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  • 麦田守望者

        本报记者 任敏

        人生路漫漫,岔路口无数。对于57岁的北京杂交小麦工程技术研究中心主任赵昌平而言,两次重要的抉择,引导他向着杂交小麦研究高峰攀登:一次是高考,本想学医,因分数不够被迫调剂至安徽劳动大学学农;一次是换方向,上世纪80年代末,本已在作物栽培领域小有名气的他,预感到作物育种的前景,主动调整学术方向,自此在杂交小麦研究领域坚守至今,攻克了国际上存在近百年的科学难题。

        半路出家转攻世界级难题

        作物杂种优势利用,是国际公认的提高农作物产量的首选途径。这其中,首届国家最高科技奖得主、中国工程院院士袁隆平培育的杂交水稻,属于当之无愧的“明星产品”,已在国内外广泛应用推广。与之原理类似的杂交玉米、杂交油菜等也已大面积种植。

        而作为世界第一大作物的小麦,至今尚未实现杂交种的大面积应用。在理论研究上,早在1919年,国外专家已在《遗传学》杂志上发表有关小麦杂种优势利用的论文。但此后,由于小麦基因组的复杂性,小麦杂种优势利用一直是世界性科学难题,进展缓慢。

        1986年,从浙江农业大学硕士毕业后,赵昌平来到北京市农林科学院,主要从事小麦栽培研究。当时,随着水利条件的改善、化肥投入品的增加,栽培技术已发展至顶峰,农业领域的科研生长点从栽培转向育种。

        凭借敏锐的学术嗅觉,赵昌平预感到,小麦遗传育种前景甚广。是否转型,令这位不到30岁的年轻人踟躇不决:转,意味着放弃之前多年的学术积淀;不转,可能不久就遭遇科研瓶颈;转型之后,研究哪个细分领域,也是未知数。

        1989年,赵昌平针对从国外引进的三系杂交小麦开展研究。面对细胞质雄性不育系(简称CMS)恢复源狭窄和不育系难以繁殖等难题,他萌发了用普通小麦细胞质创建小麦杂种优势利用新途径的想法。

        有前辈热心劝说:“你栽培做得那么好,转到杂交小麦这个难题上,得有思想准备!”毕竟,在杂交小麦的攀登之路上,很多前人已无功而返。

        赵昌平决定两者兼顾,边走边看。步入育种圈,第一次参加全国作物遗传育种会议,他就遭遇打击,“基本上全是生面孔,自己就像乱入的一个小学生,既陌生又孤独!”

        此后,他埋头苦学,补充大量专业知识。让人欣喜的是,独特的跨学科知识背景助他在育种领域收获第一个突破。

        小麦栽培,研究的是环境条件对作物产量的影响,其本质原因与雄性不育问题有关,而这正是研究杂交小麦的核心。某些雄性不育基因的表达,受环境中光照和温度的调控。此前多年在作物栽培理论与技术方面的基础,让赵昌平对小麦雄性不育基因的表达和调控得心应手。

        1992年一个雨后的清晨,在北京的实验站,赵昌平在盛花期的小麦试验田里,在层层翻滚的麦浪中,竟意外发现十几株小麦雄性不育材料。

        对于科研人生中这经典一幕,他记忆犹新,“这就如同中医望闻问切,通过对开花期花器的观察,我一眼就识别出雄性不育材料。”

        在此基础上,赵昌平1994年在北京市科委“光温敏二系杂交小麦研究”项目支持下,经与湖南农业大学何觉民教授合作,历时多年选育出不同类型的小麦光温敏不育系ZP35、ZP49、ZP100等,建立了杂交小麦课题组,开启了北京二系杂交小麦研发的征程。

        此后七八年时间,赵昌平坚持在作物栽培和遗传育种两条道路上艰难跋涉。大约在2002年,他忍痛舍弃“老本行”,将主要精力投向后者,几乎是孤注一掷地向杂交小麦这项世界级难题进发。

        曾兼职培育土豆维持生计

        杂交小麦之路,起步顺利,但过程曲折。

        上世纪90年代末,由于科研经费不足,研究团队处于低谷期。为了维系科研,赵昌平垫上了自己的工资,还曾带领大家干兼职,试图做玉米、土豆生意去赚钱搞杂交小麦主业。

        回忆充满苦涩,他说:“我们心里最痛苦的地方在于,做了一辈子小麦,到头来却要用土豆维持生计,大家感觉不舒服,没有尊严。”

        当时,全国几乎没有多少人愿意去做杂交小麦,团队成员也几欲放弃。赵昌平总是鼓励大家,他们是在攀登科学高峰,既然是攀登就没有坦途,遇到困难很正常。

        捱过三四年低谷期之后,他们迎来新机遇。2002年,“北京杂交小麦工程技术研究中心”获北京市科委批准成立,赵昌平担任主任,他组建团队向小麦光温敏不育系的稳定性、恢复性等科学难点发起冲击。

        2005年,在北京市科委“北京育种创新平台”专项的推动下,赵昌平团队系统开展了“二系杂交小麦理论基础与关键技术研究”,牵头全国小麦杂种优势利用领域研究,创制出第一代冬性二系杂交小麦新品种京麦6号、京麦7号、京麦8号等。

        对于杂交小麦,赵昌平可谓痴迷。中心研究员张立平打了个比方,“他见着小麦,就跟见了孩子一样亲!”

        在每一个小麦生长周期,赵昌平不是在麦区育种,就是在试验站调研,或是奔波在田间地头,与技术人员、农户探讨实际需求。共事二十多年的老同事张风廷形容,老赵是“教授的思路,农民的手”,每到五六月份,小麦抽穗扬花一直到灌浆这段时间,他尤其辛苦,“特别勤奋,凌晨五点多,田里万籁俱寂的时候,他就下地了。”有一次,在河南邓州育种基地,连续一个多月每天工作十五六个小时之后,赵昌平病倒了,凌晨三点突发心脏病。由于当地医院无法医治,经过“救护车+高铁+救护车”组合,他被一路从河南转运至北京安贞医院,经专家会诊实施心脏手术后才脱离生命危险。刚出院不久,他又奔赴农田。这样的心脏病突发事件,过去十多年,发生了不下十次。

        赵昌平不仅以身作则,对团队成员也严格要求。他常常带着团队里的年轻人到地里考种,并不时提问:这片小麦为啥长得不好?那片叶子为啥卷了?张立平说:“他不打马虎眼,答不上来会直接指出来,这让我们都紧绷着一根弦,要不断学习提升自己。”

        赵昌平还借鉴了国际玉米小麦改良中心的运营模式,中心组建起上百人的科研团队,所有科研经费统筹使用。各个小组犹如工厂中的流水线,负责杂交小麦攻关中的不同环节,各司其职,互相独立,但材料和资源共享,这样便于集中力量干好一件事儿。

        依靠一手打造的顶尖团队,2011年,赵昌平团队正式创建“中国二系杂交小麦技术体系”,并荣获北京市科学技术奖一等奖。该体系很好地解决了国际上存在了近百年的科学难题,使中国成为第一个利用不育系实现杂交小麦商业化的国家。

        为了让杂交小麦在中国大地上生根发芽,同年,北京市农林科学院和中国种子集团有限公司联合组建成立了中种杂交小麦种业(北京)有限公司,通过全产业链科技创新和高效衔接,建立杂交小麦商业化育种体系,率先实现了杂交小麦全产业链的有效贯通。

        金种子播撒至“一带一路”

        公司成立后,杂交小麦正式进入商业化和产业化阶段,但在推广时却遭遇“叫好不叫座”的尴尬。

        赵昌平事后分析,杂交小麦的确有穗多、粒重、产量高等诸多优点,如果是规模化生产,只要大面积种植收益就会比较明显,但中国是以一家一户为单位,分散经营,效益并不明显。而且,杂交小麦种子刚开始上市时卖十几块钱,比普通种子贵,导致农民不买账。

        最近三四年,团队铆足了劲打造新产品。2017年以来,北京杂交小麦工程技术研究中心创制出了第二代光敏型不育系,培育出第二代强优势杂交小麦新品种京麦9号、京麦11号、京麦12号、京麦21号、京麦179号等。据23个示范区不完全统计,平均增产幅度达20%以上。

        中种杂交小麦种业(北京)有限公司总经理陈兆波透露,研究团队将杂交小麦的制种产量从亩产300斤提高到600斤,种子价格从之前的一斤十几块钱降至两块多钱,杂交小麦比普通常规种的增产幅度也有明显提升。“通过这些手段,提高了杂交小麦含金量,目前,我们的种子已经从最初的半卖半送变成供不应求。”

        让赵昌平骄傲的是,杂交小麦特别“皮实”,环境越恶劣,稳产性优势越明显,最近一两年,在环渤海盐碱地普遍增产20%到50%,亩产普遍过千斤。目前在全国,赵昌平团队的杂交小麦年推广面积已超过30万亩。

        杂交小麦的美名,还吸引了巴基斯坦政府要员前来洽谈。如今,“京麦系列”杂交小麦已在巴基斯坦、乌兹别克斯坦等“一带一路”沿线国家试种成功。

        最近六七年,赵昌平不惧危险,曾多次和同事奔赴巴基斯坦手把手指导当地农民和科技人员种植。他曾途经被弹孔射穿的大门;遭遇过地震;冒着40摄氏度以上的高温,在查看麦田后突发高烧和心脏病,只休息一天就接着下地。当地一位中国同胞不解地问,你们怎么还敢来这里?老赵为大家宽心,“不要害怕,发生危险时,我们都到麦地里去!”

        当前,中心还在国内率先构建了小麦品种特异性、一致性和稳定性的DNA指纹检测技术体系,可利用DNA指纹鉴定筛选育种材料,可根据基因将小麦不育系与恢复系划分出群组来进行杂交组合,以便更加高效地育种。

        赵昌平谋划着,未来要继续做两件紧迫的事,一是打造现代化育种平台,通过科技创新提高杂交小麦育种水平和效率;二是打造现代分子育种体系,通过DNA测序、基因标记等实现精准分子育种。

        回顾近30年的科研攻关路,赵昌平有时会感慨,“最遗憾的就是把整个青春献给杂交小麦!”有朋友反问他,假如你不选择它,选择别的会更好吗?但如今赵昌平对杂交小麦仍“痴心”不悔,“二系杂交小麦具有很高推广价值,我国大约有3.6亿亩麦田,如果有一半种植杂交小麦,按平均亩产量提高50公斤计算,全国一年可增收小麦90亿公斤。”

        “教授的思路,农民的手”

        过去30年间,他带领团队朝着杂交小麦这个“世纪梦想”一路奋进,在国际上率先发现冬性小麦光温敏雄性不育现象和材料,创造性地提出“小麦雄性育性相对性原理”,并建立了一套以四种选育途径为核心的小麦光温敏不育系选育技术体系,由此,在国际上首创二系杂交小麦技术体系。

        赵昌平重视理论,也同样注重实践。在每一个小麦生长周期,他不是在麦区育种,就是奔波在田间地头。老同事形容,赵昌平是“教授的思路,农民的手”。

        名词解释

        中国二系杂交小麦

        目前,国际上主要有三种小麦杂交技术,“三系法”“二系法”和“化杀法”。其中,“二系杂交小麦”为中国首创,并拥有完全独立自主知识产权。它是指由两个遗传背景不同的光温敏不育系和恢复系杂交后育成的小麦杂交种。

        专家释疑

        杂交小麦技术难在哪儿

        从遗传因素看,杂交小麦比杂交水稻、杂交玉米难度系数更高,因为前者是六倍体,而后两者是二倍体。

        赵昌平分析,在二倍体作物中,只要两个染色体组上的基因保持协同一致,性状改良就能起作用。但小麦是六倍体,要六个染色体组上的相关基因都保持协调一致,难度明显加大,而且小麦基因组彼此之间存在互补机制,使性状改良的代谢网络更加复杂。

        利用不育系实现小麦杂种优势利用是公认的最科学高效的方法,但传统“三系法”存在的科学难点,如不育系繁殖和育性恢复等,70年来一直没有得到有效解决。

        为了攻克杂交小麦难关,赵昌平团队也曾向袁隆平团队取经,借鉴了水稻光温敏不育的相关理论和实践;在制种技术方面,受杂交水稻启发,他们开始寻找雌花比较开放的小麦种质资源,从而提高了制种中的异交效率。

        供图/视觉中国