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一粒種子的“持久戰(zhàn)”(上)

發(fā)布日期:2024-04-19??來(lái)源:中國(guó)科學(xué)報(bào)??作者:馮麗妃??瀏覽次數(shù):1511
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核心提示:1956年,中國(guó)科學(xué)院的14名青年背起行囊離開(kāi)北京,踏上前往陜西的列車(chē)。火車(chē)開(kāi)動(dòng)后,有同行者驚訝地問(wèn)一位戴眼鏡的瘦高個(gè)兒青年:“背包里怎么帶了這么多草根?”他回答說(shuō):“西北可能需要?!边@些青年是為了響應(yīng)國(guó)家“支援大西北”號(hào)召而奔赴陜西楊凌的,他們將成為新成立的中國(guó)科學(xué)院西北農(nóng)業(yè)生物研究所(后更名為中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所,以下簡(jiǎn)稱(chēng)“水

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

火車(chē)開(kāi)動(dòng)后,有同行者驚訝地問(wèn)一位戴眼鏡的瘦高個(gè)兒青年:“背包里怎么帶了這么多草根?”他回答說(shuō):“西北可能需要?!?/p>

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

其中,背草根的青年來(lái)自中國(guó)科學(xué)院遺傳選種實(shí)驗(yàn)館(中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所前身,以下簡(jiǎn)稱(chēng)“遺傳發(fā)育所”),名叫李振聲。當(dāng)時(shí)的他不會(huì)料到,書(shū)包里的這些草根,經(jīng)過(guò)他長(zhǎng)達(dá)25年的漫長(zhǎng)研究,會(huì)孕育出第一??共?、高產(chǎn)的遠(yuǎn)緣雜交小麥“小偃6號(hào)”,有效遏制了條銹病蔓延,開(kāi)啟了我國(guó)小麥遠(yuǎn)緣雜交育種的新紀(jì)元。

為了讓老百姓吃飽飯

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

當(dāng)時(shí),小麥條銹病在我國(guó)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(shí)我國(guó)糧食總產(chǎn)量的二十分之一,讓本就餓肚子的中國(guó)人更是雪上加霜。周恩來(lái)總理提出,要像對(duì)付人類(lèi)疾病一樣來(lái)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(gè)地塊。小麥一旦染病,嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(lái)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(duì)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(lái)到關(guān)中平原,看著一片片延伸到天邊的小麥田,體會(huì)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(huì)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(shí)經(jīng)歷過(guò)貧困和饑荒。連年旱災(zāi),村里的榆樹(shù)葉和樹(shù)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(jí)時(shí),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(shí),山東農(nóng)學(xué)院一則招生啟事中的“免費(fèi)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(guó)科學(xué)院遺傳選種實(shí)驗(yàn)館。進(jìn)入中國(guó)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(shí)的李振聲不會(huì)想到,這個(gè)看似與小麥育種無(wú)關(guān)的工作,會(huì)讓他開(kāi)辟出一個(gè)小麥遺傳育種的新領(lǐng)域。

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

“小麥經(jīng)過(guò)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(guò)層層篩選,不抗病的個(gè)體都被淘汰了,是非常好的基因庫(kù)?!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(gè)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(wàn)年時(shí)間。人工育種成功的可能性有多大、需要多長(zhǎng)時(shí)間,李振聲并沒(méi)有把握。

事實(shí)上,蘇北農(nóng)學(xué)院畢業(yè)的陳潄陽(yáng)比李振聲先來(lái)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(méi)有一點(diǎn)變化。

李振聲查閱國(guó)際研究文獻(xiàn)后認(rèn)為,只要方法得當(dāng)、堅(jiān)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(jiǎn)易的半地下土溫室繁殖種子,并迅速牽頭組建了一個(gè)青年科學(xué)家課題組,成員包括陳潄陽(yáng)、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(shí)現(xiàn);第二,雜種不育,后代像馬和驢的后代騾子一樣,沒(méi)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(zhǎng)穗偃麥草的后代長(zhǎng)得最好,于是他們便把它作為研究重點(diǎn)。偃麥草花期比小麥晚,他們加燈補(bǔ)光調(diào)整開(kāi)花期,使它提前兩個(gè)月開(kāi)花,成功授粉;雜交品種不能發(fā)芽,他們蹲在田里對(duì)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(shí)一個(gè)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(jìn)行到第八個(gè)年頭,理想的麥種還是沒(méi)有出現(xiàn)。

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

幸好,剛開(kāi)始研究遠(yuǎn)緣雜交時(shí),李振聲想起剛到中國(guó)科學(xué)院時(shí)聽(tīng)過(guò)艾思奇有關(guān)哲學(xué)的論述,采用“兩條腿走路”的策略,同時(shí)還做小麥品種間雜交研究,沒(méi)把雞蛋放在一個(gè)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(shí),研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(gè)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(guò)了強(qiáng)烈的太陽(yáng)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(gè)被稱(chēng)為“小偃55-6”的材料,既抗高溫又抗病害,成為后來(lái)大面積推廣的“小偃6號(hào)”的“祖父”。

“科研工作偶然中有必然,就看你能不能抓住這個(gè)機(jī)遇?!崩钫衤曊劦竭@次“偶然”和“機(jī)遇”時(shí)如是說(shuō)。那時(shí)候,他每天都在地里查看,細(xì)致到完全不看記錄本,就能說(shuō)出哪個(gè)材料長(zhǎng)在哪個(gè)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(guó)科學(xué)院西北植物研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(yàn)田,他還千方百計(jì)在附近的官村開(kāi)辟了30畝試驗(yàn)田,開(kāi)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(kāi)展研究。

穆素梅記得,從西北植物所去官村試驗(yàn)田要走10里土路,那時(shí)全課題組僅有一輛自行車(chē),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(gè)小時(shí)的路程得走將近兩個(gè)小時(shí)。

農(nóng)民播種小麥時(shí),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(gè)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(xiě)一個(gè)標(biāo)識(shí)牌,插到地頭。

提起播種,西北農(nóng)林科技大學(xué)高級(jí)實(shí)驗(yàn)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(gè)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(méi)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(lái)?!币回灪闷獾睦钫衤晿O為嚴(yán)厲地對(duì)周漢平說(shuō),“只有在很?chē)?yán)格的條件下,才能看到遺傳上的差異。”說(shuō)著,李振聲自己做起了示范。這讓周漢平深受教育,在后來(lái)的試驗(yàn)中,他都非常仔細(xì)。

不光是播種,收麥、拉車(chē)、脫粒這些費(fèi)時(shí)費(fèi)力的活兒,課題組也都自己干。

麥子收割時(shí),熱浪炙烤得樹(shù)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(lái),放在架子車(chē)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(gè)小搓板,在麥穗上來(lái)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(mǎn)度,最后裝進(jìn)一個(gè)牛皮小袋中,標(biāo)上編號(hào)。

時(shí)光飛逝,寒來(lái)暑往。官村的試驗(yàn)田里慢慢建起了平房、倉(cāng)庫(kù),蓋起了一棟二層小樓,大家不必每天來(lái)回20里路看麥子了。

1970年,李振聲課題組經(jīng)過(guò)連續(xù)6年反復(fù)的雜交和回交,得到一個(gè)非常好的新材料,命名為“小偃96”——這就是“小偃6號(hào)”的“父親”。這個(gè)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(hào)”。

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

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

這批種子在有限灌溉條件下畝產(chǎn)超過(guò)350公斤,比對(duì)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(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。(記者馮麗妃)

(未完待續(xù))

責(zé)任編輯:魏敏

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