 在《袁隆平口述自传》中，他提到了1960年前后的三年自然灾害： “当时吃不饱饭，那真难受啊，也有饿死了人的！我至少亲眼看见5个人倒在路边、田埂边和桥底下，真的是路有饿殍！那种凄惨的场景对我有很大的刺激，让我深切体会到了什么叫做“民以食为天”，没有粮食太可怕了！”
“那个时期饥饿难受的滋味到现在回想起来，仍是不堪回首。我们是学农的知识分子，特别是在建国之后，受到国家培养，是想为国家、为社会做贡献的。面对全国粮食大规模减产，几乎人人吃不饱的局面，作为一名农业科技工作者非常自责。本来我就有改造农村的志向，这时就更下了决心，一定要解决粮食增产问题，不让老百姓挨饿！” 当时的经历，对袁隆平有着极大的触动。 1966年，袁隆平在他撰写的第一篇论文《水稻的雄性不孕性》中， 提出了有关利用水稻杂种优势的理论。 他否定了水稻等一些谷物“自花授粉没有杂种优势”的传统观点， 用全新的理论和研究方向，使中国原本几乎停滞不前的作物遗传育种方面研究实践变得一下子丰富起来。
之后，袁隆平专注对三系法杂交稻研究，提出用“野生稻与栽培稻进行远缘杂交”的新方案，于1973年成功攻破雄性不育系、保持系及恢复系的“三系配套”。 在“南优2号籼型三系杂交水稻”等拥有与传统水稻相比具有强优势的杂交水稻育成后，袁隆平将这批组合水稻大面积实践生产。 在袁隆平之前，科学家们认为水稻异种杂交成功率只有2.4%。 就算杂交成功，亩产量也极低，根本达不到实际生产的要求。
由于没有科学家相信有人能解决技术难题，就连国际水稻所都只坚持了两年就在1973年放弃了。 可几乎同时，袁隆平带领的研究小组却成功地解决了制种难关，制种产量飞速提高。 这时，袁隆平成为了世界杂交水稻研究方面的领军人物。
袁隆平还提出了划时代的杂交水稻育种发展战略，也就是将杂交水稻原本复杂繁复的程序化繁为简，从而使效率翻倍。 在他的指导下，杂交水稻的优势越来越强，由品种间-亚种间-远缘杂种上逐步发展。 袁隆平的新思路，已经被国内外同行广泛采用，并已经成为杂交水稻育种方面的主要指导思想。 1989年，两系法研究遇到重大瓶颈，袁隆平在关键时刻提出选育实用光温敏核不育系导致不育的起点温度指标和选育的技术策略，让国内的水稻科研就此步入辉煌。
“核心种子生产程序”和“冷水串灌繁殖”等重大高科技技术，也都是袁隆平院士研究并提出的。 假如没有这些重大科研成果，两系法杂交水稻将无法取得最后的成功并大规模推广应用。 袁隆平担任“863”项目两系法杂交水稻技术研究专题责任专家后的1995年，两系法杂交水稻研究大获成功。
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