超級稻：物種進化與人類生存環境

（專家：郭曉明，加拿大麥吉爾大學物理學博士，科技與戰略風雲學會會員。致謝：感謝中國科學技術大學化學博士，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室副研究員，科技與戰略風雲學會會長袁嵐峰提出的寶貴意見。科普中國微平台原創首發）

2016年10月10日，山東臨沂大店鎮收割了百畝袁隆平超級雜交水稻，經專家組驗收，實測畝產達1013.8公斤，創造了雜交水稻高緯度產量世界紀錄。雜交是物種基因進化新途徑，雜交水稻是水稻物種和科技進步相互進化的範例。

人類對物種進化的影響，就是人類作為地球生態中的物種之一，與其它物種的相互進化。任何一個物種都視其它物種的集合為環境，適者生存就是物種對這種環境的適應。國際社會所關心的生態環境，首先是人類生存環境。反之，人類相應於生態環境中的各個其它物種，也是它們的環境因素。今天，人類已經是影響地球其它物種最重要的環境因素之一：適應人類需求的物種得以生存，不適應人類需求的物種不斷消失。地球陸地表面已經覆蓋了農田、公里網和城鎮，野生物種生存空間大大縮小。僅印度的綠色革命，就使得數以十萬計的低產稻種絕跡，取而代之的是跨國公司提供的雜交和轉基因等人造農作物物種。

圖：170萬年前的元謀人以漁獵採集為生、以天然物種為食，是舊石器時代。

然而，人類並不是一開始就對自然生態有很大影響力。170萬年前的元謀人，就學會了使用石器工具，那時候人類以漁獵採集為生，採集的瓜果都是天然物種，那時候人類只能去適應生態而不會改變生態。農業的發展，就是人類改變生態的歷史。華夏中原在8000年前就有了農業，河南新鄭縣出土的裴李崗文化，就有了小米種植，有陶制儲藏容器，有農具石鐮。那時候農業是刀耕火種，把一片土地其它物種燒了，種上粟谷，人類意志強制了只適合粟谷生長而不適合其它植物生長的環境。8000年穀物的進化，是花粉隨風飄散，偶然雜入其它近親的花粉以產生基因變異，不斷適應農民選種的淘汰機制，粟谷基因由此緩慢進化為只能在農田裡生長而難以在野外生存的馴化物種。

在農業發展的過程中，人們逐漸發現了植物二性繁殖的秘密：花粉。19世紀中，孟德爾用人工授花粉的辦法，對豌豆雜交進行了研究，研究出生物遺傳規律，開創了基因遺傳學說。1904年，移民美國的華人劉錦濃，用其廣東農耕的人工授粉知識，在佛州德蘭市實驗橙子的新品種，於1905年雜交出夏季成熟的橙子，避免了霜凍，使得果橙生產成為佛州支柱產業。袁隆平雜交水稻，也是不同水稻品種的交叉授粉。

圖：稻花

袁隆平水稻雜交方法叫做三系雜交方法：

1）先找到合適的雄性不育系，即花的雄芯沒有發育，沒有花粉，這樣，稻花雌芯就能夠接受遠親稻花的花粉，使得遠親稻種雜交成為可能，雜交優勢才得以發揮出來；

2）讓雄性不育系接受維持系的稻花花粉，繁殖批量的雄性不育系，使得雜交水稻規模生產成為可能；

3）讓這些批量規模的雄性不育系接受恢復系花粉，生產出雜交水稻種子。

雜交水稻，是提高了農田資源的利用效率，單位面積的日照光合出更多的糧食。同樣的勞動和資本投入使得農田產出更多，這在經濟學中稱之為全要素增長，科技提高生產力的真諦就在於此。全要素增長，兼顧了勞動生產率的提高和資源有效利用率的提高。而對於人均可耕地面積遠遠低於世界平均水平的中國，提高資源有效率尤為重要。

花粉雜交，只能在相同物種之間遠親繁殖，但不能跨物種改變基因。基因工程，則可以摻雜跨物種基因，比如玉米基因中加入了細菌的基因。基因工程因此可以創造出自然界難以進化出來的物種。比如一些轉基因作物可以抗蟲害，相當於自身合成了殺蟲劑，這是長在機體里的殺蟲劑，不像農藥殘留那樣可以用水洗掉，那是洗不掉的，是所有細胞都包含的。相比之下，雜交水稻則風險小得多，雜交水稻是自然可能的雜交物種。

世界人口已經從1961年的30億增加到今天的70億，人均可耕地也從1961年的人均0.37公頃，跌到2013年的人均0.197公頃。袁隆平的雜交水稻對人類生存無疑是重大貢獻。除了提高農田單產以外，人類應該向地球表面70%的大洋要太陽輻照。大洋的太陽能輻照利用，還處於舊石器時代的捕撈採集階段，還沒有像人類農業歷史那樣演化出提高單位日光輻照產出的技術和產權設計。如果連碳排放產權都設計了出來，人類一定也有智慧設計出大洋養殖產權。面對日益激增的全球人口，海洋農業開發將是人類經濟增長的長遠之計。

編輯：劉偉瓊

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