里程碑式突破：一系法实现杂交稻不再年年制种
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，甚至达到10倍之多。很多农户不理解，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”？这也是我国杂交水稻之父、中国工程院院士袁隆平先生生前提出的杂交水稻制种最高目标——“一系法”。
左为杂交稻，整齐划一，优势显著；右为杂交稻后代，疯狂分离，优势丧失。受访者供图7月21日，中国水稻研究所研究员王克剑团队在《生命》（Vita）上发表研究论文。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”。
中国科学院院士、中国科学院植物研究所研究员种康指出，这项研究找到了近乎完美的高效“胚胎启动开关”，为理解植物受精后胚胎发生的启动机制具有重要理论支撑。该工作有望重塑杂交水稻制种模式，推动“一次杂交、一个优异杂交种、代代利用”成为现实，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，王克剑团队挖掘出水稻内源“华胥”基因，成功将杂交水稻的有性生殖高效转化为无融合生殖，首次实现了近100%克隆效率与正常结实率的稳定兼得，攻克了二者长期相互制约的关键瓶颈，是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”之路
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”，可以说和它完全不一样。从杂交水稻到其下一代，原来的高产优势将荡然无存。
所以，种子公司每年都得重新杂交生产新种子，而这个过程非常繁琐：繁育不育系、人工控制授粉、严格隔离、精细管理、检测纯度……每一粒合格种子背后，都是复杂工序和密集人力的堆叠，成本自然居高不下。而且，一旦遭遇灾年极端气候，极易发生无种可用的困境。
“高昂的种子成本和较高的种植风险，不仅加重了农民负担、压缩了种植效益，更严重制约了杂交水稻的进一步推广。”王克剑说。
据统计，我国杂交水稻种植面积占比已从高峰期的近70%下降至目前的50%左右；而在海外市场，杂交水稻种植面积占比仍不足5%，其巨大的增产潜力远未释放。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，这一难题曾长期困扰着全球农业界。
1966年，袁隆平在我国期刊《科学通报》发表《水稻的雄性不孕性》一文，提出利用雄性不育系实现杂交水稻制种的科学构想。其核心是利用不育系和恢复系杂交获得杂交种，同时借助保持系向不育系授粉，批量繁殖不育系。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。
袁隆平. 水稻的雄性不育性.《科学通报》，1966。受访者供图王克剑解释，“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”。“一系法”被袁隆平誉为杂交水稻育种的“终极目标”，持续吸引全球科研力量不懈求索。
从0到1再到100
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到农作物中，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，使得作物的育种过程由繁到简，杂交品种由少到多，大大促进杂种优势的利用，提高粮食产量和质量。”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。
美国和中国科学家几乎同时分别在无融合生殖固定杂种优势研究领域取得突破。2018年6月，王克剑团队与美国加州大学戴维斯分校教授Venkatesan Sundaresan团队分别同步投稿《自然》杂志。王克剑团队论文经过二轮评审后转投至《自然—生物技术》杂志，并于2018年12月11日被正式接收。
就在第二天，12月12日，《自然》杂志在线发表了Sundaresan团队的工作，他们在常规稻中创建了无融合生殖体系。此后若干年，经多个团队持续优化，国外团队在杂交水稻中的克隆效率最高已提升至95%左右。《自然》杂志评论其“已接近商业化应用门槛，目前已在美国和印度推进田间试验”。
上述成果获得国际学术界高度认可。Sundaresan于2024年荣获有“农业诺贝尔奖”之称的沃尔夫农业奖，2025年又再次荣获VinFuture全球科技奖，充分彰显了“一系法”研究日益提升的全球影响力与战略价值。
而王克剑团队在《自然—生物技术》发表的成果，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。
袁隆平院士勉励王克剑团队攻关一系法杂交水稻，提高克隆种子效率。辛业芸供图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：“希望研究人员再接再厉，早日将一系法杂交水稻应用到生产。”
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，还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100%效率的无融合生殖。
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”（HUAXU）。该基因编码精细胞特异转录因子蛋白。
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”。据《山海经》郭璞注：“华胥履大迹生伏羲。”《春秋世谱》亦载：“华胥生男名伏羲，生女名女娲。”“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。”王克剑说。
左为野生型，右为卵细胞异位表达HUAXU，高效诱导卵细胞直接启动胚胎发育。受访者供图陈文强说，他们在杂交水稻卵细胞中异位表达华胥基因，能高效诱导孤雌生殖、产生单倍体后代。进一步与克隆配子策略相结合，他们所创制的Fix8株系均实现接近100%的克隆效率——在多个杂交稻品种、不同世代、不同种植群体和田间大群体条件下，克隆效率仍稳定维持在99%以上。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。
Fix8实现近100%的克隆效率和部分株系的正常结实率。受访者供图随后，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。
一系1号。受访者供图李家洋说，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。
种康表示，该体系基于自主研发的水稻内源基因，是我国种业科技自立自强的典范。
假以时日“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，传统模式下，种子公司每年需投入巨额资金生产杂交种子，技术难度大、生产风险高，农民被迫承担高昂用种成本；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。
“袁隆平先生40年前构想的一系法战略构想，其核心技术指标如今终于从蓝图变为现实。”李家洋强调，但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。”李家洋说。
种康特别强调，这项里程碑性质的工作发表在国产新的大刊Vita上。这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。
“这一突破性成果留在国内新大刊上首发，不仅是对国家政策的积极回应，更体现了科学家群体对国产期刊学术质量的认可与信心。国产期刊有能力承载能够改变产业格局的一流研究，对于重塑科研评价体系、提升我国科技期刊国际话语权，均具有重要示范意义。”种康说。
论文作者合影。受访者供图王克剑表示，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。
陈文强（左）与王克剑（右）在田间实验。受访者供图今年恰逢袁隆平提出杂交水稻雄性不育系利用理论60周年、提出一系法杂交水稻战略构想40周年。论文在致谢部分向袁隆平致以最深切的敬意，感谢他对项目团队工作的鼓励与指导。
相关论文信息：https://doi.org/10.15302/vita.2026.07.0053
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