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巴渝良種系列報道③|科研工匠楊華

2024-06-12 11:22:35  來(lái)源:城鄉統籌發(fā)展網(wǎng)  作者:李文萍 張文婧

編者按:種業(yè)是國家戰略性、基礎性、科技性產(chǎn)業(yè)。要想端牢中國飯碗,既要保障糧食和重要農產(chǎn)品的穩定安全供給,也要實(shí)現種業(yè)自主創(chuàng )新,種源自主可控。在重慶,通過(guò)一代又一代科研人辛勤培育,勤勉研發(fā),堅韌不拔地扎根土地,種業(yè)創(chuàng )新取得標志性的成果和階段性的進(jìn)展。城鄉統籌發(fā)展網(wǎng)特別策劃“巴渝良種”系列報道,走進(jìn)育種科研人的世界,講述他們科技創(chuàng )新的故事,記錄重慶種業(yè)創(chuàng )新的斐然成果。

城鄉統籌發(fā)展網(wǎng)記者 李文萍 張文婧

在雪山里,看到一棵野草結莢,他思考“為什么冰雪天氣里植株還能結莢”;在高溫干旱的夏日里,許多玉米的葉片都萎蔫了,有幾株玉米葉片還是張開(kāi)的,他思考“這些張開(kāi)的葉片與萎蔫的葉片有什么不同”;在玉米成熟期,看到植株最下面的葉片依舊深綠,他思考“到了成熟期,為何這株還有如此頑強的生命力”……

生活中很多人們習以為常的東西,對重慶市農業(yè)科學(xué)院玉米研究所所長(cháng)楊華卻有著(zhù)巨大的吸引力。他多年如一日,觀(guān)察事物的差異性,習慣深度思考,探索解決問(wèn)題的方法。

用楊華的話(huà)來(lái)說(shuō),科技的核心是創(chuàng )新,創(chuàng )新的核心在于創(chuàng )新思維的培養??茖W(xué)家要不斷訓練自己創(chuàng )新思維的頻度、深度、廣度,如同“工匠”反復精雕,最終呈現出量變到質(zhì)變的創(chuàng )新作品。

從事玉米育種30多年,楊華玉米創(chuàng )新團隊培育出西南地區普通玉米、糯玉米國家標桿品種,應用最前沿的新技術(shù)加快育種進(jìn)程,推動(dòng)玉米領(lǐng)域的生產(chǎn)變革和科技進(jìn)步。

在這里,我們姑且叫他“科研工匠楊華”。

▲ 重慶市農業(yè)科學(xué)院玉米研究所所長(cháng)楊華

“通過(guò)極端環(huán)境下的選擇,死掉一半,活下來(lái)的才算好的”

創(chuàng )新靈感來(lái)自長(cháng)期專(zhuān)注

中國的第一大作物是什么?

對大多數普通老百姓來(lái)說(shuō),出人意料的答案是玉米。2023年玉米播種面積6.63億畝,是稻谷和小麥播種面積的1.5倍和1.87倍。其中,70%的玉米用作飼料來(lái)源,支撐畜牧業(yè)的發(fā)展。

楊華玉米創(chuàng )新團隊育成的飼料玉米“渝單8號”是西南地區國家標桿品種,所有新育成的西南地區飼料玉米品種審定都要以“渝單8號”為基準。作為標桿,多達15年,跨越兩代品種更新?lián)Q代。

截至目前,“渝單8號”累計播種面積4000多萬(wàn)畝,按當前玉米收購價(jià)格計算,“渝單8號”新增社會(huì )經(jīng)濟效益40多億元。

巨大生產(chǎn)力的源頭是一粒優(yōu)質(zhì)的種子。這粒優(yōu)秀的種子到底是如何產(chǎn)生的?

▲ “渝單8號品種展示

楊華用了兩次“靈感”來(lái)形容。

一次來(lái)源挑選。

團隊曾將玉米試驗地放在一塊土層瘠薄的斜坡地,共種植9廂。結果發(fā)現,上面4廂土地貧瘠、降雨較少,全部干枯死亡;下面4廂地勢較低、土壤較厚,長(cháng)勢良好;中間第5廂死活各半。最終,楊華從第5廂挑選一株長(cháng)勢最好的。

一次來(lái)源洗苗。

在海南南繁時(shí)曾遭遇臺風(fēng),海水淹沒(méi)了玉米幼苗,導致基地成了水田,海水退后秧苗渾身是泥,逐漸死亡。不少科研團隊紛紛放棄。彼時(shí)的楊華似乎什么也沒(méi)想,只是拿出毛巾將玉米苗上的泥土一株一株擦拭干凈。不料,一半的秧苗竟然活了下來(lái)。

“干旱干不死,水淹淹不死?!蓖ㄟ^(guò)這種“極端環(huán)境”的篩選,楊華找到了優(yōu)秀親本,培育出了產(chǎn)量高、穩定性強的“渝單8號”。

盡管當時(shí)的“挑選”和“洗苗”看似無(wú)意識,但楊華事后總結這是一種長(cháng)期專(zhuān)注思考后產(chǎn)生的思維火花。尤其是回憶起海南那次“洗苗”,楊華表示應該“有跡可循”。一是只有讓葉片干凈才能進(jìn)行光合作用,通過(guò)日常觀(guān)察他發(fā)現水稻種植中葉片一直都是干凈的。二是,當時(shí)剛開(kāi)始科研,科研材料稀缺,一直將其視為“寶貝”,不舍得讓它死去,想方設法也要保下來(lái),這才有了“洗苗”的“無(wú)心之舉”。

“很多人育種追求優(yōu)中選優(yōu),但是這個(gè)優(yōu)怎么選?”楊華意識到良好的生長(cháng)環(huán)境,作物都能生長(cháng)良好,所以要超常規、反常規,從惡劣環(huán)境中篩選出最優(yōu)質(zhì)的種子?!捌贩N的逆境選擇本身就是創(chuàng )新的一項關(guān)鍵技術(shù)?!?

最終,這種關(guān)于材料選擇創(chuàng )新迸發(fā)的“靈感”,被楊華總結為一套科研方法論——“半致死壓力選擇法”,意思是在育種領(lǐng)域,只有通過(guò)極致環(huán)境的篩選,達到死亡一半,剩下來(lái)的才是優(yōu)秀的品種。

“科研要與市場(chǎng)相結合,走在生產(chǎn)前面5—10年”

創(chuàng )新方向要聚焦市場(chǎng)需求

20世紀90年代以前,國內農民種植的玉米大多為黃玉米,主要用作家禽牲畜的飼料,在缺糧少米的山區還可用作口糧。鮮食玉米被少數農民零星種植,作為風(fēng)味特色食品。

團隊發(fā)現,重慶本土一種名叫“豬兒糯”的糯玉米口感良好,作為風(fēng)味食品已有上百年的歷史。但是“豬兒糯”籽粒小,果穗多,產(chǎn)量低,農民種植積極性不高。

“隨著(zhù)人們生活水平的提高,粗糧會(huì )不會(huì )成為人們最喜愛(ài)的食品之一?”楊華玉米創(chuàng )新團隊認為,生活水平的提高必然會(huì )帶來(lái)健康意識的加強,低熱量、低脂肪、高纖維的鮮食玉米將會(huì )在市場(chǎng)上有一席之地。

1997年,楊華玉米創(chuàng )新團隊通過(guò)育種手段“揚長(cháng)避短”,保留“豬兒糯”的口感,利用雜種優(yōu)勢,培育出了口感好、產(chǎn)量?jì)?yōu)的“渝糯1號”。2002年,在“渝糯1號”的基礎上,結合地方品種的廣適性和飼料玉米的高產(chǎn)性,再次培育出了品質(zhì)更佳、產(chǎn)量更高、適應性更廣的“渝糯7號”,成功締造了西南地區糯玉米的國家標桿品種,且多年來(lái)一直沒(méi)被取代。

▲ 重慶農科院玉米研究基地

“糯中帶甜,老百姓喜歡吃;產(chǎn)量高又能掙著(zhù)錢(qián),農民都搶著(zhù)種?!睏钊A回憶“渝糯7號”推出市場(chǎng)后的熱烈反應。無(wú)論山區還是平壩,無(wú)論南方還是北方,“渝糯7號”都表現出了優(yōu)異的綜合性狀,播種范圍覆蓋重慶、云南、貴州、四川、湖北、廣西、河北、浙江等,年播種面積達70多萬(wàn)畝,占據當時(shí)全國鮮食玉米的“半壁江山”。

事實(shí)證明楊華玉米創(chuàng )新團隊當時(shí)的判斷是正確的。

隨著(zhù)扶貧工作的縱深推進(jìn),城市需求和農村產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了高效的對接和互動(dòng),效益農業(yè)成為人們的共識。鮮食玉米因口感良好、營(yíng)養豐富、市場(chǎng)價(jià)值高成為效益農業(yè)的抓手之一。全國各地掀起了種植鮮食玉米的熱潮。由于推出市場(chǎng)較早,團隊培育的鮮食玉米在市場(chǎng)上廣受關(guān)注。

“科研要與市場(chǎng)相結合,走在生產(chǎn)前面5—10年?!睏钊A表示科研要做到需求導向和問(wèn)題導向,從全局角度看未來(lái)的發(fā)展趨勢?!安豢赡苁袌?chǎng)有需求了,才發(fā)現我們沒(méi)有這個(gè)品種?!?

通過(guò)對市場(chǎng)的廣泛調研,如今楊華玉米創(chuàng )新團隊在玉米育種領(lǐng)域形成了用于食品及飼料加工的渝單系列、以全株飼料為主的渝青系列、以鮮食為主的渝糯系列三個(gè)研究方向,目前已培育出100多個(gè)品種。

其中,渝單系列注重籽粒產(chǎn)量和品質(zhì),滿(mǎn)足雞鴨豬等精飼料和工業(yè)加工的需求;渝青系列注重秸稈品質(zhì)和機械化整株收割,通過(guò)粉碎、發(fā)酵等發(fā)展成為牛羊等產(chǎn)業(yè)的粗飼料;渝糯系列則注重花青素、葉酸、賴(lài)氨酸等功能性挖掘,滿(mǎn)足特殊人群的健康需求。

▲ 重慶農科院玉米創(chuàng )新團隊培育的部分品種

“用最前沿的技術(shù)做最有用的科研,提高育種效率”

科研技術(shù)是用于解決具體問(wèn)題的

傳統的雜交育種是漫長(cháng)而艱辛的。從正常流程來(lái)看,選擇一株性狀良好的玉米植株需自交6代以上,也就是6年才能得到純系;然后雜交篩選、多點(diǎn)試驗、區試鑒定、生產(chǎn)試驗,又要等6年,相當于從找到一株優(yōu)秀的植株到審核品種需要12年。這還不包括尋找優(yōu)秀植株的“海選時(shí)間”。

因此,加快育種的進(jìn)程、縮短育種周期成為育種科研界最為關(guān)注的話(huà)題。

2007年,楊華到美國密蘇里州立大學(xué)做訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者,接觸到單倍體誘導系。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是,玉米屬于典型的二倍體植物,通過(guò)生物手段誘導成為單倍體,然后再通過(guò)單倍體加倍還原成二倍體,就能直接變成了純系,只需要2代就能得到純系植株,大幅縮短了育種進(jìn)程。

2010年,楊華玉米創(chuàng )新團隊在引進(jìn)國外單倍體誘導系的基礎上研發(fā)出單倍體誘導快速育種關(guān)鍵技術(shù),并廣泛應用于玉米雜交種選育過(guò)程中。

▲ 楊華和學(xué)生在觀(guān)察玉米

事實(shí)上,國內曾探索過(guò)花粉誘導單倍體、子房離體培養產(chǎn)生單倍體,但投入大、成績(jì)小,業(yè)內信心普遍不高。很長(cháng)一段時(shí)間內,科研團隊都只在小范圍摸索。當楊華成功攻關(guān)單倍體誘導快速育種關(guān)鍵技術(shù)的消息傳出后,給業(yè)內增添了極大信心,單倍體育種技術(shù)成果在國內“多點(diǎn)開(kāi)花”,廣泛應用。

傳統的育種中,科研人不清楚目標性狀受哪些基因控制或調控,只能依賴(lài)于田間表現對品種進(jìn)行選擇或淘汰。楊華了解到,通過(guò)分子標記手段,能找到目標性狀的基因型,輔助育種的材料選擇,可顯著(zhù)加快育種的進(jìn)程。2005年,楊華玉米創(chuàng )新團隊創(chuàng )立了玉米紋枯病分子標記定位群體,通過(guò)分子標記手段找到了玉米抗紋枯病QTL位點(diǎn),解密了玉米抗紋枯病的“基因密碼”,為分子標記輔助育種提供了技術(shù)和材料支持,育成“渝單24”,成為國內最早應用分子標記技術(shù)的成功案例之一。

“要用最前沿的技術(shù)做最有用的研究,提高育種效率?!边@些年來(lái),楊華的團隊一直緊跟時(shí)代發(fā)展,利用生物技術(shù)等最新技術(shù)、最新方法,推動(dòng)種業(yè)創(chuàng )新取得系列重要進(jìn)展。楊華介紹,團隊玉米品種選育時(shí)間從過(guò)去7—8年提升到3—4年,新種質(zhì)資源創(chuàng )制的周期縮短為原來(lái)的三分之一,極大地提升了品種選育效率和社會(huì )綜合效益。

“微量創(chuàng )新”“二次創(chuàng )新”“解決問(wèn)題”

創(chuàng )新思維需要培養習慣

加快育種進(jìn)程是業(yè)界的共識,“北種南繁”兩季種植至今還是這種共識下的普遍選擇。

為了進(jìn)一步加快育種代速,從1993年研發(fā)玉米開(kāi)始,楊華玉米創(chuàng )新團隊就開(kāi)啟了“重慶—廣西—海南”的三季玉米種植,成為當時(shí)玉米育種領(lǐng)域“春種秋繁冬繁”的“獨行者”。

看似只多出“一季”,實(shí)際上面臨很多難題。

例如,每季玉米生長(cháng)期120天,三季就是360天,還要收獲晾曬,加上當時(shí)交通不便,火車(chē)、汽車(chē)換乘,根本不可能實(shí)現三季種植。

通過(guò)觀(guān)察,楊華發(fā)現玉米果穗中間段成熟最早、容易發(fā)芽,于是提前收割玉米,只保留中間段作為種子。為了解決濕玉米腐爛的問(wèn)題,楊華開(kāi)啟“邊走邊曬”模式,火車(chē)站、汽車(chē)站、賓館陽(yáng)臺成為了“流動(dòng)晾曬場(chǎng)”。通過(guò)“卡時(shí)間”,楊華一年無(wú)縫銜接種出了三季玉米。

從1993年研發(fā)開(kāi)始,到1998年培育出優(yōu)秀的飼料玉米“渝單8號”,看似僅用了5年時(shí)間,事實(shí)上楊華已經(jīng)種植了15代玉米,相當于正常育種的15年。

“書(shū)本上、老師們都告訴你要加快育種的進(jìn)程,但是怎么樣去加快只有自己去琢磨?!睏钊A表示,創(chuàng )新不是停留在口頭上、書(shū)本里、表面功夫,而是能真正落地實(shí)踐、有成效。只有深入觀(guān)察,深度思考,養成創(chuàng )新思維習慣,才能解決科研生涯中一個(gè)個(gè)具體的難題。

▲ 重慶農科院玉米研究基地

當前,單倍體誘導技術(shù)的誘導率并不算太高,過(guò)去比例維持在3%—5%,如今隨著(zhù)技術(shù)的提高可以做到20%,即通過(guò)單倍體誘導技術(shù),100粒種子里面只有20粒單倍體,主要通過(guò)種子顯色來(lái)一粒一粒加以區分。

“選出4萬(wàn)粒,可能要看40萬(wàn)粒種子?!睏钊A形容辨別單倍體是一項費時(shí)費力費眼睛的工作。最終團隊采用“分選外包”,借農民每年制種的機會(huì ),讓他們幫忙選出單倍體,再回收?!斑^(guò)去選出1000粒單倍體要花費一月,現在選出4萬(wàn)粒只需要3天?!?

選出單倍體也并非“完事”,里面還有“假單倍體”。由于單倍體植株只有一半基因,植株較矮,很容易辨別。但通常需要在種植60天左右開(kāi)花才能發(fā)現。對此,團隊通過(guò)育苗移植技術(shù)在苗床里面育苗,利用幼苗鑒別技術(shù),只需要半月就能從苗期選出單倍體,再移栽到實(shí)驗大田。

據介紹,曾有加拿大專(zhuān)家到實(shí)驗基地考察,看到整齊統一的單倍體,頻頻發(fā)出感嘆“你們單倍體誘導率這么高!”楊華笑而不語(yǔ)。

像這樣的“創(chuàng )新小事”在楊華玉米創(chuàng )新團隊的育種事業(yè)中不勝枚舉。在楊華看來(lái),創(chuàng )新不是非得進(jìn)行大刀闊斧的變革,很多時(shí)候是在已有的基礎上“微量創(chuàng )新”“二次創(chuàng )新”“解決問(wèn)題”,就像“工匠”精雕細琢,在一刀一刻中誕生全新的作品。

那么,楊華心目中的“理想作品”是怎樣的?

在科研初期南繁的那場(chǎng)臺風(fēng)中,當他細心洗滌葉片上的淤泥時(shí),內心迸發(fā)出一個(gè)夢(mèng)想——讓玉米能像小麥那樣種植,密植、高產(chǎn)。經(jīng)過(guò)30多年的努力,楊華玉米創(chuàng )新團隊已經(jīng)在矮稈抗倒、密植高產(chǎn)研究方面有所進(jìn)展,即將培育出耐密、抗倒、適宜機械化種植的新品種。讓我們期待,未來(lái)西南地區玉米種植集中連片,“青紗帳”成為歷史。

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