[科普中国]-一粒稻种的初心

我是一粒稻种，我的名字叫节水抗旱稻，是顺应中国农业缺水，但水稻生产又耗水的瓶颈而被育种家培育出的栽培稻新类型。我的家乡在中国，在我出生前，这里已经变得非常缺水。中国与埃及、卡塔尔一样，是一个干旱缺水的国家，也是世界13个贫水国家之一，人均水资源占有量仅有2200立方米，是世界平均水平的1/4。到2020年之前，中国农业缺水将达1200亿立方米，而水田灌溉消耗了50%以上的农业用水。缺水又费水，是水稻种植的大瓶颈。如果稻种可以突破环境的局限，无论是在水田还是在旱地都能种植，那对摆脱中国缺水和农业耗水的现状非常有意义。我就是在这样的环境下出生的，我的初心就是致力于解决栽培稻缺水问题。

实验田中，干旱条件下节水抗旱稻与普通水稻的对比，绿色的是节水抗旱稻

我兼具水稻和旱稻的优点

科学家们说我是近年来稻种中的新秀，集水稻高产优质和旱稻节水抗旱的优点于一身。那么，什么是水稻，什么又是旱稻呢？

栽培稻有水稻和旱稻之分，顾名思义，水稻生长在水田里，旱稻生长在旱地如山坡上。水稻和旱稻生长在不同的环境中，因此具有不同的优势和劣势。水稻具有高产、抗倒伏等优点，但一遇上旱灾就会处境艰难，大量减产。从中国的农业现状来看，旱灾时有发生，严重影响着农业丰收。旱稻具有抗旱性、水分利用率高、易栽培等特点，但是产量仅为水稻的1/3，只在云南、贵州和广西等多山地区有少量种植，目前已是一种濒危的种质资源。那么，能不能研发一种既有高产出、又能扛天灾的超强版栽培稻品种呢？科学家们让我应运而生。

我是通过杂交选育出来的。杂交选育的本质就是优势互补，把不同品种的优势培育到一个新品种身上。要有像我这样美貌又有才的孩子，当然得先找到肤白貌美的妈妈和才华绝伦的爸爸才行。科学家说，他们为了找到我的爸爸妈妈，费了老大劲了。那时候为了筛选出不同抗旱机制的稻爸爸和稻妈妈，也就是亲本，他们经常下地。为了在上万株不同稻种中找到最好的亲本，即使是烈日当空，晒到皮肤黝黑，他们也从不言弃。科学家们不再是端坐实验室的高精尖，而是正午锄禾、汗滴禾土的老农夫。

找到亲本，就结束了吗？这只是开始。有的旱稻亲本根系发达、有的水稻亲本优质高产，找到白富美妈妈与高富帅爸爸以后，科学家们还需为他们举行婚礼、让他们孕育后代。此后还要在水稻与旱稻的杂交后代中，进一步筛选聚集了父母优点的后代，再次纯化，最终才能获得像我这样珍贵的稻种。这个过程需要一个育种专家与他的团队花上3-5年的时间，才能找到节水和抗旱性能都相对较强的稻种。

既然我身兼两类栽培稻的优势，那我具体是怎样节水、抗旱的呢？

长在山坡上的旱稻

我是高效用水的好孩子！

我高效用水，说的是我一生中爱惜水资源、能减少水分消耗的好习惯。这要从两方面做起，一是高效地利用降水，二是发挥我的潜能，提高我自身的水分利用效率。从这两方面发力，那么我的整个生命过程能大量减少水分的消耗。

在农业生产中，不以高产为前提的节水抗旱，都是耍流氓。我的一生不同阶段对水分的需求不一样。我在孕穗期（营养与生殖生长并进的时期）和灌浆乳熟期（谷粒中营养物质积累、谷粒变硬的时期）是对水分最敏感的时候，我需要大量的水分帮助我生长。如果这段时间我正好赶上了雨季高峰，那我会努力利用降水实现自身生长，以保障高产。等过了这段关键时期以后，即使旱期来临，我的产量也不会受很大的影响。

我的水分利用效率，表现在我生命过程中需要喝水的量、以及我在特定水分状态下的产量这两方面。有科学家做过一个对比实验，当灌溉量为100%时，我们节水抗旱稻大家族中的成员“旱优73”和水稻品种“扬粳4038”，它们的产量并没有显著差异。当灌溉量为80%时，“旱优73”减产不会很明显，水稻品种“H优518”产量会下降25.5%；如果是在同样的产量下，“旱优73”要比“H优518”节水20%。当灌溉量减少到60%，节水抗旱稻“WDR129”的产量变化并不明显，但水稻“扬粳4038”的产量会降低16.87%；在同样的产量下，前者要比后者要节水40%。

没有对比，就没有伤害。我在水分充足的条件下，产量毫不逊色于水稻。而在干旱条件下，我的节水优势就凸显出来了。我是不是个多面手呢？

节水抗旱稻品种“旱优73”

作物的避旱性和耐旱性，更有农业前景

科学家说，我的抗旱能力不是一般强，那我到底有什么样的抗旱机制呢？

其实植物会利用各种抗旱的策略逃出生天。植物的抗旱性指的是在干旱条件下维持自身生存或繁殖的能力；对于作物而言，抗旱性的内涵主要是指在干旱条件下尽可能减少产量损失的能力。植物非常机智，在干旱环境下有多种抗旱的办法，会表现出逃旱性、避旱性和耐旱性等多种特性。

比如在野生环境中，有些植物会有逃旱性。如果它感受到干旱缺水的环境信号，它会提前开花结果。不过前提是要付出代价，这会导致作物大量减产、降低品质。这种逃旱性的农业前景并不好，而对于农业生产颇有意义的，是避旱性和耐旱性。节水抗旱稻的抗旱性是综合能力的表现，综合抗旱能力强的品种，有的是避旱性强，有的是耐旱性强。例如，节水抗旱稻品种“沪旱3号”避旱性强，但耐旱能力低。

2016年贵州遵义，严重干旱条件下，节水抗旱稻依然顽强生长

我的避旱性

避旱性指植物面对干旱时找水的能力与保存水分的能力。就像在沙漠里，有的人可以根据蛛丝马迹找到水源；有的人则昼伏夜行，尽量少去太阳底下减少出汗。植物也是一样的，在干旱变得严重前，有些植物对环境发出的干旱信号异常敏感，然后会调动一切能力促进根系生长，向地下寻找水源。这是因为干旱会让土壤水分形成上下梯度，即使土壤表面很干燥，但在土壤深处可能仍会有一定的水分。植物的根每深一寸，就可以在干旱中多熬个几天。而旱稻的根，可以长得很粗很长，有利于它向更深的土层中吸取水分。因此，旱稻堪称稻界的沙棘类植物，会形成“地上一把伞，地面一条毯，地下一张网”的顽强状态。

有的节水抗旱稻，会在接受干旱信号后，在白天炎热时关闭气孔或使叶片卷曲，减少因蒸腾作用带来的水分散失；又会在晚上与清晨凝露时，打开叶片张开气孔，去实现基本的生命活动。您可以把植物的气孔理解为类似人体的毛孔，气孔调节能力越强，植株也越能更好地保持水分。

节水抗旱稻品种“沪旱3号”

我的耐旱性

耐旱性是指当生物体脱水后，耐受干旱、维持生命的能力。水分会在植物的细胞内进行渗透调节，在细胞内分泌出各种糖分、氨基酸等小分子物质，提高细胞的渗透势（渗透势越高，越容易从外部吸水，水分流失越少），锁住水分不让其扩散到细胞外。这样，即使在缺水环境下，因为植物细胞仍有一定的水分，所以植物就能维持相对正常光合作用与其他代谢，变成“一只旱不死的小强”。

当植物脱水以后，细胞内代谢会失去平衡，产生很多氧自由基。氧自由基这个家伙有点坏，会让人衰老、诱发癌症，也会破坏植物的细胞膜结构会使蛋白质变性，无法正常地折叠、组装、发挥正常的功能，让植物细胞残忍地死去。植物当然不会束手就擒，它奋起反击。

有些植物有强大的活性氧清除能力，会产生一些还原性的蛋白酶或者维生素C、胡萝卜素这样的代谢物，来清除氧自由基这个坏家伙，使植物细胞免受伤害。这种清除能力越强，植物的耐旱性自然也越强。另外有些植物则能产生一些保护性的蛋白或代谢物。它们本身不会与氧自由基产生反应，但可以在脱水的条件下，保护其它蛋白行使正常功能，维持植物的正常生命活动。

节水抗旱稻有很多品种，抗旱性比水稻要强，而且不同的品种，也有不同的抗旱基因。节水和抗旱是我最显著的优点，我在水田种植可以不用淹水，节水50%以上，减少了农药化肥施用，产量米质与水稻持平；我在旱地种植时，可像小麦一样旱种旱管，稳产增收。这是不是上了“双保险”呀？

如果气象预测下一年是旱年，那么播种时就可以推广节水抗旱稻，来应对气候对水稻产量的影响。广大农村的空巢老人们，再也不用为稻田没浇水而发愁了。

安徽阜南，农民为长势喜人的节水抗旱稻点赞

我推广得怎么样了？

我有这么好的节水抗旱能力，那目前推广得怎么样了？

科学家跟我科普，中国农业发展到2020年，要基本形成资源节约型、环境友好型农业生产体系。我可以大显身手了呢！传统的水稻种植中，伴随着大量淡水资源的消耗，农药化肥的过量使用，进而导致严重的污染，以及温室气体的大量排放等环境问题。经过二十多年的探索，由于我们在节水节能上带来的经济效益和生态效益，科学家们用这一成果获得了国家技术发明二等奖。

我出生在上海，在湖南、海南、安徽、江西等地，都有我迎风飘扬的身影，目前种植面积已经超过了300万亩。由于引种周期长、成本高等原因，我更适合大户种植。我在推广的过程中总会遇到一些挫折，但我一点也不气馁。全世界人民都非常欢迎我到他们的家乡落户。我现在已经拿到了走出国门的签证，也得到了“盖茨-梅琳达”基金的资助。随着“一带一路”战略的深化，我已经在尼日利亚等非洲缺水国家，以及印度等亚洲产粮大国开始了试种示范，取得了不错的口碑，很受当地农民的欢迎。我希望通过我的努力，能向“一带一路”沿线国家展现中国“世界粮仓”的风范。在未来，节水抗旱就看我的！

供图：上海市农业生物基因中心

科学出处：

罗利军, 梅捍卫, 余新桥, et al.节水抗旱稻及其发展策略[J].科学通报, 2011, 56(11):804-811.

高欢, 赵洪阳, 聂元元,等.节水抗旱稻研究进展及其在水稻绿色生产的作用[J]. 上海农业学报, 2017, 33(6):123-128.

柏秀芳, 贾琳, 胡超,等. 节水抗旱稻在湖南的发展前景与策略[J]. 湖南农业科学, 2016, 17(8):25-27.

杜兴彬, 陆金余, 高林,等. 不同栽培方式下节水抗旱稻“旱优3号”的产量及经济效益分析[J]. 上海农业学报, 2011, 27(2):34-37.

杜兴彬, 赵洪阳, 张剑锋, et al.节水抗旱稻在上海的发展[J].中国种业, 2018(6).

毕俊国, 谭金松, 张安宁, et al. 灌溉量对节水抗旱稻产量及水分利用效率的影响[J]. 上海农业学报, 2019(3):7-10.