首页～玄武注册～首页国无农不稳，民无粮不安。保障国家粮食安全是一个永恒的课题，任何时候这根弦都不能松。数据显示，截至2020年，我国稻谷生产总量已达世界第一，其中杂交水稻种植面积超过一半。
近日，一项由香港浸会大学领导的研究，透过开创雌性不育技术，为杂交水稻的制种过程带来突破。相比生产杂交水稻种子常用的雄性不育技术“三系法”，这项新技术不会产生“恢复系”自花授粉所孕育的水稻种子，从而提升杂交水稻种植的效率。新技术可实现以机器全面自动化收割杂交种子，令制种成本大幅降低。研究结果已于近期刊登在尖端国际科学期刊《Cell Research》。除了浸大的研究人员，研究团队亦包括湖南农业大学、广东省农业科学院、加州大学戴维斯分校及日本国家农业与食品研究机构的科学家。
水稻是两性花，即每朵花有雄蕊和雌蕊，通常是自花授粉繁殖，又称自交。水稻“雄性不育系”是一类特殊的水稻类型，其自身花器中，雄性器官发育不完善，不能形成正常的花粉，其雌性器官发育正常。因而不能自身繁殖，需要借助于外来水稻花粉才能结出种子。
过去数十年，在“杂交水稻之父”袁隆平教授的启导下，科学家运用雄性不育基因开发杂交水稻制种的技术，大量生产能够正常自花授粉的杂交水稻种子。雄性不育技术的具体做法是，以“雄性不育系”的水稻品种作花粉受体，育性正常的“恢复系”水稻品种则作为花粉供体，栽种于“雄性不育系”水稻旁，以传播花粉进行杂交。这种雄性不育技术在中国以至全世界，已被广泛用于杂交水稻制种，令水稻产量大幅提升。
在使用雄性不育技术时，作为“恢复系”的水稻同样会透过自花授粉结出种子，因此在使用机器收割前，须先以人手移除“恢复系”的自交种子，以免恢复系自交产生的种子混入杂交种子，阻碍了杂交水稻实现全程机械化制种技术，令收割成本上升。
在理论上，雌性不育的水稻因不会产生自交种子，所以是最理想的“恢复系”水稻。然而雌性不育的水稻种质在自然界极之罕见，亦难以自行繁殖，因此这方法一直未能实现。
经过近十年不断研究，浸大生物系讲座教授张建华教授带领的研究团队，在水稻田种植过程中，从一个优质的水稻品种发现“自发性温敏雌性不育1”（TFS1）基因突变。在正常或高温下（即高于25°C），该基因突变会令水稻呈现雌性不育，而在低温（即23°C）下则恢复部份育性。这个基因突变没有令水稻的生长出现异常。
团队观察到出现TFS1基因突变的水稻，可产生雄性育性正常的健康花粉。育性正常的水稻接受了带有TFS1基因突变的水稻花粉后，可结出正常的种子。研究进一步显示，在正常或高温下，当花粉在带有TFS1基因突变的水稻的柱头上萌发后，它们长出的花粉管未能进入胚囊，故未能产生胚胎并结出种子。但在低温下，育性及产生胚胎的能力可部分获得恢复。
团队运用基因克隆（gene cloning）及分子技术进行一系列基因分析，发现雌性不育基因突变，是由一个出现在基因区域Argonaute7（AGO7）的点突变所产生。AGO7属于一种Argonaute（AGO）蛋白複合体，负责制造小分子干扰核糖核酸tasiR-ARFs。tasiR-ARFs的下游调控能控制花粉管进入胚囊，但在正常或高温下，此调控机制在带有TFS1基因突变的水稻中失效，因而无法完成双受精过程。
为评估TFS1作为杂交水稻制种基因工具的潜力，团队在香港及湖南省进行种植实验。团队透过基因渗入及基因编辑的方法，把TFS1突变基因导入三个水稻品种，培植出温敏雌性不育种质的水稻，用作提供花粉的“恢复系”。另外三种雄性不育的水稻品种则用作“雄性不育系”。
团队把“恢复系”按传统杂交制种的做法种植于“雄性不育系”旁，或把它们随机混合在农田上种植。在香港，两个种植方案均可以在超过三成的“雄性不育系”水稻花穗收成杂交种子，湖南省则有超过四成。这个种子收成比例，与沿用现有“恢复系”的杂交制种收成比例相若，但无须于收割杂交种子前移除“恢复系”。
张建华教授指出，目前杂交水稻制种在农业生产上仍然是人力成本高昂的技术。如能够引入雌性不育作为纯粹提供花粉的“恢复系”，很可能会减少成本，因为杂交水稻的父系及母系能一起种植及使用机械收割，无须担心种子的纯度。此次研究结果为杂交水稻制种全面机械化创造了条件，拥有庞大的商用潜力。为获得最高的水稻收成，应投放更多努力进行大规模的种植实验，以改善雌性不育与雄性不育两系之间的繁殖效率。
张建华教授还表示，团队下一步会申请国家相关水稻种子认证，再与种子公司商讨合作。“相信要花很多年时间，因为需要去不同区域实验。”
张建华教授是香港浸会大学协理副校长 (全球研究合作)，国际知名学者，研究专长是植物胁迫生理学和作物节水灌溉。他曾于2008年12月获世界著名科学期刊《自然》列为五位可改变世界的作物研究者之一，以表扬他的节水灌溉研究成果协助中国北方农民减少三成灌溉用水并保持相同的作物收成和经济效益。
张教授的学术成就获广泛认同，曾获中国国务院的国家自然科学奖和国家科技进步奖、教育部科技进步奖和自然科学奖等。他的学术著作质量高，被引用超过24000余次，而衡量学术产出数量与水准的“H指数”达到88。
