服从全国统一分配，到湖南省怀化地区的安江农校任教。同年被分配到偏远落后的湘西雪峰山麓安江农校教书。[5]
1953.08—1971.01湖南省安江农业学校教员。
1960年7月，他在农校试验田中意外发现一株特殊性状的水稻。他利用该株水稻试种，发现其子代有不同性质。因为水稻是自花授粉的，不会出现性状分离，所以他推论该为天然杂交水稻。随后他把雌雄同蕊的水稻雄花人工去除，授以另一个品种的花粉，尝试产生杂交品种。[6][7]
1961年春天，他把这株变异株的种子播到创业试验田里，结果证明了1960年发现的那个“鹤立鸡群”的植株，是“天然杂交稻”。他当时是一个安江民校的教师，但面对当时严重饥荒，他立志用农业科学技术击败饥饿威胁，从事水稻雄性不育试验。
1964年7月5日，他在试验稻田中找到一株“天然雄性不育株”，经人工授粉，结出了数百粒第一代雄性不育株种子。[8][9]
1965年7月，袁隆平又在14000多个稻穗中逐穗检查到6株不育株，并在此后两年播种中，共有4株成功繁殖了1～2代。其研究彻底推翻由传统经典理论米丘林、李森科的“无性杂交”学说，并推论水稻亦有杂交优势。通过培育雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢复系的三系法途径来培育杂交水稻，可以大幅度提高水稻产量。[10]
1964年2月22日，与农技干部邓则结婚。[11]
1964年到1965年，两年的水稻开花季节里，他与科研小组在稻田进行杂交育种试验。后在稻田里找到了6株天然雄性不育的植株。经过两个春秋的观察试验，对水稻雄性不育材料有了较丰富的认识，根据所积累的科学数据，在大学毕业工作12年左右的他，发表在1966年第17卷第4期《科学通报》上。
1965年7月，又在安江农校附近稻田的南特号、早粳4号、胜利籼等品种中，逐穗检查14000多个稻穗，连同上年发现的不育株，共计找到6株。经过连续两年春播与翻秋，共有4株繁殖了1～2代。
1966年2月28日，发表第一篇论文《水稻的雄性不孕性》，刊登在中国科学院主编的《科学通报》半月刊第17卷第4期上。5月，国家科委九局局长赵石英同志，获悉袁隆平发表的《水稻的雄性不孕性》一文后，引起高度重视，以科委九局名义致函湖南省科委与安江农校，支持袁隆平的水稻雄性
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