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一粒種子的“持久戰(zhàn)”

發(fā)布時間:2024-04-18

來源:中國科學(xué)報 馮麗妃【字號:

1956年,中國科學(xué)院的14名青年背起行囊離開北京,踏上前往陜西的列車。

火車開動后,有同行者驚訝地問一位戴眼鏡的瘦高個兒青年:“背包里怎么帶了這么多草根?”他回答說:“西北可能需要。”

這些青年是為了響應(yīng)國家“支援大西北”號召而奔赴陜西楊凌的,他們將成為新成立的中國科學(xué)院西北農(nóng)業(yè)生物研究所(后更名為中國科學(xué)院水利部水土保持研究所,以下簡稱水保所)的生力軍。

其中,背草根的青年來自中國科學(xué)院遺傳選種實驗館(中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所前身,以下簡稱遺傳發(fā)育所),名叫李振聲。當(dāng)時的他不會料到,書包里的這些草根,經(jīng)過他長達(dá)25年的漫長研究,會孕育出第一??共?、高產(chǎn)的遠(yuǎn)緣雜交小麥“小偃6號”,有效遏制了條銹病蔓延,開啟了我國小麥遠(yuǎn)緣雜交育種的新紀(jì)元。

青年李振聲在開展小麥遠(yuǎn)緣雜交育種研究。

1?為了讓老百姓吃飽飯

1956年,新中國成立初期,我國人均糧食產(chǎn)量約306公斤,遠(yuǎn)低于人均400公斤的國際糧食安全線。讓人民群眾吃飽飯,成為國計民生的頭等大事。

當(dāng)時,小麥條銹病在我國黃河流域肆虐,一年便能導(dǎo)致小麥減產(chǎn)超百億斤,相當(dāng)于當(dāng)時我國糧食總產(chǎn)量的二十分之一,讓本就餓肚子的中國人更是雪上加霜。周恩來總理提出,要像對付人類疾病一樣來抓小麥條銹病防控工作。

小麥條銹病危害巨大,其病菌夏孢子堆成熟破裂后散發(fā)出大量鐵銹色的夏孢子,在空氣作用下幾天內(nèi)就可蔓延至整個地塊。小麥一旦染病,嚴(yán)重時會減產(chǎn)30%到50%,甚至絕產(chǎn)。

更棘手的是,利用普遍采用的育種方法,將外來抗病小麥與本地小麥雜交,培育抗病新品種需要8年左右。而小麥條銹病對這種“近親繁殖”的新品種產(chǎn)生適應(yīng)性變異、讓其失去抗性平均只要5年半。

李振聲來到關(guān)中平原,看著一片片延伸到天邊的小麥田,體會到小麥條銹病的可怕?!按l黑褲子在麥地里走一趟,褲子就會變成黃色,有的農(nóng)民就在地頭哭。”

如何才能補(bǔ)救育種速度趕不上病菌變異速度的致命缺陷?李振聲苦苦思索破解之道。

出生于山東淄博農(nóng)村的李振聲,少年時經(jīng)歷過貧困和饑荒。連年旱災(zāi),村里的榆樹葉和樹皮都被吃光了,蔥根蒜皮也被當(dāng)作食物。這讓他深知糧食的寶貴。

高中二年級時,李振聲為減輕家里的負(fù)擔(dān),輟學(xué)到濟(jì)南找工作。那時,山東農(nóng)學(xué)院一則招生啟事中的“免費食宿”吸引了他的注意。他試考成功,從此走上小麥育種道路。

畢業(yè)后,李振聲被分配到中國科學(xué)院遺傳選種實驗館。進(jìn)入中國科學(xué)院,他在驚喜之余也有一絲遺憾:想做遺傳育種研究的他被分到了栽培組,與各種牧草打起了交道。那時的李振聲不會想到,這個看似與小麥育種無關(guān)的工作,會讓他開辟出一個小麥遺傳育種的新領(lǐng)域。

看著從北京帶來的草根,李振聲產(chǎn)生了一個大膽的設(shè)想:能不能通過將牧草與小麥雜交,培育出一個抗病性強(qiáng)的小麥品種呢?

“小麥經(jīng)過了數(shù)千年的人工栽培,就像溫室里的花朵,抗病基因逐漸喪失;而野草在自然界通過層層篩選,不抗病的個體都被淘汰了,是非常好的基因庫。”李振聲想,如果把野草的抗病能力傳遞給小麥,不就能大幅提高小麥的抗病性嗎?

這個設(shè)想得到植物學(xué)家聞洪漢、植物病理學(xué)家李振岐的支持。

但是,小麥演化至今經(jīng)歷了近萬年時間。人工育種成功的可能性有多大、需要多長時間,李振聲并沒有把握。

事實上,蘇北農(nóng)學(xué)院畢業(yè)的陳潄陽比李振聲先來水保所,她試圖把濱麥草的多年生性和抗病性傳遞給小麥,可研究了兩年,小麥性狀沒有一點變化。

李振聲查閱國際研究文獻(xiàn)后認(rèn)為,只要方法得當(dāng)、堅持不懈,這條路是走得通的。他把攜帶的牧草草根種在水保所的院子里,搭建了簡易的半地下土溫室繁殖種子,并迅速牽頭組建了一個青年科學(xué)家課題組,成員包括陳潄陽、李容玲、劉冠軍等。

讓親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的牧草和小麥進(jìn)行“遠(yuǎn)緣雜交”,有三道難關(guān)擋在他們面前:第一,雜交不親和,很難實現(xiàn);第二,雜種不育,后代像馬和驢的后代騾子一樣,沒有繁育能力;第三,后代“瘋狂分離”,抗病性狀很難保持。

但是,初生牛犢不怕虎,李振聲帶領(lǐng)課題組成員迎難而上。他們最初挑選12種牧草與小麥雜交,只有3種成功。其中長穗偃麥草的后代長得最好,于是他們便把它作為研究重點。偃麥草花期比小麥晚,他們加燈補(bǔ)光調(diào)整開花期,使它提前兩個月開花,成功授粉;雜交品種不能發(fā)芽,他們蹲在田里對小麥逐株排查,找到雌雄花正常的雜種,與父、母本反復(fù)進(jìn)行正反回交;有時一個雜種看著很好,下一代卻面目全非,他們就一次次地重新鑒定、篩選……

2?偶然和必然

研究進(jìn)行到第八個年頭,理想的麥種還是沒有出現(xiàn)。

“搞遠(yuǎn)緣雜交就是不著邊際的事”“既糟蹋經(jīng)費又浪費時間”……一時間,非議紛至沓來,課題組陷入困境。

幸好,剛開始研究遠(yuǎn)緣雜交時,李振聲想起剛到中國科學(xué)院時聽過艾思奇有關(guān)哲學(xué)的論述,采用“兩條腿走路”的策略,同時還做小麥品種間雜交研究,沒把雞蛋放在一個籃子里。

這種遠(yuǎn)近目標(biāo)相結(jié)合的做法幫了大忙。當(dāng)時,研究團(tuán)隊通過小麥品種間雜交選育的一些品種在陜西得到推廣,遠(yuǎn)緣雜交研究才得以繼續(xù)。

1964年夏天,小麥成熟前一個多月陰雨連綿。6月14日,天氣突然暴晴,1000多份小麥雜種后代一日之間幾乎全部“青干”——葉子還綠著,植株變干了。只有一株扛過了強(qiáng)烈的太陽光照射,保持著金黃色。

這一未被“青干”的雜交種,給了李振聲課題組莫大的信心。這個被稱為“小偃55-6”的材料,既抗高溫又抗病害,成為后來大面積推廣的“小偃6號”的“祖父”。

“科研工作偶然中有必然,就看你能不能抓住這個機(jī)遇?!崩钫衤曊劦竭@次“偶然”和“機(jī)遇”時如是說。那時候,他每天都在地里查看,細(xì)致到完全不看記錄本,就能說出哪個材料長在哪個地方,最終敏銳地發(fā)現(xiàn)細(xì)微的差異。

“小偃55-6”只是初步成功,讓遠(yuǎn)緣雜交種走向生產(chǎn)應(yīng)用依然任重道遠(yuǎn)。

1965年,李振聲帶領(lǐng)課題組轉(zhuǎn)到新成立的中國科學(xué)院西北植物研究所(以下簡稱西北植物所,后合并至西北農(nóng)林科技大學(xué))。除了該所的七八畝試驗田,他還千方百計在附近的官村開辟了30畝試驗田,開展遠(yuǎn)緣雜交育種研究。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)的畢業(yè)生穆素梅、鐘冠昌被分配到該所,跟隨李振聲開展研究。

穆素梅記得,從西北植物所去官村試驗田要走10里土路,那時全課題組僅有一輛自行車,每到播種、授粉季節(jié),李振聲就和同事們一起背著饃從所里步行到官村。每年10月小麥播種季節(jié),一碰上連陰雨,路就不好走,雨鞋陷進(jìn)泥窩里,鞋子裹著泥巴越走越重,平日里一個小時的路程得走將近兩個小時。

農(nóng)民播種小麥時,胳膊挎著荊條編的笸籃,手伸進(jìn)去抓一把麥種撒在新翻的溝壟里,就完成了。課題組播種就不一樣了,要規(guī)劃好每個材料的種植行數(shù),稀少的材料甚至要一粒粒播種,還要給每行材料寫一個標(biāo)識牌,插到地頭。

提起播種,西北農(nóng)林科技大學(xué)高級實驗師周漢平回憶,當(dāng)年剛進(jìn)課題組不久,他就領(lǐng)教了李振聲的“怒火”。

那次,秋雨連綿下了半個月,為了不影響后期研究,大家冒雨播種。地里泥濘不堪,周漢平干活就有些粗糙,沒想到,他的馬虎被李振聲發(fā)現(xiàn)了。

“雨再大,也要按照規(guī)矩來?!币回灪闷獾睦钫衤晿O為嚴(yán)厲地對周漢平說,“只有在很嚴(yán)格的條件下,才能看到遺傳上的差異?!闭f著,李振聲自己做起了示范。這讓周漢平深受教育,在后來的試驗中,他都非常仔細(xì)。

不光是播種,收麥、拉車、脫粒這些費時費力的活兒,課題組也都自己干。

麥子收割時,熱浪炙烤得樹葉都失去了水分,一片片耷拉著。他們頂著熱浪把遠(yuǎn)緣雜交的麥子拔出來,放在架子車上拉回西北植物所。

珍貴的材料不能用機(jī)械脫粒,他們就蹲在地上,手上套個小搓板,在麥穗上來回搓幾下,讓麥子落到身旁的盒子里,然后用小風(fēng)扇吹掉麥殼,再查看籽粒的數(shù)量、顏色、飽滿度,最后裝進(jìn)一個牛皮小袋中,標(biāo)上編號。

時光飛逝,寒來暑往。官村的試驗田里慢慢建起了平房、倉庫,蓋起了一棟二層小樓,大家不必每天來回20里路看麥子了。

1970年,李振聲課題組經(jīng)過連續(xù)6年反復(fù)的雜交和回交,得到一個非常好的新材料,命名為“小偃96”——這就是“小偃6號”的“父親”。這個材料具有抗病、早熟、抗干熱風(fēng)、優(yōu)質(zhì)等優(yōu)良特性。用它做親本進(jìn)行雜交,次年終于得到了第一代“小偃6號”。

不過,這時的“小偃6號”仍存在育性不穩(wěn)定的問題。直到1977年,課題組用激光對雜種進(jìn)行輻照并反復(fù)繁育至第七代,才得到一個特優(yōu)單株——也就是后來黃淮海地區(qū)普遍種植的“小偃6號”的原始株。

“我們對這個單株采取了‘破格’處理,把它的種子均勻地播撒在一個小區(qū)內(nèi),結(jié)果群體性狀一致?!崩钫衤曊f。

這批種子在有限灌溉條件下畝產(chǎn)超過350公斤,比對照品種增產(chǎn)17%。這些成果讓小麥遠(yuǎn)緣雜交課題組在1978年獲得全國科學(xué)大會獎。

3?“漂亮的小孩”

“‘小偃6號’好像一個生下來就特別漂亮的小孩。”半個世紀(jì)后,陳潄陽依然清楚記得,這個材料穗子整齊修長、粒多質(zhì)優(yōu)、種子飽滿、成熟黃亮;穗子成熟時葉子還掛著綠色,可以繼續(xù)通過光合作用制造碳水化合物,輸送到種子里使它們掛漿飽滿。

陳潄陽記得,李振聲在小區(qū)里選出一株最健碩的“小偃6號”帶回來,請一位細(xì)心的女同志剝開麥殼,用鑷子取出一粒粒麥子,再把麥殼復(fù)位,獲得一株完整的“小偃6號”株型標(biāo)本。每個到實驗室參觀的人,看到這一標(biāo)本都忍不住贊嘆。

中國國家博物館展示的小麥遠(yuǎn)緣雜交品種“小偃6號”標(biāo)本。

有了種子,接下來就是同樣繁忙的加速繁殖、區(qū)域試驗。

通過課題組的不懈努力,“小偃6號”在1979年陜西關(guān)中小麥品種區(qū)域試驗中獲得佳績,在37個試驗點中的35個點獲得增產(chǎn),比對照品種增產(chǎn)30%以上。

1981年,優(yōu)異的表現(xiàn)讓“小偃6號”通過陜西省農(nóng)作物品種審定委員會審定。至此,李振聲帶領(lǐng)課題組鏖戰(zhàn)25年的小麥遠(yuǎn)緣雜交育種研究終于取得巨大成功。

從1981年通過品種審定到1985年獲得國家科技發(fā)明獎一等獎,僅僅5年,“小偃6號”累計推廣2400萬畝,經(jīng)濟(jì)效益達(dá)2億元,其成果轉(zhuǎn)化速度之快、經(jīng)濟(jì)效益之顯著,令人矚目。

為了培育、繁殖、推廣“小偃6號”這個“漂亮的小孩”,研發(fā)它的科學(xué)家們都忽視了自己家里的孩子。

那時,李振聲與夫人李繼云分別主持兩個不同課題,他們經(jīng)常出差、蹲點或做試驗。女兒李濱從六七歲開始就常常無人照管,在脖子上掛一把鑰匙,一個人到食堂打飯,一個人住。

陳潄陽的丈夫經(jīng)常在外出差,她就一邊做研究,一邊拉扯女兒。一次,她在地里做試驗回家晚了,女兒放學(xué)找不見她,一個人從西北植物所往官村試驗田的方向跑,半路上被她同事撞見才帶回所里。

穆素梅和鐘冠昌夫婦為了做研究,把不到1歲的大兒子送回河北老家,小兒子28天時就托附近的農(nóng)民照看。

正是他們的割舍與堅持,換來了陜西農(nóng)民給出的最高評價:“要吃面,種小偃!”

20多年的研究中,李振聲課題組先后育成了小偃麥八倍體、異附加系、異代換系、易位系和“小偃”4號、5號、6號、54號、81號等一系列高產(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)新品種,并迅速推廣。

其中,“小偃6號”始終是那個最漂亮的“小孩”。它能同時抵抗8個條銹病生理小種侵染,且產(chǎn)量高、品質(zhì)好,做出來的饅頭白、面條筋道。這些品質(zhì)讓它作為陜西省骨干小麥品種被連續(xù)種植16年以上,成為我國推廣時間最長的自育小麥品種。這也讓它成為中國小麥育種的重要骨干親本,衍生品種達(dá)80多個,截至2003年,全國累計推廣3億多畝,增產(chǎn)小麥逾150億斤,讓我國小麥的增產(chǎn)速度一度超越水稻。

4?麥浪如歌

育種界常說,沒有長青的種子?!靶≠?號”審定以來的40多年里,隨著科技發(fā)展的腳步加快,作為農(nóng)業(yè)發(fā)展“芯片”的種子的代際更迭速度也在加快,關(guān)中平原見證了一批又一批新種子的誕生與落幕。

但至今,“小偃6號”在陜西依然有農(nóng)民在播種,它在培育新品種方面依然發(fā)揮著重要的基石作用。

陳潄陽認(rèn)為,一家科研院所要有自己的特色,才不會在同類競爭中被淘汰,也才能更好地服務(wù)國家需要。小麥遠(yuǎn)緣雜交取得成功,正是因為緊緊抓住了這一點。

她表示,作為一項探索性基礎(chǔ)研究,小麥遠(yuǎn)緣雜交課題組一開始就有了“打持久戰(zhàn)”的思想準(zhǔn)備,這讓課題組面對困難和曲折,始終堅定必勝信念。

李振聲則反復(fù)強(qiáng)調(diào):“沒有集體的努力,是不可能取得成功的?!?/p>

“小偃6號”獲得國家科技發(fā)明獎一等獎后,獎金共有3萬元,當(dāng)時大家的月工資還不到100元。李振聲安排的分配結(jié)果是,課題組10個人每人1000元,他本人也是如此。其余部分分給了所里的司機(jī)、食堂大師傅、縣種子公司等其他對課題組給予過幫助的人,每人同樣1000元。

1985年獲獎證書照片。遺傳發(fā)育所供圖

當(dāng)然,課題組其他人始終堅信,這項研究之所以取得成功,還有一個關(guān)鍵是有一個優(yōu)秀且相對穩(wěn)定的學(xué)術(shù)帶頭人。20多年間,課題組成員幾經(jīng)變更,李振聲的行政職務(wù)也在不斷變化,但沒有變的是他依然是遠(yuǎn)緣雜交課題組組長,這讓課題組一直保持著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和良好的科研秩序。

科學(xué)、進(jìn)取的團(tuán)隊氛圍,推動課題組堅持攻關(guān)、不斷創(chuàng)新。

上世紀(jì)60年代的遠(yuǎn)緣雜交,只能在個體水平上開展;到了上世紀(jì)70年代,研究進(jìn)入細(xì)胞水平,跨越了一大步;從1978年起,又創(chuàng)建了藍(lán)粒小麥和染色體工程育種新系統(tǒng),將原本需要數(shù)十年的遠(yuǎn)緣雜交育種過程縮短至3年,為技術(shù)實用化開辟了一條新路;1986年,第一屆國際植物染色體工程學(xué)會會議落戶西安,進(jìn)一步擴(kuò)大了我國小麥遺傳育種在國際上的影響。

今天,距離李振聲和同事們踏上那列西行的火車已過去68年。當(dāng)年年輕的面龐已經(jīng)布滿皺紋,有人已經(jīng)逝去,但關(guān)中平原一片片延伸到天邊的小麥田——這片他們曾經(jīng)為之奮斗的黃土地上,仍然印刻著他們的青春記憶。

1987年,西北植物所遺傳室部分研究人員(左一為李振聲)。

因為小麥遠(yuǎn)緣雜交,清秀的江蘇女子陳潄陽在祖國的西北大地度過了大半生,耄耋之年的她仍未忘記“小偃6號”培育成功帶來的巨大喜悅。1979年的一個夏日,她早早起床、腳步輕快地從楊凌前往官村,一路上不由自主地小聲唱起歌來。歌聲傳到耳邊,收斂了半輩子的她被自己的“張揚(yáng)”嚇了一跳。

山東青年李振聲在黃土地耕耘三十一載,因為給農(nóng)民們帶來了吃得飽的遠(yuǎn)緣雜交小麥,大家親切地稱他為“中國遠(yuǎn)緣雜交小麥之父”,與“雜交水稻之父”袁隆平并稱為“南袁北李”。

在黃土地上,李振聲總是和農(nóng)民打成一片。陜西人喜歡吃面,經(jīng)常放上一盆面、一小盤醋、一小盤辣椒面、一小盤粗鹽粒就開始吃。李振聲很適應(yīng)這種飯食,對初來乍到的徒弟穆素梅說:“放幾個鹽粒,放點醋,放點辣椒,一拌就挺好吃。”

小麥遠(yuǎn)緣雜交成功后,陜西省科學(xué)院給李振聲在西安分了房子,他沒去住,覺得在楊凌做學(xué)問是非常好的選擇。

“科學(xué)研究的主流應(yīng)該是從生產(chǎn)中來、到生產(chǎn)中去?!崩钫衤曊f。在楊凌的這些年,他吃過120多戶農(nóng)民家里的飯,知道農(nóng)民想什么、要什么。

“李老師很少考慮自己,一輩子都在操心國家的事,始終想著讓大家都有飯吃,都有好日子過?!蹦滤孛氛f,“他總是鼓勵我們要作貢獻(xiàn)?!?/p>

在李振聲的鼓勵下,穆素梅和鐘冠昌夫婦在1989年調(diào)至中國科學(xué)院石家莊農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究所(現(xiàn)遺傳發(fā)育所農(nóng)業(yè)資源研究中心)進(jìn)行“二次創(chuàng)業(yè)”,通過10余年的奮斗培養(yǎng)了一批農(nóng)業(yè)研究人才,并選育出我國第一個出口的優(yōu)質(zhì)小麥新品種“高優(yōu)503”,獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎。

1987年,李振聲告別楊凌,返回中國科學(xué)院院部,從麥田里親力親為的耕耘者變成運(yùn)籌帷幄的中國麥田謀劃者,提出一個影響至深的建議——黃淮海地區(qū)中低產(chǎn)田治理。這項工程實施6年,為我國增糧504.8億斤。

他還是我國糧食戰(zhàn)略安全的“吹哨人”,在我國糧食產(chǎn)量多次出現(xiàn)徘徊時,及時敲響警鐘,提出增產(chǎn)對策。針對國際上有關(guān)“誰來養(yǎng)活中國”的提問,他果敢地提出“中國人自己養(yǎng)活自己”的思路。

這些關(guān)乎國家糧食安全的科研創(chuàng)新、策略實施,讓李振聲在1991年當(dāng)選中國科學(xué)院院士,2006年獲得國家最高科學(xué)技術(shù)獎。

但他并未止步。2013年,82歲的李振聲組織實施“渤海糧倉科技示范工程”,實現(xiàn)環(huán)渤海地區(qū)5年增糧200多億斤。2020年,年近90歲的李振聲再次提出建設(shè)“濱海草帶”的設(shè)想,以確保我國飼料糧安全?!靶轮袊屛矣酗埑裕帜苌洗髮W(xué),這是我過去從不敢想的事情?!崩钫衤曊f,“國家培養(yǎng)了我,我應(yīng)該向國家做出回報?!?/p>

這一樸素的感情,支撐李振聲用所學(xué)回報祖國,也感召著一代又一代中國科學(xué)院人。

如今,遺傳發(fā)育所成立了李振聲“濱海草帶”青年突擊隊,集中所內(nèi)10多個育種和養(yǎng)殖團(tuán)隊的優(yōu)勢科研力量,在東營黃河三角洲開展攻關(guān)。這些新時代的青年,繼承老一輩科學(xué)家的精神,繼續(xù)在祖國的大地上書寫自己的科技論文。

(原載于《中國科學(xué)報》?2024-04-18?第4版?專題)

(責(zé)任編輯:侯茜)

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