中国 人 为何 能造 出 杂交 水稻 ？除了 袁隆平 ，也 应该 铭记 这些 人 (1) Why can the Chinese create hybrid rice? In addition to Yuan Longping, these people should also be remembered (1) 中国人为何能造出杂交水稻？除了袁隆平，也应该铭记这些人(1)

各位 同學 大家 好 我 是 李永樂 老師 前 幾天 中國 的 雜交 水稻 之 父 袁隆平 先生 去世 了 有 許多 小夥伴 給我 發來 私信 問 雜交 水稻 到底 是 怎麼 被 發明 出來 的 呢 今天 我們 就 來講 一講 這個 過程 以此 紀念 袁隆平 先生 以及 和 他 一起 並肩戰鬥 的 科學家 們 袁隆平 先生 是 在 一九六 幾年 的 時候 開始 研究 雜交 水稻 的 那麼 我們 首先 來 介紹 一下 那個 時代 的 時代背景 在 那個 時代 中國 的 科學界 受 蘇聯 的 影響 非常 大 At that time, the scientific community in China was greatly influenced by the Soviet Union. 蘇聯 的 生物學 因為 有 一個 人 的 原因 所以 造成 了 落後 於 西方 兩代 這個 人 是 誰 呢 我們 首先 來 介紹 一下 前 蘇聯 有 一個 很 著名 的 農作物 培育 專家 The former Soviet Union has a very famous crop cultivation expert 名字 叫做 米丘林 米丘林 他 特別 喜歡 進行 嫁接 Michurin, he especially likes grafting 就是 把 一個 作物 嫁接 到 另外 一個 作物 上 grafting one crop onto another 然後 獲得 了 一個 新 的 作物 做 了 很多很多 種的 水果 他 特別 喜歡 嫁接 那麼 他 發現 在 嫁接 的 過程 中 生物 的 某 一些 特點 是 可以 實現 遺傳 的 是 吧 Some characteristics of living things are heritable, right? 你 把 一個 生物 嫁接 到 另外 一個 生物 上 它 最後 長 的 瓜 是 不 一樣 的 於是 他 就 說 孟德爾 的 這 一套 理論 好像 是 有點 問題 不過 米丘林 並 沒有 完全 的 反對 孟德爾 的 學說 不過 當 米丘林 去世 了 之後 有 一個 新 的 生物學家 名字 叫做 李森科 李森科 自稱 是 米丘林 的 這個 衣缽 傳承 人 Lysenko claims to be the heir of Michurin's mantle 他 特別 支持 一種 遺傳 學說 名字 叫做 獲得性 遺傳 其實 獲得性 遺傳 不是 一個 新 玩意 In fact, acquired inheritance is not a new thing 一百多年 以前 就是 李森科 之前 一百年 一八 零 幾年 的 時候 就 已經 出現 了 獲得性 遺傳 大概 的 意思 就是說 如果 有 一個 長頸鹿 它 整天 就夠 高處 的 樹葉 它 脖子 就 越練 越長 那 它 的 下一代 脖子 就會 更長 一點 有點 用進 廢退 那麼 個 意思 那麼 李森科 就 支持 這種 觀點 他 還把 這種 觀點 叫成 是 米丘林 主義 但 實際上 後人 都 管 它 叫 李森科 主義 李森科 在 這個 開 大會 的 時候 就講 說 我們 的 新 生物學 是 社會主義 的 是 進步 的 是 唯物 的 那個 孟德爾 和 摩爾根 的 那些 理論 是 反動 的 是 資本主義 的 是 唯心 的 這 就是 一個 典型 的 把 學術 問題 政治化 的 這麼 一個 例子 當然 也 有 很多 生物學家 反對 李森科 說 你 說 的 不 對 比如說 你 的 意思 就是 如果 把 這個 老鼠 的 尾巴 切 了 If you cut off the mouse's tail 那麼 這個 老鼠 再 交配 生 的 小老鼠 應該 沒有 尾巴 對 不 對 但 實際上 有 科學家 做過 這個 實驗 連續 切 老鼠 尾巴 切 了 二十 一代 結果 這個 老鼠 生 下來 還是 帶 尾巴 的 所以 獲得性 遺傳 是 站不住腳 的 還有 很多 的 例子 比如說 猶太人 他 每個 小孩 生 下來 要 實行 割禮 對 不 對 但是 這個 小孩 生 了 這麼 一千多年 你 發現 那個 小孩 的 包皮 還是 存在 的 對 吧 沒有 因為 每 一代 都 進行 割禮 而 下一代 就 沒有 包皮 了 所以 這個 獲得性 遺傳 其實 不太對 不過 因為 李森科 把 它 政治化 了 獲得 了 斯大林 和 赫魯曉夫 的 支持 With the support of Stalin and Khrushchev 所以 誰 敢 反對 李森科 就 把 誰 抓 起來 當時 就是 抓 起來 了 一大批 的 這個 蘇聯 生物學家 At that time, a large number of these Soviet biologists were arrested. 以一己 之力 把 蘇聯 的 生物學 拖後了 兩代 然後 中國 當時 也 受 蘇聯 影響 所以 也 有 很多 人 去學 這個 米丘林 和 李森科 的 這些 理論 包括 袁隆平 在內 早年 的 時候 都 是 學 李森科 和 米丘林 的 理論 的 In the early years, I studied the theories of Lysenko and Michurin. 所以 搞了半天 什麼 也 搞 不 出來 那麼 在 蘇聯 之外 西方 又 是 如何 看待 這個 問題 的 呢 西方 我們 之前 上 一節課 就 講過 說 孟德爾 孟德爾 在 19 世紀 中葉 的 時候 他 就 已經 通過 種 豌豆 的 這個 實驗 明白 了 說 生物 的 遺傳 是 靠 這個 遺傳因子 後來 給它 起 了 名字 叫 基因 再 往後 美國 的 科學家 摩爾根 又 通過 果蠅 的 實驗 得出 了 一個 結論 說 這個 基因 它 是 在 染色體 上 所以 根據 孟德爾 和 摩爾根 的 理論 人們 已經 了解 了 說 基因 還有 染色體 然後 很快 人們 又 發現 了 DNA 以及 它 的 雙螺旋 結構 所以 生物 物學 已經 進入 了 分子 的 時代 然後 根據 這個 理論 在 1926 年 的 時候 美國 有 一個 生物學家 名字 叫做 瓊斯 這個 瓊斯 他 就 提出 了 一套 理論 他 說 水稻 這種 作物 它 是 具有 雜交 優勢 的 他 提出 了 水稻 的 雜交 優勢 什麼 叫 雜交 優勢 根據 孟德爾 和 摩爾根 的 理論 這個 基因 是 成 對 出現 的 是 吧 控 製 一個 性狀 的 基因 是 成 對 的 這成 對 的 基因 裏面 有 顯性 的 也 有 隱性 的 只要 有 一個 基因 是 顯性 的 它 就是 顯性 性狀 如果 兩個 基因 都 是 隱性 就是 隱性 性狀 而且 一般來講 顯性 性狀 是 優於 隱性 性狀 的 那 很多 生物 它 的 性狀 上 看 是 沒 問題 的 但是 它 實際上 含有 隱性 的 不良 基因 But it actually contains a recessive bad gene 如果 近親繁殖 的話 這個 隱性 基因 就 可能 會 表現 出來 但 如果 你 是 雜交 的 這樣一來 這個 隱性 基因 會 逐漸 被 淘汰 掉 於是 生物 就 會 變得 比較 優秀 他 說 不光 動物 是 這個 樣子 的 那 水稻 它 也 有 雜交 優勢 那 於是 我們 就 想 說 怎麼 把 這個 水稻 進行 雜交 呢 水稻 的 特點 它 是 個 自交 作物 就是 它 每 朵花 上面 既有 雄蕊 又 有 雌蕊 它 雄蕊 上 的 花粉 就 落到 自己 花 的 雌蕊 上 所以 它 就 自交 產生 後代 了 你 要 想 讓 它 雜交 也 很 簡單 你 就 把 那個 雄蕊 給 去掉 它 沒 開花 的 時候 你 把 它 那個 雄蕊 給 去掉 就行了 但 問題 是 那個 水稻 的 花 特別 特別 小 而且 一朵花 就 接 一粒 種子 你 說 你 要 想種 水稻 然後 一朵 一朵 去 剪 雄蕊 那 不 累死 了 嗎 所以 人們 就 想 我能 不能 找到 一種 這樣 的 水稻 它 只有 雌蕊 沒有 雄蕊 所以 它 不能 給 自己 授粉 那 就 可以 讓 別人 的 雄蕊 給它 授粉 這不 就 實現 了 雜交 嗎 這種 現象 我們 就 稱 之 為 天然 雄性不育 就是 我要 在 自然界 中 找到 一個 水稻 這個 水稻 它 天生 就 沒有 雄蕊 然後 我用 別的 水稻 的 這個 雄蕊 給它 雌蕊 授粉 它 就 雜交 了 對 吧 實際上 這件 事 在 1917 年 的 時候 就 由 日本 的 科學家 發現 了 然後 到 了 1947 年 的 時候 有 一個 科學家 名字 叫 希爾斯 這個 希爾斯 他 就 提出 了 一套 理論 他 說 我 可以 解釋一下 為 什麼 會 有 雄性不育 的 這個 現象 稱之為 三型 學說 他 說 雄性不育 分 三種 第一種 叫做 細胞質 不育 第二種 叫 細胞核 不育 第三種 叫做 核質 相互作用 不育 咱們 就 以 第三種 為例 說 什麼 叫 核質 相互作用 呢 就 說 吧 這個 一個 生殖細胞 它 有 一個 細胞核 細胞核 是 由 一個 精子 和 一個 卵子 構成 的 是 吧 然後 合 起來 變成 受精卵 了 細胞核 的 基因 有 兩種 第一種 叫 rr 就 兩個 隱性 基因 它 表示 的 是 不育 的 不育 的 意思 是 它 的 雌蕊 發育 正常 它 可以 產生 卵子 但是 這 朵花 它 不 產生 精子 也 就是 沒有 花粉 是 吧 這 叫做 雄性不育 還有 就是 RR 如果 這個 核它 的 基因型 是 RR 的話 那 它 就是 可育 的 好 就是 核有 不育 的 核 也 有 可育 的 核 它 是 有 它 的 基因型 決定 的 還有 就是 細胞質 就是 這個 受精卵 它 有 細胞質 這個 細胞質 它 也 分為 兩種 第一種 就是 S 型 S 型 就是 不育 的 還有 就是 N 型 N 型 就是 可育 的 他 提出 這麼 一套 理論 他 說 那麼 什麼樣 的 水稻 它 是 真正 不育 的 呢 很 簡單 就是 你 細胞核 的 基因 也 是 不育 的 細胞質 的 類型 也 是 不育 的 你 這 兩個 都 不育 你 最後 就 不育 只要 細胞核 和 細胞質 有 一個 是 可育 的 這 玩意 它 就是 可育 的 好 吧 好 他 就 提出 了 這麼 一套 理論 那麼 通過 這 一套 理論 我們 就 可以 實現 水稻 的 雜交 了 咱們 來看 一下 怎麼 做 的 首先 我們 有 這樣 的 一個 水稻 這個 水稻 它 的 細胞核 類型 是 rr 而 它 的 細胞質 類型 是 S 大家 看 這個 是 可育 的 還是 不可 育 的 細胞核 是 不育 的 但 細胞質 也 是 不育 的 它 就是 不育 的 對 吧 這種 就是 天然 不育 的 那麼 對於 這種 天然 不育 的 這個 水稻 我們 可以 取 它 的 卵子 因為 我們 知道 就是 你 雖然 是 雄性不育 但是 它 這個 卵子 或者說 它 的 這個 雌蕊 是 發育 正常 的 就是 沒有 雄蕊 而已 好 它 是 不育 的 然後 我 讓 它 和 一個 水稻 雜交 這個 水稻 核 的 類型 是 rr 而質 的 類型 是 N 這個 可 不可 育 核 的 類型 是 不育 質 的 類型 是 可育 我們 說過 只有 兩個 都 不 育才 不育 它 有 一個 可育 所以 這個 是 可育 的 也 就是 可以 產生 花粉 可以 產生 花粉 我 就讓 你 提供 花粉 或者說 提供 精子 對 吧 它們 兩個 一 雜交 會 有 什麼 結果 呢 它們 兩個 一 雜交 之後 大家 註 意 核會 有 兩個 配子 形成 那 兩個 配子 全都 是 r 所以 中間 這個 核 應該 是 rr 是 吧 細胞質 呢 細胞質 是 由 卵子 提供 的 所以 細胞質 跟 它 一樣 是 S 好 就 形成 了 這樣 一個 效果 這個 可 不可 育 這裏 邊是 兩個 r 外邊 是 一個 S 所以 它 是 不育 的 於是 我們 就 說 可以 通過 這樣 的 方法 我們 可以 對 這個 不育 的 水稻 進行 授粉 然後 產生 的 後代 依然 是 不育 的 我 就 實現 了 不育 的 保持 對 不 對 你 只要 找到 一株 不育 的 我 通過 這種 方法 我 就 可以 結出 成千上萬 粒 不育 的 種子 對 不 對 這個 不育 的 種子 種到 地下 之後 長 出來 跟 你 原來 這個 不育 的 是 一樣 的 那麼 我們 再 想 假如 說 我們 換 一種 做法 如果 我們 左邊 rr S 這個 不變 依然 是 一個 不育 的 而且 是 卵 我 讓 它 去 和 誰 進行 雜交 呢 我 讓 它 和 一個 核 的 類型 是 RR 而 這個 外界 的 質 的 類型 是 N 或者 S 都 可以 然後 我 進行 雜交 會 有 什麼 結果 咱們 看 因為 形成 配子 的 時候 左邊 的 核 只能 形成 一個 r 的 配子 右邊 的 核 形成 一個 R 的 配子 它 一 結合 配子 類型 是 Rr 然後 外面 的 這個 細胞質 由 誰 決定 我們 說 由 卵子 決定 對 吧 所以 是 S 那麼 這個 是 可育 還是 不可 育 的 它 裏邊 的 這個 Rr 含有 一個 可育 的 基因 那 含有 可育 基因 你 就是 可育 的 所以 這樣 就 可育 了 這就 形成 了 什麼 呢 就是說 我 通過 這種 方法 我 可以 用 另外 一種 水稻 給你 原來 這個 不育 水稻 進行 授粉 那 我 要是 用 這種 水稻 進行 授粉 的話 你 的 這個 生 出來 的 果實 它 是 可育 的 ||||||offspring|||| 也 就是 你 把 它 要是 種到 地 裏邊 它 自己 是 能 授粉 的 它 自己 是 可以 結籽 的 ||||||||||set seed| 而 上面 的 這個 是 不行 的 上面 這個 必須 得 別人 給它 結籽 因為 它 沒有 花粉 而 它 底下 的 這個 它 自己 是 可以 產生 花粉 也 可以 產生 卵子 所以 它 是 自己 可育 的 那 這個 東西 它 裏邊 的 Rr 就是 雜 合子 |||||||||Hybrid cell 或者說 是 一種 雜交 的 情況 它 就 會 體現 出 雜交 優勢 這 就是 什麼 這 就是 雜交 水稻 對 吧 就是 你 只要 給我 找到 了 一個 天然 的 不育 類型