nèi)容廣泛，書中難免有不足之處，敬請指正。
羅利軍
2024年7月21日