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一粒种子的“持久战”(上)

发布日期:2024-04-19  来源:中国科学报  作者:冯丽妃  浏览次数:43
核心提示:1956年,中国科学院的14名青年背起行囊离开北京,踏上前往陕西的列车。火车开动后,有同行者惊讶地问一位戴眼镜的瘦高个儿青年:“背包里怎么带了这么多草根?”他回答说:“西北可能需要。”这些青年是为了响应国家“支援大西北”号召而奔赴陕西杨凌的,他们将成为新成立的中国科学院西北农业生物研究所(后更名为中国科学院水利部水土保持研究所,以下简称“水

1956年,中国科学院的14名青年背起行囊离开北京,踏上前往陕西的列车。

火车开动后,有同行者惊讶地问一位戴眼镜的瘦高个儿青年:“背包里怎么带了这么多草根?”他回答说:“西北可能需要。”

这些青年是为了响应国家“支援大西北”号召而奔赴陕西杨凌的,他们将成为新成立的中国科学院西北农业生物研究所(后更名为中国科学院水利部水土保持研究所,以下简称“水保所”)的生力军。

其中,背草根的青年来自中国科学院遗传选种实验馆(中国科学院遗传与发育生物学研究所前身,以下简称“遗传发育所”),名叫李振声。当时的他不会料到,书包里的这些草根,经过他长达25年的漫长研究,会孕育出第一粒抗病、高产的远缘杂交小麦“小偃6号”,有效遏制了条锈病蔓延,开启了我国小麦远缘杂交育种的新纪元。

为了让老百姓吃饱饭

1956年,新中国成立初期,我国人均粮食产量约306公斤,远低于人均400公斤的国际粮食安全线。让人民群众吃饱饭,成为国计民生的头等大事。

当时,小麦条锈病在我国黄河流域肆虐,一年便能导致小麦减产超百亿斤,相当于当时我国粮食总产量的二十分之一,让本就饿肚子的中国人更是雪上加霜。周恩来总理提出,要像对付人类疾病一样来抓小麦条锈病防控工作。

小麦条锈病危害巨大,其病菌夏孢子堆成熟破裂后散发出大量铁锈色的夏孢子,在空气作用下几天内就可蔓延至整个地块。小麦一旦染病,严重时会减产30%到50%,甚至绝产。

更棘手的是,利用普遍采用的育种方法,将外来抗病小麦与本地小麦杂交,培育抗病新品种需要8年左右。而小麦条锈病对这种“近亲繁殖”的新品种产生适应性变异、让其失去抗性平均只要5年半。

李振声来到关中平原,看着一片片延伸到天边的小麦田,体会到小麦条锈病的可怕。“穿条黑裤子在麦地里走一趟,裤子就会变成黄色,有的农民就在地头哭。”

如何才能补救育种速度赶不上病菌变异速度的致命缺陷?李振声苦苦思索破解之道。

出生于山东淄博农村的李振声,少年时经历过贫困和饥荒。连年旱灾,村里的榆树叶和树皮都被吃光了,葱根蒜皮也被当作食物。这让他深知粮食的宝贵。

高中二年级时,李振声为减轻家里的负担,辍学到济南找工作。那时,山东农学院一则招生启事中的“免费食宿”吸引了他的注意。他试考成功,从此走上小麦育种道路。

毕业后,李振声被分配到中国科学院遗传选种实验馆。进入中国科学院,他在惊喜之余也有一丝遗憾:想做遗传育种研究的他被分到了栽培组,与各种牧草打起了交道。那时的李振声不会想到,这个看似与小麦育种无关的工作,会让他开辟出一个小麦遗传育种的新领域。

看着从北京带来的草根,李振声产生了一个大胆的设想:能不能通过将牧草与小麦杂交,培育出一个抗病性强的小麦品种呢?

“小麦经过了数千年的人工栽培,就像温室里的花朵,抗病基因逐渐丧失;而野草在自然界通过层层筛选,不抗病的个体都被淘汰了,是非常好的基因库。”李振声想,如果把野草的抗病能力传递给小麦,不就能大幅提高小麦的抗病性吗?

这个设想得到植物学家闻洪汉、植物病理学家李振岐的支持。

但是,小麦演化至今经历了近万年时间。人工育种成功的可能性有多大、需要多长时间,李振声并没有把握。

事实上,苏北农学院毕业的陈潄阳比李振声先来水保所,她试图把滨麦草的多年生性和抗病性传递给小麦,可研究了两年,小麦性状没有一点变化。

李振声查阅国际研究文献后认为,只要方法得当、坚持不懈,这条路是走得通的。他把携带的牧草草根种在水保所的院子里,搭建了简易的半地下土温室繁殖种子,并迅速牵头组建了一个青年科学家课题组,成员包括陈潄阳、李容玲、刘冠军等。

让亲缘关系较远的牧草和小麦进行“远缘杂交”,有三道难关挡在他们面前:第一,杂交不亲和,很难实现;第二,杂种不育,后代像马和驴的后代骡子一样,没有繁育能力;第三,后代“疯狂分离”,抗病性状很难保持。

但是,初生牛犊不怕虎,李振声带领课题组成员迎难而上。他们最初挑选12种牧草与小麦杂交,只有3种成功。其中长穗偃麦草的后代长得最好,于是他们便把它作为研究重点。偃麦草花期比小麦晚,他们加灯补光调整开花期,使它提前两个月开花,成功授粉;杂交品种不能发芽,他们蹲在田里对小麦逐株排查,找到雌雄花正常的杂种,与父、母本反复进行正反回交;有时一个杂种看着很好,下一代却面目全非,他们就一次次地重新鉴定、筛选……

偶然和必然

研究进行到第八个年头,理想的麦种还是没有出现。

“搞远缘杂交就是不着边际的事”“既糟蹋经费又浪费时间”……一时间,非议纷至沓来,课题组陷入困境。

幸好,刚开始研究远缘杂交时,李振声想起刚到中国科学院时听过艾思奇有关哲学的论述,采用“两条腿走路”的策略,同时还做小麦品种间杂交研究,没把鸡蛋放在一个篮子里。

这种远近目标相结合的做法帮了大忙。当时,研究团队通过小麦品种间杂交选育的一些品种在陕西得到推广,远缘杂交研究才得以继续。

1964年夏天,小麦成熟前一个多月阴雨连绵。6月14日,天气突然暴晴,1000多份小麦杂种后代一日之间几乎全部“青干”——叶子还绿着,植株变干了。只有一株扛过了强烈的太阳光照射,保持着金黄色。

这一未被“青干”的杂交种,给了李振声课题组莫大的信心。这个被称为“小偃55-6”的材料,既抗高温又抗病害,成为后来大面积推广的“小偃6号”的“祖父”。

“科研工作偶然中有必然,就看你能不能抓住这个机遇。”李振声谈到这次“偶然”和“机遇”时如是说。那时候,他每天都在地里查看,细致到完全不看记录本,就能说出哪个材料长在哪个地方,最终敏锐地发现细微的差异。

“小偃55-6”只是初步成功,让远缘杂交种走向生产应用依然任重道远。

1965年,李振声带领课题组转到新成立的中国科学院西北植物研究所(以下简称“西北植物所”,后合并至西北农林科技大学)。除了该所的七八亩试验田,他还千方百计在附近的官村开辟了30亩试验田,开展远缘杂交育种研究。河北农业大学的毕业生穆素梅、钟冠昌被分配到该所,跟随李振声开展研究。

穆素梅记得,从西北植物所去官村试验田要走10里土路,那时全课题组仅有一辆自行车,每到播种、授粉季节,李振声就和同事们一起背着馍从所里步行到官村。每年10月小麦播种季节,一碰上连阴雨,路就不好走,雨鞋陷进泥窝里,鞋子裹着泥巴越走越重,平日里一个小时的路程得走将近两个小时。

农民播种小麦时,胳膊挎着荆条编的笸篮,手伸进去抓一把麦种撒在新翻的沟垄里,就完成了。课题组播种就不一样了,要规划好每个材料的种植行数,稀少的材料甚至要一粒粒播种,还要给每行材料写一个标识牌,插到地头。

提起播种,西北农林科技大学高级实验师周汉平回忆,当年刚进课题组不久,他就领教了李振声的“怒火”。

那次,秋雨连绵下了半个月,为了不影响后期研究,大家冒雨播种。地里泥泞不堪,周汉平干活就有些粗糙,没想到,他的马虎被李振声发现了。

“雨再大,也要按照规矩来。”一贯好脾气的李振声极为严厉地对周汉平说,“只有在很严格的条件下,才能看到遗传上的差异。”说着,李振声自己做起了示范。这让周汉平深受教育,在后来的试验中,他都非常仔细。

不光是播种,收麦、拉车、脱粒这些费时费力的活儿,课题组也都自己干。

麦子收割时,热浪炙烤得树叶都失去了水分,一片片耷拉着。他们顶着热浪把远缘杂交的麦子拔出来,放在架子车上拉回西北植物所。

珍贵的材料不能用机械脱粒,他们就蹲在地上,手上套个小搓板,在麦穗上来回搓几下,让麦子落到身旁的盒子里,然后用小风扇吹掉麦壳,再查看籽粒的数量、颜色、饱满度,最后装进一个牛皮小袋中,标上编号。

时光飞逝,寒来暑往。官村的试验田里慢慢建起了平房、仓库,盖起了一栋二层小楼,大家不必每天来回20里路看麦子了。

1970年,李振声课题组经过连续6年反复的杂交和回交,得到一个非常好的新材料,命名为“小偃96”——这就是“小偃6号”的“父亲”。这个材料具有抗病、早熟、抗干热风、优质等优良特性。用它做亲本进行杂交,次年终于得到了第一代“小偃6号”。

不过,这时的“小偃6号”仍存在育性不稳定的问题。直到1977年,课题组用激光对杂种进行辐照并反复繁育至第七代,才得到一个特优单株——也就是后来黄淮海地区普遍种植的“小偃6号”的原始株。

“我们对这个单株采取了‘破格’处理,把它的种子均匀地播撒在一个小区内,结果群体性状一致。”李振声说。

这批种子在有限灌溉条件下亩产超过350公斤,比对照品种增产17%。这些成果让小麦远缘杂交课题组在1978年获得全国科学大会奖。(记者冯丽妃)

(未完待续)

责任编辑:魏敏

 
 
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