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一粒種子的“持久戰(zhàn)”(上)

發(fā)布日期:2024-04-19??來源:中國科學報??作者:馮麗妃??瀏覽次數:666
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核心提示:1956年,中國科學院的14名青年背起行囊離開北京,踏上前往陜西的列車?;疖囬_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?!边@些青年是為了響應國家“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院西北農業(yè)生物研究所(后更名為中國科學院水利部水土保持研究所,以下簡稱“水

1956年,中國科學院的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?!?/p>

這些青年是為了響應國家“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院西北農業(yè)生物研究所(后更名為中國科學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院遺傳選種實驗館(中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所前身,以下簡稱“遺傳發(fā)育所”),名叫李振聲。當時的他不會料到,書包里的這些草根,經過他長達25年的漫長研究,會孕育出第一??共?、高產的遠緣雜交小麥“小偃6號”,有效遏制了條銹病蔓延,開啟了我國小麥遠緣雜交育種的新紀元。

為了讓老百姓吃飽飯

1956年,新中國成立初期,我國人均糧食產量約306公斤,遠低于人均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。

當時,小麥條銹病在我國黃河流域肆虐,一年便能導致小麥減產超百億斤,相當于當時我國糧食總產量的二十分之一,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就可蔓延至整個地塊。小麥一旦染病,嚴重時會減產30%到50%,甚至絕產。

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”的新品種產生適應性變異、讓其失去抗性平均只要5年半。

李振聲來到關中平原,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,有的農民就在地頭哭?!?/p>

如何才能補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。

出生于山東淄博農村的李振聲,少年時經歷過貧困和饑荒。連年旱災,村里的榆樹葉和樹皮都被吃光了,蔥根蒜皮也被當作食物。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擔,輟學到濟南找工作。那時,山東農學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院遺傳選種實驗館。進入中國科學院,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的工作,會讓他開辟出一個小麥遺傳育種的新領域。

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

“小麥經過了數千年的人工栽培,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?!崩钫衤曄?,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?

這個設想得到植物學家聞洪漢、植物病理學家李振岐的支持。

但是,小麥演化至今經歷了近萬年時間。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,蘇北農學院畢業(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后認為,只要方法得當、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家課題組,成員包括陳潄陽、李容玲、劉冠軍等。

讓親緣關系較遠的牧草和小麥進行“遠緣雜交”,有三道難關擋在他們面前:第一,雜交不親和,很難實現;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,他們加燈補光調整開花期,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、母本反復進行正反回交;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……

偶然和必然

研究進行到第八個年頭,理想的麥種還是沒有出現。

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

幸好,剛開始研究遠緣雜交時,李振聲想起剛到中國科學院時聽過艾思奇有關哲學的論述,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。

這種遠近目標相結合的做法幫了大忙。當時,研究團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遇?!崩钫衤曊劦竭@次“偶然”和“機遇”時如是說。那時候,他每天都在地里查看,細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)現細微的差異。

“小偃55-6”只是初步成功,讓遠緣雜交種走向生產應用依然任重道遠。

1965年,李振聲帶領課題組轉到新成立的中國科學院西北植物研究所(以下簡稱“西北植物所”,后合并至西北農林科技大學)。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,開展遠緣雜交育種研究。河北農業(yè)大學的畢業(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。

農民播種小麥時,胳膊挎著荊條編的笸籃,手伸進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,稀少的材料甚至要一粒粒播種,還要給每行材料寫一個標識牌,插到地頭。

提起播種,西北農林科技大學高級實驗師周漢平回憶,當年剛進課題組不久,他就領教了李振聲的“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)現了。

“雨再大,也要按照規(guī)矩來?!币回灪闷獾睦钫衤晿O為嚴厲地對周漢平說,“只有在很嚴格的條件下,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。

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,然后用小風扇吹掉麥殼,再查看籽粒的數量、顏色、飽滿度,最后裝進一個牛皮小袋中,標上編號。

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,李振聲課題組經過連續(xù)6年反復的雜交和回交,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、優(yōu)質等優(yōu)良特性。用它做親本進行雜交,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行輻照并反復繁育至第七代,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,結果群體性狀一致?!崩钫衤曊f。

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

(未完待續(xù))

責任編輯:魏敏

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