陈文强与王克剑（右）在田间实验。受访者供图

■本报记者 李晨

与常规稻相比，杂交水稻产量高、抗逆性强，然而其种子成本往往高出常规稻数倍。杂交水稻种子为什么那么贵？根源在于，杂交水稻的优势只存在于第一代。

能否让杂交水稻繁衍出和自身完全一样的克隆后代，实现“自我复制”？这也是中国工程院院士袁隆平生前提出的杂交水稻制种最高目标——“一系法”。

日前，中国水稻研究所（以下简称水稻所）研究员王克剑团队成功挖掘出水稻内源基因“华胥”，并据此培育出“一系法”杂交水稻概念性品种“一系1号”。该品种在不同株系和世代中，克隆效率稳定超过99%，且结实率完全正常，真正让杂交稻实现了“自我复制”。相关研究成果发表于国内期刊《生命》（Vita）。

中国科学院院士、中国科学院植物研究所研究员种康指出，该工作显著降低种子成本，为从根本上破解长期制约杂交水稻推广的高成本与高风险困局提供了可行路径。

中国科学院院士、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员李家洋指出，王克剑团队的研究成果在“一系法”杂交水稻研究领域具有里程碑意义的突破，向着“固定杂种优势、无需年年制种”的终极目标迈出了关键一步。

杂交水稻制种的“简法”

论文通讯作者王克剑告诉《中国科学报》，杂交水稻是两个优秀水稻家族的后代，也就是“混血儿”，它自身长势旺盛，但它的后代却会“七零八落”。从杂交水稻到其下一代，原来的高产优势荡然无存。

对种子企业而言，每年须贷款投入巨额资金开展制种工作，产销链一旦出现问题，极易形成高库存、高亏损，给企业带来沉重的债务负担。如果杂交水稻种子能实现“自我复制”，那么制种成本和种子价格将大幅下降。

业界普遍认为，克隆效率直接关乎后代种子纯度，“一系法”若要具备真正的农业应用价值，必须迈过一道硬性里程碑门槛：克隆效率稳定达到或接近100%，同时确保结实率和产量不受影响。然而，这一难题长期困扰全球农业界。

1966年，袁隆平在《科学通报》提出利用雄性不育系实现杂交水稻制种的科学构想。随后，袁隆平组织全国科研力量先后攻关了三系法、两系法。袁隆平在1986年首次提出、1987年正式发表了“从三系法到两系法，最终到一系法”的战略构想。

王克剑解释，“一系法”的核心目标，是通过无融合生殖让杂交作物产生基因保持不变的克隆种子，从而固定杂种优势，实现“一次杂交，代代可用”。

从0到1再到100的攻关路线

在自然界中，已发现有400多种植物可以通过无融合生殖产生种子，但主要农作物并不在其列。“如果能将无融合生殖这个特性引入农作物中，只要得到一个优良的杂种单株，就能实现杂交水稻的持续利用，无需每年重新制种。”2013年，王克剑团队启动“一系杂交稻探索计划”，制定了“从0到1”，再“从1到100”的攻关路线。

2018年6月，王克剑团队将研究成果投稿到《自然》，论文经过二轮评审后转投至《自然-生物技术》，并于2018年12月11日被正式接收。该成果首次在杂交稻中创建了无融合生殖体系，获得了杂交稻的克隆种子，实现了杂交水稻无融合生殖“从0到1”的突破。

袁隆平第一时间给予了高度评价：“这个工作证明了杂交稻进行无融合生殖的可行性，是无融合生殖研究领域的重大突破，具有重大的理论意义。”他同时勉励团队：“再接再厉，早日将‘一系法’杂交水稻应用于生产。”

随后，王克剑团队开始攻克杂交水稻克隆效率问题，确立了“从1到100”的攻关目标——克隆效率100%、结实率完全正常的“一系法”杂交水稻。

攻克“一系法”：找到内源基因“华胥”

“克隆效率直接关乎种子纯度。”论文第一作者、水稻所博士后陈文强告诉《中国科学报》，我国对杂交稻种子生产纯度的最低要求为97%，常规稻不低于99%。业界长期认为，“一系法”杂交稻若要像常规稻一样自我繁育，克隆效率必须稳定达到99%以上。

同时，无融合生殖技术要走向应用，必须维持正常的结实率。然而，此前研究发现，结实率与克隆效率之间存在明显拮抗——克隆效率越高的株系，结实率往往下降越严重。

长期以来，科学界推测，卵细胞受精后，精子可能携带着启动胚胎发育的关键转录信号。若找到这一起始调控因子，便有望开发出高效的孤雌生殖工具。

值得注意的是，迄今为止所有被鉴定出在卵细胞中异位表达时能触发孤雌生殖的基因，其编码的转录因子均具有广泛的表达模式和多样的发育功能。陈文强说，其中，BBM1表现出最为特异的表达，但其不仅在精子和受精卵中高表达，还在后续胚胎发育过程中持续表达，表明其作用不止于胚胎发生的初始诱导阶段。

这些发现引出了一个关键问题：是否存在专门用于启动胚胎发生的特定因子？这类可能仅存在于精子和早期受精卵中的因子，或可诱导实现效率百分百的无融合生殖。

基于以上实验思路，经过数年持续攻关，王克剑团队终于成功挖掘出水稻内源基因，并将其命名为“华胥”。该基因编码植物精细胞的特异转录因子蛋白。

王克剑说，“华胥”的命名灵感源自中国古代神话中被尊为中华始祖母的“华胥氏”。这一无须父本参与而孕育生命的传说意象，恰好与孤雌生殖的非双亲遗传发育机制遥相呼应。

陈文强说，他们创制的Fix8株系均实现接近100%的克隆效率。更为重要的是，个别Fix8株系在连续多代保持克隆效率接近100%的同时，产量与正常水平持平。

随后，研究人员又升级获得概念性品种“一系1号”。在“一系1号”中，大部分株系在保持克隆效率接近100%的同时，产量与正常水平持平，连续种植显示这些性状同样能够稳定传递到下一代。

李家洋说，从技术指标看，这是该领域首次在“一系法”杂交水稻中同时满足“稳定近100%克隆效率”和“正常结实率”这两个产业化硬指标，意味着水稻杂种优势已可通过种子稳定传递，“一系法”最核心的科学障碍已被扫清。

“一系法”将从试验田走向生产田

“若该技术未来实现商业化，或将深刻改变杂交水稻的产业模式。”王克剑说，未来优良杂交品种选育后可通过种子自然复制，多代保持优势，制种成本有望下降90%以上，优良品种的推广效率也将极大提升。

李家洋强调，科学上的突破不等于产业化的完成，从应用的角度看，仍需跨越“最后一公里”。假以时日，“一系法”从试验田走向生产田值得期待。

种康指出，这项里程碑性质的工作发表是科学文化自信的标志，引导高水平科研成果优先在国内科技期刊发表，推动优秀成果回流本土，逐步破解“成果发出去、数据买回来”的“两头在外”困局。

王克剑表示，团队将持续优化迭代，着力于内源基因的精准调控、无标记且无外源整合的编辑技术开发，并开展多年、多点的大规模田间验证，最终创制不含任何外源序列、安全稳定的“一系法”杂交水稻品种。

相关论文信息：

https://doi.org/10.15302/vita.2026.07.0053