一文读懂杂交水稻（杂交水稻技术和转基因技术殊途同归）

近日，因袁隆平院士不幸去世，举国哀悼，也因此一大波人在检索袁院士的杂交水稻到底怎么回事，也有不少人出来科普杂交稻怎么回事，什么是不育系、什么是保持系、什么是恢复系。显然，袁隆平院士对于杂交水稻的技术路线、不育系野生水稻的发现以及后期杂交稻的推广都有着巨大贡献，对我国乃至世界水稻增产起到了不可磨灭的功勋。

三系法杂交水稻系统

实际上今天要说的杂交水稻技术本质上和转基因技术殊途同归，它和转基因技术的目的都是为了改变作物基因获得优势性状。只不过从基因层面来看，杂交选育是一种初级的技术实现方式。

这么一说，肯定有很多人跳出来，喜欢上纲上线的人估计也会扣上帽子，也可能有些人会貌似“科学”地分析说杂交技术和转基因采取的技术路线完全不同。总之，是有很多人不会同意的。喜欢上纲上线的人请绕行，本篇内容已经超越了你们的知识天花板！对于说技术路线不同的朋友，我们继续探讨。

确实，两者的原理、技术路线完全不同。但是，我们从分子层面来看一下，无论是转基因技术还是杂交技术，我们都改变了什么？

生物学告诉我们，无论是人的高贵，还是蝼蚁的卑微、蕨类的无存在感，地球上所有碳基生命长成什么样子、有什么特征习性都是由A(ADENINE腺嘌呤)、G(GUANINE鸟嘌呤)、C(CYTOSINE胞嘧啶)、T(THYMINE胸腺嘧啶)这4种碱基，按照A-T、G-C固定搭配排列组合形成的纠缠为螺旋状的DNA链条（脱氧核糖核酸）所决定的，没有例外。人类和香蕉的基因相似度50%、人类和牛的基因相似度80%、和老鼠的基因相似度85%。

DNA平面与立体结构

人类与其他物种基因相似度

因此，水稻在特定温光水肥条件下，长得高还是矮、籽粒数多还是少，正是由水稻DNA的碱基对排列组合情况决定的。水稻大概有4亿多个碱基对，不同水稻品种的碱基对数量和排列组合略有差异，这种差异导致了有的水稻穗大粒多但籽粒不饱满，有的水稻穗小粒少但籽粒饱满。进行杂交后，获得的下一代，其DNA的碱基对发生了基因重组，使得子代同时具有父本和母本双方的优势，长出穗大粒多籽粒饱满的水稻，也就是我们看到的高产杂交水稻。但这种基因改变，不是那么精准，杂交后改变的基因不是一个特定基因而是整个基因组的重组，而且具有较长的周期，杂交后性状到底变好还是变坏存在不确定性。也就是说，杂交水稻的最终目的是要去改变水稻基因，只是这种改变的手段是通过三系法或两系法来完成的，这种手段下存在较大不确定性和较长时间周期。

那么，转基因技术呢？以应用最为广泛的BT基因为例：最早科学家发现苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，简称Bt）能产生多种类型的Bt蛋白，Bt蛋白对鳞翅目、对翅目、双翅目、鞘翅目、膜翅目等多种昆虫，以及线虫、蜡类和原生动物等具有特异性的杀虫活性，这些类别的昆虫幼虫是当前农业的第一大害虫，以植物的根茎叶为食。而Bt蛋白本身对上述类别外的昆虫无毒，更不用说脊椎动物或人体。Bt蛋白进入人体后会和其他正常的植物蛋白、动物蛋白一样被人体消化系统撕裂成氨基酸这样的蛋白构成基本单元，然后被运输到肝脏合成人类自己需要的蛋白，并不会形成残留或者潜在危害。

一开始，科学家直接通过培育苏云金芽孢杆菌的方式，将其制成生物农药并喷洒在作物上用来防治虫害。欧洲市场上一度以有机食品的名义高价销售这种新型农药保护下生产出来的农产品。但由于仍然存在制作成本、农药喷洒成本的问题，科学家显然不能止步于此。科学家发现，苏云金芽孢杆菌能产生Bt蛋白是由其DNA中的一个片段也即是Bt基因决定的，于是科学家尝试把Bt基因插入作物DNA，让作物在生长过程中自己产生Bt蛋白，这样鳞翅目昆虫对作物就会避而远之了。

1988年，孟山都公司将能产生Bt蛋白的Bt基因插入棉花的DNA中，获得了第一批转基因抗虫棉。1996年，孟山都公司推出棉铃虫抗虫Bt转基因棉花。1993年我国科学家自主研发出了转基因抗虫棉，成为全球继美国之后第二个拥有自主知识产权抗虫棉的国家。将Bt蛋白基因转入大豆中就是转基因抗虫大豆，转入玉米中就是转基因抗虫玉米，转入水稻中就是转基因抗虫水稻。转Bt基因抗虫技术有巨大的经济社会效益，一方面减少农药、人力投入，降低生产成本，另一方面减少虫害带来的巨大损失，还减少农药使用量和农药在环境与食物中的残留。这就是为什么美国的转基因大豆远洋运输到中国、交完关税和增值税之后仍然比国产大豆便宜很多的重要原因之一。

转基因水稻与常规水稻病虫害对照

转基因技术本质上是将特定的优势基因（特定的碱基对组合片段）在实验室内容通过基因枪介导转化法、核显微注射法等方法，插入到目标生物基因组内，从而获得具有特定遗传性状稳定表现的个体。两个技术的主要异同简要概况起来见下表：

杂交水稻和转基因技术异同

可以看出，无论是杂交水稻还是转基因技术，都是人工干预改变基因的技术，殊途同归。只是由于杂交只能在没有生殖隔离的同种之间进行基因交换重组，而转基因技术则可以将不同种的基因进行交换，是一种受限更小、效率更高的一种基因重组技术。异种之间基因交换并不可怕，毕竟人类和香蕉的基因相似度也有50%，全球所有生物都有共同祖先，本质上是同类。可以预期，随着生物技术的进步和突破，未来优势基因不仅可以在异种之间进行交换，甚至有可能直接在电脑中通过程序进行设计，设计出全新的基因也未尝不可能。

自然，人类也一定会有足够的智慧解决这中间的伦理问题，但这是发展中的问题，一如人类的工业革命导致了污染、全球变暖，但现在也在逐步得到解决，没有人愿意回到工业革命之前。这又是另外一个话题，和本文主旨无关。

无论是杂交水稻技术、转基因技术还是未来可能出现的程序设计基因技术都是殊途同归的，未来育种方面的成果必将出现日新月异的新局面，只有生物技术的不断进步与发展，才是对袁老的最好的纪念。