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        李振聲:從野草中尋找靈感

        2007-05-14 15:05:49方玄昌
        中國新聞周刊 2007年8期
        關(guān)鍵詞:普通小麥遠(yuǎn)緣雜交

        方玄昌

        “糧食的增產(chǎn)是一系列綜合因素共同作用下的結(jié)果,其中,育種技術(shù)只起到30%的作用。而我僅僅是小麥育種這個領(lǐng)域的一個引導(dǎo)者”

        2月27日上午,國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在北京隆重舉行。中國科學(xué)院院士、遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李振聲榮獲2006年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎。

        李振聲是該獎項的第10位獲得者。而另一位農(nóng)業(yè)科學(xué)家袁隆平獲得了2000年度、即第一屆國家最高科技獎。至此,“南袁北李”——中國農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域兩大泰斗級人物,先后都獲取了國內(nèi)科學(xué)界的最高獎項。

        “以興趣始”

        “以興趣始,以毅力終”,李振聲推崇顧炎武的這句名言,并認(rèn)為這句話對加強(qiáng)科技工作者的個人修養(yǎng)很有幫助。其實這句話也正是李振聲與小麥研究結(jié)緣50余年、并在該領(lǐng)域取得卓越成績的寫照。

        李振生說,他愛上小麥育種研究有幾方面的原因:他出身農(nóng)民家庭,對農(nóng)業(yè)比較熟悉,1942年山東大旱,他挨過餓,知道糧食的珍惜、可貴。考進(jìn)山東農(nóng)學(xué)院后,農(nóng)學(xué)家沈壽銓教授上的小麥育種課和余松烈教授的遺傳課對他產(chǎn)生了重要影響。一個有意思的事情是,當(dāng)時學(xué)校農(nóng)場繁殖了幾個優(yōu)良品種,包括齊大195、扁穗小麥、魚鱗白等,年輕的李振聲將這些優(yōu)良品種引回家中,種植后發(fā)現(xiàn)確實比當(dāng)?shù)乩掀贩N增產(chǎn),附近鄉(xiāng)親們都來換種。這都增進(jìn)了他對小麥育種研究的興趣。

        大學(xué)畢業(yè)后,李振聲在北京從事種植牧草改良土壤的研究,曾經(jīng)收集種植800多種牧草,對牧草有一定研究,這為他以后“從野草中尋找靈感”打下了基礎(chǔ)。

        1956年,李振聲被調(diào)往西北農(nóng)業(yè)生物研究所工作,恰巧碰上了小麥條銹病大流行,導(dǎo)致小麥減產(chǎn)20%~30%,整個黃河流域就減產(chǎn)100多億斤,李振聲就是從這個時候開始對小麥的研究。

        引起小麥條銹病大流行的原因是,當(dāng)時小麥的骨干品種幾乎失去了對條銹病的抗性,而育成新品種的速度(8年)又趕不上條銹病病菌變異的速度(平均5.5年)。這成為當(dāng)時一個世界性難題。

        在這種情況下,李振聲提出通過“遠(yuǎn)緣雜交”——即以親緣關(guān)系很遠(yuǎn)的兩種植物雜交,將草的抗病基因轉(zhuǎn)移給小麥,選育持久性抗病小麥品種的設(shè)想,并開展了這項研究。

        講述小麥的故事

        “科學(xué)分兩個步驟,首先是認(rèn)識自然規(guī)律,然后運(yùn)用自然規(guī)律去改造自然?!崩钫衤曊f,他“將草的抗病基因轉(zhuǎn)移給小麥”的想法正是在了解普通小麥的自然進(jìn)化過程之后自然形成的。他開始對本刊記者講述小麥發(fā)展的歷史。

        我們現(xiàn)在種植的普通小麥?zhǔn)怯扇N野生植物經(jīng)過兩次自然的遠(yuǎn)緣雜交,經(jīng)歷了九千年的選擇,才形成的??脊艑W(xué)家在中東地區(qū)古墓里挖出了九千年之前的小麥,叫“一粒小麥”——一個小穗上只結(jié)一粒種子,產(chǎn)量很低。

        后來,這個一粒小麥遇到了一種田間雜草,叫擬斯卑爾脫山羊草,發(fā)生了天然雜交,這就是第一次遠(yuǎn)緣雜交。這次雜交后,一粒小麥就變成了二粒小麥——一個小穗上長兩粒種子,產(chǎn)量提高了。

        到公元前五千年左右的時候,二粒小麥又和另外一個山羊草相遇,進(jìn)行了第二次自然的遠(yuǎn)緣雜交,形成了普通小麥。

        第二次雜交以后,小麥的面粉產(chǎn)生了非常大的變化。“一粒小麥和二粒小麥磨出來的面粉都是不能發(fā)面的,到了普通小麥,這個面粉才能夠發(fā)起來。我們今天能夠吃到饅頭、面包,就是因為能夠發(fā)面,這個基因哪里來的?就是它的第二個衍生親本叫粗山羊草貢獻(xiàn)了這個基因?!崩钫衤曊f,根據(jù)小麥的歷史,他也就自然產(chǎn)生了另一種想法,“普通小麥在人類的照料下成長了5000年,而野草完全接受大自然的選擇,不會像小麥那樣嬌生慣養(yǎng)。我們是否可以嘗試把野草頑強(qiáng)的抗病基因加入到小麥里面去?”

        于是,李振聲的課題組從數(shù)百種牧草中選出了12種牧草和小麥做雜交,其中成功了三種,從培育出的后代來看,以長穗偃麥草做雜交最好,所以這以后就集中來做長穗偃麥草,這樣一做就做了20年。

        有心人,天不負(fù)

        遠(yuǎn)緣雜交的難題,主要有三個:雜交不親和(即物種雜交不產(chǎn)生后代)、雜種不育和后代“瘋狂分離”。對小麥與長穗偃麥草的雜交來說,前兩個問題經(jīng)過兩年的努力就基本上解決了,困難是第三個問題,即從外觀上看,雜種分離的類型很多,而且很不穩(wěn)定。有時一個雜種看著很好,而下一代卻面目全非了。

        其次,就是對雜種的鑒定與篩選。李振聲說,這有時要靠機(jī)遇與細(xì)心的工作。比如小偃6號有一個非常重要的特性——耐強(qiáng)光和干熱風(fēng),這個特性的發(fā)現(xiàn)就有一定的偶然性,或者說運(yùn)氣。

        1964年,小麥成熟前連續(xù)40天陰雨,到6月14日天氣突然暴晴,一天的功夫,幾乎所有的小麥都青干了。1000多份雜種中除小偃6號的祖父小偃55-6和長穗偃麥草之外,其他的全部青干了,而小偃55-6仍保持著金黃顏色。

        “這是一個十分難得的材料,我們抓住這個材料又經(jīng)過兩次雜交,育成了一個具有相對持久的抗病性(作為陜西省小麥骨干品種長達(dá)15年以上)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的小麥新品種——小偃6號?!?/p>

        經(jīng)過20多年時間的培育,小偃6號終于獲得成功,到80年代末,它在1.5億畝土地上種植,使小麥產(chǎn)量增產(chǎn)60億斤。如今,小偃6號經(jīng)過進(jìn)一步雜交培育,它的“直系”后代已經(jīng)有53個品種,均被推廣種植。

        “國以糧為天”

        李振聲并不僅僅只是研制出了一種抗病害、使小麥增產(chǎn)的小偃6號,他還利用遠(yuǎn)緣雜交獲得的“小偃藍(lán)?!睘椴牧?,在國際上首創(chuàng)了一套新的染色體工程育種系統(tǒng),大大縮短了將外緣基因?qū)胄←湹臅r間。

        從上世紀(jì)90年代開始,李振聲選擇了一個新的研究方向:開展作物高效利用營養(yǎng)元素的育種探索。他對本刊介紹說,從上世紀(jì)80年代末、90年代初開始,化肥使用量的增長速度不變,而作物產(chǎn)量的同步增長卻幾乎停止了。李振聲前瞻性地開創(chuàng)了以提高磷、氮吸收和利用效率為主的小麥育種新方向。

        李振聲獲得2006年度國家最高科技獎的另一個重要原因是,他在關(guān)鍵的時候提出了糧食需要實行恢復(fù)性生產(chǎn)的建議。

        2004年,中國出現(xiàn)了糧食連續(xù)5年下滑的情況。在這一年的人文論壇上,李振聲發(fā)表了題為“糧食恢復(fù)性生產(chǎn),時不我待”的講演,引起了各方面的關(guān)注?!皩嶋H上,在這之前我在一些場合就談過糧食下滑的問題,但未引起人們重視。這次人文論壇我覺得是個機(jī)會,就做了一些準(zhǔn)備,發(fā)現(xiàn)問題確實嚴(yán)重?!?/p>

        李振聲說,中國糧食總產(chǎn)量從1998年的10245.9億斤,到2003年已經(jīng)下降到8613.4億斤,5年減少了1632.5億斤;人均糧食從821斤下降到667斤,相當(dāng)于80年代初的水平,后退了20年。“同時,我分析了減產(chǎn)的原因,發(fā)現(xiàn)70%以上的因素是糧食播種面積的減少;不到30%因素是糧食單產(chǎn)的下降。即政策因素起了主導(dǎo)作用,因此提出爭取三年實現(xiàn)糧食恢復(fù)性增長的建議?!?/p>

        李振聲的建議很快引起了中央的重視。由于中央采取了有利的支農(nóng)措施,中國糧食生產(chǎn)連續(xù)三年實現(xiàn)了恢復(fù)性增長,2004年恢復(fù)到9389.4億斤, 2005年恢復(fù)到9680.0億斤, 2006年達(dá)到9949.0億斤。

        引導(dǎo)者的角色

        李振聲說,在生物學(xué)領(lǐng)域中,農(nóng)業(yè)科學(xué)是中國科學(xué)家處在世界領(lǐng)先地位的學(xué)科。中國以占世界7%的土地,養(yǎng)活了占世界21%的人口。一組數(shù)據(jù)顯示,從1978年到1998年,中國水稻總產(chǎn)增加627億公斤,小麥總產(chǎn)增加694億公斤,說明小麥對中國糧食安全也發(fā)揮著重要作用。

        “然而,不能過分夸大育種在其中所起的作用。我認(rèn)為,糧食的增產(chǎn)是一系列綜合因素共同作用下的結(jié)果,其中,育種技術(shù)只起到30%的作用,而農(nóng)藥、化肥的合理利用等其他因素要占據(jù)70%的作用?!睅缀醌@得過國內(nèi)所有重大科學(xué)獎項(全國科學(xué)大會獎、國家科技發(fā)明一等獎、陳嘉庚農(nóng)業(yè)科技獎、何粱何利農(nóng)業(yè)科技獎)的李振聲在評論自己所做的貢獻(xiàn)時依然保持低調(diào),“而我所做的工作,僅僅是在小麥育種這個領(lǐng)域起到了一個引導(dǎo)、帶頭的作用。”

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