气象科研助推杂交水稻开启新纪元

【导语·中国大田网】2014年1月10日，以“杂交水稻之父”袁隆平院士领衔的“两系法杂交水稻技术研究与应用”获得国家科技进步特等奖。湖南省气象科学研究所是其中的17个主要完成单位之一，作为气象部门的代表，享受到我国科技界的最高荣誉。

从700公斤、800公斤到988公斤，水稻亩产的世界纪录不断在中国刷新，这些水稻品种都有一个共同的身份——两系法杂交水稻。2014年1月10日，以“杂交水稻之父”袁隆平院士领衔的“两系法杂交水稻技术研究与应用”获得国家科技进步特等奖。湖南省气象科学研究所是其中的17个主要完成单位之一，作为气象部门的代表，享受到我国科技界的最高荣誉。

“20多年来的努力得到国家最高科技奖励，这不仅是湖南省气象局的光荣，更是气象部门服务国家粮食安全的共同荣誉。”获奖人之一、湖南省气象局总工程师汪扩军研究员如是说。

两系法杂交水稻需要气象支撑

从三系法到两系法，虽然仅一字之别，却带来了杂交水稻技术的伟大飞跃。三系法是杂交水稻培育成功的经典方法，不过由于它存在种子生产程序复杂、配组不自由和稻种资源利用率低，很难协调高产与优质、早熟与高产等问题，杂种优势利用长期徘徊不前，三系法走到了瓶颈之地。

“在这样的背景下，两系法杂交水稻孕育而生。”汪扩军说，上世纪八十年代，随着我国光温敏核不育水稻的发现和袁隆平将杂交稻分为三系法、两系法和一系法3个发展阶段战略设想的提出，杂交水稻发展前景顿时海阔天空。

为什么说两系法杂交水稻需要特定气象科技支撑呢？两系法杂交水稻就是利用光温敏不育材料进行繁育的一种新型杂交稻。这种光温敏不育系就像两栖动物一样功能强大，其生育功能只受细胞核的隐性不育基因控制，使得选育到优良组合几率大大提高。这种不育系一般在较高温度与较长光照条件下是不育的，能用于杂交制种，而在较低温度与较短光照条件下是可育的，可用来自交繁殖，具有一系两用的重要特点。

正是由于这种不育系具有典型的温光敏特性，要根据当地的温度、日照条件来决定当下到底表现出不育还是可育，温光要素在两系法杂交水稻大面积推广的关键环节——繁殖和制种过程中起到了决定成败的作用，两系杂交稻种子生产上对气候生态环境的要求极为严格，需要一种特定而又精细的气象技术支持。

事实上，1989年7月，长江中下游地区出现了持续数天的异常低温，导致不育系变成了可育，出现“打摆子”现象，制出的还是常规种子。而这一变故给育种专家当头一棒。

大田试验直接获取观测资料

从1990年开始，受省“两系办”（后又更名为“超级稻办”）委托，在袁隆平指导下，汪扩军带领气象科研团队针对两系杂交稻在种子生产过程的几个关键气象问题展开一系列试验研究。一是摸清两用不育系的育性转换规律及其温光指标，二是提出生产上实用的两用不育系标准并进行田间鉴定，三是选定安全适宜的种子生产基地与相应时段，四是确定种子生产过程中关键生育期的适宜气象条件与不利指标。

“要搞好大田生产服务，第一步是广泛开展田间试验观测，直接获取真实的生产数据。”汪扩军说。

为此，气象团队开展长达6年的两用不育系育性鉴定和两系杂交稻高产制种田间试验，根据湖南地形地势与气候分布特点，分别选择湘北湖区、湘中山丘区、湘东高海拔山区、湘西山区盆地等开展田间试验观测，同时在海南三亚进行地理分期播种试验，开展对比观测和验证。

功夫不负有心人，在试验观测的基础上，气象专家提炼了一整套切合气候特点的两用不育系育性鉴定的规范化程序与方法，建立配套气象鉴定基地，提出一套高产稳产制种的气象技术。

从2010年开始，气象团队针对新育成的不育系又分别在湖南长沙、江西南昌和海南海口开展田间试验，利用国家杂交水稻工程技术研究中心分子实验室对不育系花粉进行镜检观察。同时，在中国气象局公益性行业（气象）科研专项《超级稻超高产栽培气象保障技术研究》的支持下，2012年，气象团队又在我国南方水稻主产省份湖南、江西、江苏、广东、广西、海南等地进行地理分期播种试验，以及温度人工控制试验、密度试验、生产潜力定标试验等，开展水稻生物量观测、产量结构分析与田间小气候对比观测。

攻破两系杂交稻推广的瓶颈制约

“湖南省是杂交水稻的发源地，水稻面积占全国第一位。保障国家粮食安全，围绕杂交水稻生产提供气象保障服务是我们责无旁贷的责任，为此，省气象局专门组建两系超级稻气象保障技术科研团队，联合市、县气象局与外省气象部门共同攻关，推动杂交水稻气象科研与服务不断创新。”湖南省气象局局长常国刚说。

气候生态条件如何影响两系杂交水稻？它一方面制约着两系杂交水稻种子的纯度，一方面又严重影响制种的产量，对气候生态环境的选择稍有不慎就会导致制种彻底失败。

1993年、1996年、1999年，湖南相继出现因气候条件不适造成大面积种子严重不纯现象，引起从中央到地方各级政府的高度关注。

对此，汪扩军在《应用气象学报》杂志上提出两系杂交水稻在种子生产上应注重的两段气候生态安全期的概念——育性转换安全期和扬花授粉安全期，并根据这种生产需求，分析确定这两个时期的气候风险等级指标，进而研究提出一套综合考虑制种区域、季节与时段安排的时空择优技术。

气象团队还采用GIS技术与电子地图，在全省范围内，对不育系不育起点温度指标从22.0℃到25.0℃，每隔0.5℃进行精细化的气候风险分析，制作了500米×500米的小网格分布图，统计了不同风险等级的稻田面积与比例，确定了制种的具体地段与时段。

经过多年田间试验观测与对历史气候资料的深入分析，汪扩军提出，制种时这种气候风险并没有人们担忧的那么可怕，完全可以通过精准的气候论证解决好。哪个温度是合适的不育起点温度？创新团队最终确定以23.5 ℃为标准，将其作为长江中下游地区合适的不育起点温度指标，同时系统地提出实用不育系气象鉴定技术规范。应用该技术，全国共育成170个通过审定和应用于生产的实用两用不育系。

2000年，汪扩军指出对于不育起点温度值23℃至23.5℃的不育系，可以在长江流域范围内找到风险很小且面积较大的区域进行制种。据此研究成果，省“两系办”2000年下发文件，废除了生产上原定的36个制种基地县，重新确定安排了16个基地县。自从这项气象成果得到广泛应用后，生产上再也没有发生过大面积种子不纯事件，而且两系法制种平均亩产高达210.6公斤，比三系法提高了16.5%。

培训农技人员推广超级稻生产

“如果没有气象部门支持，我们的成功可能要推迟好几年。”袁隆平说。

一份汇集了40年气象数据论证的小网格气候风险推算报告，精准地勾勒出湖南境内两系超级杂交水稻制种基地的安全地段与最佳种植时段，现代气象技术融入了当地农业科技。这一科研成果得到了湖南省“两系办”和袁隆平的高度重视。同时，气象团队编写培训课本，制作课件，印制服务操作手册，广泛发放给基层农技推广人员。

团队成员还带着研究成果分赴各个种子生产基地县开展培训讲解，并在绥宁、攸县、道县等主要制种县建立培训基地，对基层农技人员开展定期与不定期的气象培训。据了解，上述3个制种基地，每年收获杂交稻种子1万吨，产值1亿多元。

气象专家们并不满足于此。在国家科技部农业科技成果转化资金重点项目“精细化气候资源在超级杂交稻制种中的应用”的资助下，气象团队一边采用区域订正等方法进一步丰富和完善细网格气候资源推算模型，提高精细化分析水平，同时又开发相应的推广应用系统软件，助力技术培训。

在每年的6至9月期间，种子生产基地不育系的育性敏感期、扬花授粉期和种子成熟收获期可能遭受连阴雨等气象灾害。2009年起，湖南省气象科研所为龙头企业隆平高科上市公司开展专业化气象服务，定期提供两系杂交水稻制种生产关键期农用天气预报。

“该项服务为我公司统筹安排生产、规避气象风险、减少灾害损失、保证种子质量等做出重大贡献。”隆平高科在给省气象局的感谢信中写道。

为了充分挖掘杂交水稻的增产潜力，袁隆平从提高光合利用效率的角度，设计提出“上三叶长、直、窄、凹、厚”的超级杂交稻理想光合株型。

“我们将着重从提高群体光合利用效率出发，研究提出相应的理想光合群体结构模式，将理想单株模型应用于理想群体之中，助推超级杂交稻大田群体实现超高产种植，早日实现袁院士的‘禾下乘凉梦’。”汪扩军说。