你听说过“韭菜水稻”吗？
你听说过“韭菜水稻”吗？种植一次可以连续收割二次、三次，甚至连续收获二年、三年，收水稻如同割韭菜。
这种神奇的水稻就是“多年生稻”，它的出现，被称为一场颠覆性的“水稻革命”。
2022年12月，美国《科学》杂志公布2022年度十大科学突破，多年生稻研究成果成功入选该榜单。这是当年中国唯一入选，也是全世界农业类唯一入选的科学突破，被评价为“游戏规则改变者”。
多年生稻是云南大学胡凤益教授团队原创性培育出的水稻品种，利用多年生非洲长雄野生稻与一年生亚洲栽培稻进行种间远缘杂交培育而成。
目前，多年生稻已在我国的云南、湖北等地开始栽种，并回到非洲，为布隆迪、乌干达等地的农业发展带去新机遇。
人类，是如何驯化水稻，让其成为世界上主要的粮食作物的？
文｜汪诘中国科普作协会员；何慧中华南农业大学硕士
编辑｜谢芳瞭望智库
本文为瞭望智库书摘，摘编自《疯狂的植物》（湖南科学技术出版社2024年8月出版），原标题为《水稻，成就伟大的接力棒》。
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水稻究竟起源于何地？
自白垩纪诞生后，根据种子子叶的不同，被子植物逐渐就分化成为两个方向。一个方向是双子叶植物，这类植物普遍会开出美丽的花朵，吸引昆虫等动物来帮助自己授粉，菊科、兰科、豆科这些比较晚出现的双子叶植物采取的都是这个策略；另一个方向，是单子叶植物，它们普遍没有太漂亮的花朵，而是利用风来帮助自己授粉。单子叶植物的演化仍在继续，处于演化最前端的正是禾本科植物，也就是狭义上的草。
由于缺少艳丽的花朵，禾本科植物想要活下去，就需要做很多改变。首先，就是将授粉的工作尽量简化，既然无法借助别的生物的力量，那么授粉的过程就要尽量简单快速，甚至自身就能完成是最好的，这就是自花授粉。
其次，在生长的过程中，禾本科植物为了抢占环境中的生态位，产生了两种策略，一种是在空间上占据生态位，比如以竹子为代表的竹亚科，会尽量缩短生长的时间，在最短的时间内尽量长高，占据争夺阳光的有利位置；另一种则是在时间上占据生态位，比如以水稻为代表的稻亚科，它们会在最适宜生长的季节（一般是从春天到秋天）抓紧开始自己的一生，一旦到了环境不利的时候，又会果断结束生命，把营养留给下一代（种子）。所以稻亚科的种子，一般会含有相对充足的养分，来支撑脆弱的身体度过不利的环境。
禾本科的策略非常成功，它就像一家专门给独角兽投资的基金公司，总是能抢占不同区域市场的先机，直到碰到了人类。
禾本科植物的种子中贮藏有养分，尤其是人类方便利用的淀粉，所以人类开始驯化它们，并送上餐桌。不同地区的人类，都找到适合当地生长的禾本科作物作为粮食：在南美洲，人类驯化了玉米；在中亚，人类驯化了小麦、大麦和黑麦；在我国的北方，狗尾巴草被驯化成粟，也就是小米；在我国的南方，先祖们驯化的就是水稻。
关于水稻究竟起源于何地，学术界曾经有过争论，印度、日本、韩国、泰国都曾宣称水稻是他们的老祖宗最先种植的。这场争论持续了一百多年，各国的科学家分别用考古和野外搜集的方式来论证水稻的起源之谜。
最终在2011年，美国的两位科学家通过一项大规模的DNA研究，利用分子生物学的手段，搞清楚了：水稻起源于我国长江中下游平原，在史前时期随着其他物种的交流传到了印度，然后又从印度传回到中国南方。
在这个过程中，水稻形成了多种多样的形态，在我国一般可以把水稻分成两大类：一类是比较适宜寒冷的气候、生长在北方的粳米，米粒一般呈椭圆形或圆形；另一类是更喜欢温暖气候、生长在南方的籼米，米粒一般比较长。
除此之外，在热带地区，水稻还有另外一个类型，它同样适应热带气候，米粒却更像北方的粳米，这个类型被称为爪哇型或者热带粳稻，主要产自印度尼西亚等热带地区，在我们国家比较少见。米的颜色，也不仅仅是常见的白色，还有紫色、黑色、棕色和红色等颜色。
市面上常见的糯米，并不算是水稻的一个类型，它与非糯米的区别主要在于淀粉的结构不一样，糯米的支链淀粉更多，而非糯米的直链淀粉更多。粳米和籼米都有对应的糯米品种。
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当种子遇到人类
大约在1万多年前，水稻还只是一种普通的草。
水稻的种子成熟时，会变成低调的黑褐色，与土壤的颜色类似，并在最短的时间内脱离植株，藏身于泥土之中，等待气候适宜的时候孕育出新的生命。同时，为了避免动物的啃食，种子的外壳上会长出长长的芒刺，芒刺上还有倒钩，如果被动物吃掉，芒刺会刺破捕食者的皮肤，而倒钩则会让捕食者成为传播种子的工具。正是这些特性，让野生水稻充满了野性，成为一种并不友善的植物。
但是，当水稻遇到人类后，在简单的干预下，开始改变自己的性格：原本锋芒毕露的芒刺逐渐消失，原本自动脱落的种子也开始需要人为干预，产量也在逐年增加。水稻逐渐从一种普通的草，变成全世界很多地区的主粮。
但这样的演变太缓慢了，需要靠水稻自身的变异才能发生，而水稻的生长周期又相对较长，性状上的任何一点改变都需要花费很多的时间。更重要的是，水稻是一种严格的自花授粉植物，这更限制了它产生变化。
自花授粉植物的花是两性花，花朵上既有雄蕊又有雌蕊，雄蕊上的花药会直接和雌蕊上的柱头接触，此时就完成了授粉，繁衍了下一代。
通常在夏天中午高温高湿的环境下，水稻花朵上的苞片（颖壳）会从中间裂开，伸出6个花药。花药上面长满了花粉，只需要轻微抖动，就会坠落到颖壳底部的柱头上，授粉就完成了。对于很多被子植物来说，开花是生命中最重要的事，它们会尽量让自己的花朵颜色艳丽，散发芳香，吸引昆虫或动物前来帮助授粉。但对于水稻来说，开花就是走个过场，意思一下就行了。一般水稻开花的时长不到1小时，就足以完成繁衍下一代的任务。
自花授粉的植物，可以保证植物的“血统”纯正，但产生优良变化的概率就小得多了。在自然界中，有性繁殖很重要的目的就是物种间的基因能产生交流，所以绝大部分的植物都不是自花授粉，但偏偏水稻是。
我们刚开始研究水稻的时候，摆在中国科学家面前的第一个难题就是，水稻能否杂交？杂交之后是否有优势？在此之前，玉米、小麦、烟草等植物都已经实现了杂交，并且根据人类的需求产生了优良的性状。
20世纪30年代，美国著名的遗传学家辛洛特和邓恩在《细胞遗传学》教材中明确强调，像水稻这种自花授粉的作物没有杂交优势，这个概念对于当时的中国科学家影响很深。在那个对基因还不了解的时代，这相当于断绝了人类企图让水稻主动发生变化的可能，而只能一代代寻找自身发生变异的水稻。
尽管辛洛特和邓恩的观点判了杂交水稻的“死刑”，但他们的观点也不是没有人挑战，我国的水稻栽培学奠基人丁颖，就做了许多深入的研究。
【注：丁颖（1888-1964年），1955年当选中国科学院学部委员，曾任广东大学（中山大学）农学院教授、院长，华南农学院（华南农业大学）院长，中国农业科学院首任院长，中国科学技术协会副主席。他是著名的农业科学家、教育家，中国现代稻作科学主要奠基人，有“中国稻作科学之父”之称。】
1933年，丁颖利用多年生普通野生稻与竹粘进行天然杂交，选育出了“中山１号”新品种，开创了野生稻与栽培稻远缘杂交育种的先河，为后来的科学家提供了育种水稻的新思路。丁颖还观察到，野生稻中存在水稻开花时雄蕊上花药不开裂的现象，这意味着水稻存在雄性不育的可能，那就可以用雄性不育的水稻与正常的水稻进行杂交了。
随后，我国的科学家们开始沿着丁颖的道路去探索水稻育种的研究，特别是利用杂交的方法进行育种。这就要说到袁隆平了。
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从“没有优势”到“三系法”
袁隆平于1953年大学毕业后，就开始了研究水稻的道路，更准确地说，是开始了研究籼米的道路。
在当时，我国北方的粳米，特别是东北的粳米，主要是日本占据东北时留下的品种，品质和产量上的优势都比较明显，因此对于新品种的需求没有那么大。而在南方，当时的籼米不仅口感比较差，产量也低于粳米，更需要新的品种出现，特别是袁隆平还被分配到了籼米的主要产区——湖南。
袁隆平对水稻产生兴趣，是他偶然之中发现了一株非常高大并且种子饱满的水稻，第二年这株水稻种子长成的新水稻中，并不是都和母本呈相同的性状。他惊喜地意识到，这株水稻母本是一株天然的杂交水稻，否则不可能在第二代出现不同的性状。于是，他把自己的发现写成了一篇叫作《水稻的雄性不孕性》的论文发表，明确地提出了“水稻具有杂种优势，尤以籼稻杂种更为突出”。
尽管此前也有别的科学家提出了类似的观点，但只有袁隆平明确了这个假设，并且用了毕生的精力去进行证明。从这个角度来说，袁隆平“中国杂交水稻之父”的荣誉当之无愧。
虽然丁颖和袁隆平打破了美国科学家“杂交水稻没有优势”的观点，但当时摆在中国科学家面前的理论障碍还有一个——苏联李森科的理论。
李森科一派不承认孟德尔的遗传学说，而是认为可以通过营养杂交的方式培育新的后代，其实就是利用嫁接的手段将两个物种结合到一起进行培育，比如马铃薯植株上嫁接番茄，这样在植株的上面可以生长番茄，在根部可以生长马铃薯。
公允地说，营养杂交的方式确实是培育物种的一个思路，一直以来也有人在尝试用这个方式培育。但问题在于，李森科一派的学者不是用实验来论证自己的观点，而是借助政治力量打压和自己观点不同的科学家，甚至连著名的遗传学家瓦维洛夫都在李森科的迫害下不幸离世。在没有自由的科研环境下，造假和迫害就是必然发生的事情。而袁隆平的发现，恰恰说明了遗传定律是客观存在的，这在当时中国受到苏联政治影响的大背景下，是一件非常不容易的事情。
另一方面，彼时国际上已经有了对于杂交水稻培养的一个思路——著名的“三系法”。
所谓的三系法，就是要找到三种不同品种的水稻。第一种叫作不育系，也就是不能产生正常花粉的雄性不育系，它是保证可以进行杂交过程的关键，这种水稻就是自身产生缺陷的水稻，在自然情况下不能正常授粉，不会留下后代。为了保证这种水稻能够有后代，就需要有第二种水稻，保持系，它们的使命就是提供花粉，让第一种雄性不育系的水稻可以产生后代，并且保持雄性不育的性状。第三种水稻是恢复系，是一些有优良特性——比如产量高、耐倒伏、耐干旱的水稻品种。利用不育系和恢复系进行杂交，就可能出现符合人类设想的水稻新品种了。
这样的“三系法”，最早由日本科学家提出，并且运用到了粳米上。但日本科学家没能解决一个问题，那就是找到合适的不育系水稻品种，这个理论只停留在实验室阶段，没能大规模推广。
1971年11月23日，袁隆平的助手李必湖在海南农林技术员冯克珊的协助下，在三亚南繁基地南红农场试验田中发现了一株难得的野生稻雄性不育株，将其命名为“野败”；第二年，另外一位院士朱英国同样在海南发现了另外一株野生稻“红莲”；也正是在同一年，颜龙安院士利用“野败”成功培育出了首个不育系品种。
尽管有了不育系，但保持系和恢复系也不容易找到合适的。当时，我国几乎是举全国之力找遍了国内所有的水稻品种，终于在袁隆平的带动下让“三系法”从理论变成了实践。
这个过程并不是一帆风顺的，当年利用“野败”培育的杂交稻“南优2号”，刚推广没多久就暴发疫病导致颗粒无收。后来，是另一位院士谢华安培育的杂交稻“汕优63”实现了量产，这也是在很长时间内播种面积第一的杂交稻品种。
“三系法”的成功，最大的贡献或许不是能产生多少大米，而是保证了中国粮食的安全，在很短的时间内让中国解决了“吃不饱”这个几千年来一直困扰中华民族的问题。
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杂交水稻的另一面
“三系法”虽然很完善，但也有一个问题，就是培育的过程太复杂，并且需要花费很多时间培育不育系和保持系。幸运的是，正如“野败”和“红莲”的发现，很快，自然界又送给中国人另外一种特殊的水稻。
就在全国动员寻找水稻品种的1973年，湖北的一位科技员石明松在稻田里发现了3株很奇特的水稻，它们在日照时间长的环境下，表现出不育的性状，而在日照时间短的情况下又恢复正常。这样的特性，就可以根据人类的需求，在需要杂交的时候用长日照照射，让它表现出不育的性状；在需要它延续自己后代保持特性的时候，就短日照照射，它就可以靠自己延续后代。
这种水稻就不再需要另外寻找恢复系了，它自己既是不育系又是恢复系。这样的“两系法”，比“三系法”更省成本也更加有效率。此后袁隆平也花了很长时间来研究“两系法”。不过很可惜的是，发现这3株植株的科技员石明松因为意外过早地离世，并没能享受到应有的荣誉。
解决了理论问题后，我国科学工作者所做的就是把理论转化为实践。在很短的时间内，我国水稻的产量有了大幅度的增加。2020年11月2日，袁隆平团队的“叁优一号”第三代杂交水稻，达到了亩产1530.76千克（1亩≈666.67平方米），这也是目前为止人类种植水稻的最高产量。
当然，让中国人吃饱并不仅仅是杂交水稻这单一技术的功劳。在近四十年里，除了杂交水稻技术，粳米的培养，小麦、玉米新品种的培育，以及农药、化肥、农业机械的推广，所有这些因素包含在一起，才让我们国家得以实现粮食自主。从这个角度来说，在袁隆平院士的背后，是无数个袁隆平。正是所有农业工作者的共同努力，才让中国从一个农业大国变成了一个农业强国。
杂交水稻技术，在那个年代是非常了不起的成就。但随着生物基因技术的进步，利用基因技术改良作物，则是更高维度的生物改造。在分子层面，水稻自花授粉这个难点可以被轻松化解。目前我国的张启发院士正在进行水稻基因组的研究，并在此基础上开发抗虫、抗旱的“绿色超级稻”。
看到这里，是不是会自然而然地认为，杂交水稻是了不起的发明，解决了我国的吃饭问题，它比常规水稻好很多，是更加先进的水稻品种，应该占领全世界的水稻田。
但事实上，直到今天，中国是全世界唯一大规模种植杂交水稻的国家。并不是中国不肯把好东西出口到外国，也并不是除了中国其他国家都不缺粮食，而是农民选择种植哪种水稻，并不只看产量这一个指标。
对农民来说，杂交水稻也有很多缺点。比如，就像骡子，杂交的生物很难继续生育后代，杂交水稻也是这样，种子在一个种植季节只能使用一次，下个季节再种就要跟种子公司购买，这对农民来说就是一笔额外的负担。杂交水稻更容易感染病虫害。杂交水稻的口感和营养指标往往不如常规稻。我们吃的米粒细长的泰国香米和印度香米，都不是杂交水稻，它们的亩产量比杂交水稻要小得多，但价格却是杂交水稻的好几倍。在东南亚地区，杂交水稻的种植面积是非常少的，比例最高的越南是8%左右，印度杂交水稻的种植面积不到1%。
这也让我们对水稻有了更加客观和全面的了解。
本文反复出现了很多人名，希望大家能记住这些为水稻育种做出过重大贡献的科学家们，他们是丁颖、袁隆平、李必湖、冯克珊、颜龙安、谢华安、石明松、张启发。当然，在他们的背后，还有更多的科研工作者。
（本文图片除署名外，均来源于《疯狂的植物》一书，已获授权。）