种子,现代农业的“芯片”,种业是保障国家粮食安全的“要害”。在种业研发领域有一种说法:“全国十粒种,一粒自北京。”不以粮食生产见长的北京,却为我国种业创新发展作出独特贡献。
北京市农林科学院的种业科技创新一直是核心主业,已经建有国家级和北京市级各类种业科技创新平台28个,农作物育种和农业信息化两大领域均处于全国领先地位。从蔬菜、玉米、小麦、林果等生产作物的育种成果,到构建国际最大的玉米种子分子指纹库、建成我国首个蔬菜高通量分子育种平台……每项成就背后都是北京市农林科学院科研人员的无悔付出。他们数十年如一日,默默求索,以平凡的姿态追逐远大的农业科技梦;他们锐意攻关,以突破关键核心技术为己任;他们不惧艰辛,以求新求变在田间地头践行初心。
让我们一起走进北京市农林科学院,品读这些农业“芯片”专研者的感人故事。
赵久然:强壮玉米“中国芯”
玉米是我国当前种植面积最大、总产量最大、种业市值最高的作物,也是国际种业巨头激烈竞争的主要焦点作物。几十年来,我国无数科研人员一直在为研发优质、高产的玉米种子而奋斗。其中有一位奋斗者,用智慧和汗水创造出非凡业绩,在玉米种质创新、新品种培育及产业化、玉米DNA指纹鉴定技术研发及应用等多方面担当重要角色,他就是北京市农林科学院玉米首席科学家赵久然。
人生选择:培育更好新品种
“人生因拼搏而闪光,事业因奋斗而辉煌。”这是赵久然的职业历程写照。2021年11月3日,赵久然迎来了30多年科研人生中的巅峰时刻。在北京人民大会堂举行的国家科学技术奖励大会上,赵久然和他的团队凭借“高产优质、多抗广适玉米品种京科968的培育与应用”获得国家科技进步二等奖。“京科968”是他带领团队选育的200多个玉米良种中具有代表性的一个,高产、优质、多抗、广适、易制种,种植面积连续多年超2000万亩,累计推广超1亿亩,增产超100亿公斤,是目前我国玉米生产主导品种之一。
说起初入“玉米圈”的那段岁月,赵久然常提到自己看过的一本书。1986年,赵久然研究生毕业,被分配到北京市农林科学院从事玉米科研工作。那时适逢出国潮,不少同学忙着“考托”出国,他也曾心动过。但一本介绍美国农业科学家——矮秆小麦育种专家布劳格生平事迹的书改变了他的想法。“一个美国科学家都能扎根发展中国家,为饥荒世界带来面包,何况我作为一个中国人呢!”赵久然毅然选择留在国内,并主动到条件相对艰苦的京郊玉米主产区延庆蹲点搞科研,立志为国家作贡献。
白天,赵久然和农民一起下地,晚上就住在乡科技站的办公室里。整整6年时间,赵久然走遍了延庆所有乡镇,在生产一线参与完成了许多科研项目,在中低产田开发、旱作农业、保护性耕作等领域积累了丰富经验。更重要的是,扎根一线的生产经验让他深刻认识到,农业研究一定要立足生产需要,从实践中寻找研究课题,再将研究成果运用到生产实践中。当时,赵久然研究的是玉米栽培技术,但他在实践中发现农民对于良种的需求更加强烈,“在那几年里,我发现农民对好多技术都有需求,其中最迫切的就是良种。另外,那时候经常出现假种子,导致农民受到严重损失。”赵久然切身体会到,优良品种和优质种子对粮食增产和农民增收的重要性。自此,他将主要研究方向转为玉米品种培育及其配套的高产高效技术方面。
迎难而上:从寻找种质材料到建立玉米身份证库
如果说6年的下乡蹲点搞科研为赵久然确定了未来研究的方向,那么北京市农林科学院正式成立玉米研究中心就是他科研生涯的新起点。
1997年,赵久然被任命为玉米研究中心主任,带领几名科技人员开始艰难创业历程。回忆起那段岁月,赵久然表示,相比资金上的困难,最让他发愁的是育种材料的缺乏。玉米种质材料是育种必须的基础资源。“育种也好像采矿,找不到富矿区和原料,也就不可能出来金子。”赵久然说,玉米中心成立之初,只有区区几份玉米材料,与其他科研机构动辄上万份的材料库相比真是相形见绌。为此,他四处奔波。比如,寻求兄弟单位、相关课题组和老师的友情支持。有一次他路过一个城市,遇到有人正用玉米喂鸽子,他还抓回来一把当做种质材料。
种子是农业的芯片,每粒种子都有数万个基因,决定着产量、品质、抗性等各方面的性状。玉米良种对增产的贡献率已达到40%以上。但要培育一个各方面都优秀的玉米品种谈何容易。新品种选育是一个漫长、繁杂的过程。科研人员要将具有不同优点的玉米材料通过杂交,让基因重新组合产生大量性状变异,将适合生产需要的好材料鉴选出来,培育出能够稳定遗传的优良自交系亲本,再进一步培育杂交品种。培育出好的杂交品种是一个万里挑一的过程,赵久然描述说。如果没有正确的方法,这感觉犹如在黑暗中摸索,更像在大海里捞针。“一个育种科研工作者一生能够培育出一两个能在生产上大面积应用的品种,就是相当成功的了。”
虽然种业创新很难,但赵久然一直坚持以解决生产实际问题、让农民增产增收为目标。“需求从哪里来?那就必须常到生产中去,深入田间地头、产业链中各环节去调研。问题找准了,接下来就要分析如何用科研来解决问题,”赵久然表示,“育种需要汗水浇灌,更需要知识智慧。”终于,他带领玉米研究中心科研团队在2000年育成审定了京科2号、京早13号两个品种,并在京郊等地大面积示范推广。
此后,赵久然通过育种实践与遗传育种理论相结合,创新提出并践行“五位一体”“高大严”“同群优系聚合”等育种方法,使团队培育新品种的速度大大提升,近年来保持每年国审品种数量30个以上,累计育成审定玉米新品种200多个,居全国同行业首位。其中京科968成为我国当前春播玉米种植面积最大主导品种之一;京农科728率先通过国家玉米机收籽粒品种审定;MC121等免疫型高抗锈病系列品种被遴选为主导品种;京科糯2000成为我国累计种植面积最大的鲜食玉米品种;农科糯336被老百姓赞誉为“最好吃玉米”等等。
与此同时,赵久然还带领团队经过多年攻关,构建了已有10万多品种样品的全球数量最大的“玉米标准DNA指纹库”,并在品种审定、品种权保护、品种真伪司法鉴定、维护农民利益等多方面为我国提供了强有力的科技支撑。
新起点:攀登玉米科研新高峰
在北京市农林科学院,玉米研究中心是一块“金字招牌”。作为玉米研究中心的负责人,赵久然的微信名称叫“玉米团长”,在他看来,带领团队开展玉米育种,当个“团长”比较适合。说到管理经验,赵久然的答案只有四个字——人尽其材。他鼓励大家能够放开手脚尽情发挥自己的聪明才智,并不断发掘自己的潜能,要善于培养和展现自己的闪光点。除此之外,他还积极倡导年轻人要勇于接受挑战,在实际工作中锻炼成长。
这也是赵久然当时把一班人马凝聚起来,硬是把一个在当时鲜为人知,且在“玉米圈”里成立较晚的玉米研究中心建设成为后来者居上的“秘码”所在。时光匆匆,一转眼,赵久然和玉米打交道已近40年,他在布满荆棘的育种道路上收获了果实。更重要的是,他这一路培养了众多骨干,与同仁们一起构筑了玉米研究中心的坚实基础。
“登上一座高峰之后,你只会发现还有更多的山峰要去攀越”。人生就是一段路,犹如种业创新之路,在不同阶段会遇到不同的困难。赵久然敬佩身边那些干一行爱一行、一干一辈子的“老科研人”,“自己的博士导师戴景瑞院士,都90岁了还在满怀激情和期望地下田搞育种,是我们学习的楷模和榜样”。
玉米新品种数量在不断增加,但赵久然始终没有忘记农业研究以生产需求为导向的初衷。“只有经得起生产实践检验和多种逆境的考验、农民认可的才是好品种。”赵久然表示,将以“老科研人”为榜样,不忘初心,坚守信念,不断超越,培育出更多更好的玉米良种,为社会多作贡献。在他看来,这样的人生才最有意义。
许勇:西瓜遗传密码的“解码人”
与西瓜打了三十多年交道,他是科技界名副其实的“西瓜大王”;他带领科研团队率先绘制完成了世界上第一张西瓜全基因组序列图谱,成功破译了西瓜遗传“密码”,奠定了我国西瓜基础科研在世界上的领先地位;在他的带领下,我国西瓜产业从基础研究、品种选育到良种产业化实现了跨越式发展……他就是西甜瓜产业技术体系首席科学家、北京市农林科学院蔬菜研究中心研究员许勇。
1982年,面临高考填报志愿的许勇,从《中国青年报》上看到一篇名为《21世纪是生物世纪》的文章,他怦然心动,隐约觉得,掌握这门技术,就可以让生活发生翻天覆地的改变。最终,许勇填报了北京农业大学“遗传育种”专业,但由于国内高校相关学科初创,该专业并未实际招生,他被调剂到“蔬菜专业”。母亲忧心忡忡:“学种菜,这算什么本事?”许勇也有些懊恼,但当他步入大学后才发现,自己并没有偏离最初的理想。“蔬菜专业”其实是在探索农作物的遗传发展规律,他一口气读到博士,毕业5年后,被北京市农林科学院蔬菜研究中心聘为西瓜课题组的学术带头人。
说起西瓜,人们都很熟悉它甘甜的味道,可是很少有人知道,原产于非洲的西瓜原本是坚硬苦涩的,也很少有人知道,在西瓜变得越来越甜时,却更容易“生病”。长期以来,栽培西瓜遗传多样性狭窄一直是制约西瓜品种改良的主要因素。“当时只有常规育种手段,从杂交、提纯、改良,到获得一个好的品种,往往需要六到八年的时间,而且常常还要靠运气。因为这个育种相当于十万分之一到百万分之一的概率事件,也就是说,你要选育一个品种,要有十万棵单株,你才有可能拿到一个好的材料。”许勇回忆道。
如何把育种效率提高一千倍以上?许勇想到了借助新一代测序技术来破解西瓜的基因密码。2008年,由许勇牵头组织发起的“国际西瓜基因组计划”正式启动。历时4年,科研工作者通过采用“全基因组鸟枪法”测序策略进行双末端测序,得到了总量约为46G的西瓜全基因序列数据,最终打开了西瓜生命活动的“黑匣子”,并且构建出1000多份西瓜资源的DNA指纹库。
“掌握了基因组序列图谱,就好比有了矿产分布图,今后只要按图索骥就可以‘采矿’了,大大提高了育种效率,减少了无效劳动。”许勇说道。
拿到基因组图谱,许勇和团队很快找到了枯萎病、白粉病、炭疽病等多个抗病性基因,以及果实含糖量、大小形状等品质的基因标记。定向、精准地转育这些性状基因,显著提高了育种效率。
对于北方地区的瓜农来说,京欣系列西瓜可以说是无人不知。20世纪80年代,由北京市农林科学院蔬菜中心选育的“京欣1号”,以其优良的综合性状风靡全国,成为我国西瓜早熟育种里程碑的品种。然而,90年代,“京欣1号”因耐储运性与抗病性差等原因,逐渐不能满足市场需要。西瓜产业要持续发展,急需进行品种的更新换代。彼时,许勇刚接手蔬菜中心西瓜育种课题组,下决心要提高西瓜的品种质量。
“好的育种家就像一名‘调酒师’,需要对西瓜的整体性状有所了解,再把优良的形状都融合在一个品种身上,调出最美的味道。”谈到多年来的西瓜育种工作,许勇这样比喻道。
正是经过无数次筛选,“京欣2-4号”系列抗病、高甜、高产西瓜育成了,一时间占领北方市场,京欣系列西瓜全国占有率达到30%,在华北华东西瓜主产区占有率超过60%。该项成果获得2013年北京市科学技术一等奖、2014年国家科学技术进步二等奖,有力推动了北方保护地西瓜品种的更新换代。
“京欣系列的成功,一个核心就是紧紧抓住科技创新,在技术和材料上领先于人;另一个就是瞄准市场需求,迅速把我们在技术和材料上的优势与产业需求相结合,快速转化成产品,把产品变成推广面积,进而转化成品牌效益,形成良性的循环。”许勇总结道。
其实,许勇及其团队紧跟市场,快速推出品种创新的案例还有许多。
2012年,为满足西瓜不断向优势产区聚集,对长距离运输的要求,许勇推出了华欣系列,一年推广面积达到50万亩,与京欣系列相比,在保持早熟性的基础上,丰产性、抗病性、耐储运大幅度提高。
进入新时代,优质特色小型西瓜品种需求旺盛,国外品种曾一度垄断国内市场。结合标记辅助育种技术,许勇培育出多彩瓤色“京彩”和“京美2K”等小果型西瓜新品种,兼具品质优、适应性广、耐贮运等优点,全面取代国外品种。2023年“京美2K”入选农业农村部西瓜唯一主导品种,是我国小型西瓜的第一大品种,成为推动我国西瓜向优质高效订单农业转型的主导品种,获2021年神农中华农业科技一等奖。
“对于育种家来说,最好的创新成果就是品种,而考量品种好坏的标准,不仅仅是上级部门的审定,更多要让市场和农民来说话。”面对长期以来农业科研单位存在的科研与生产“两张皮”的问题,许勇认为,科研单位除了搞好育种,还要推动科技成果转化,服务西瓜生产发展。
在2013年“科技盛典”颁奖典礼上,许勇道出了自己作为一代育种人心中的科学梦想——坚守国产西瓜品种的阵地绝不失守。
“其实当我们过分强调了某一项技术的领先时,也应想到这项技术在创造产品、支撑产业发展、企业营销等环节构成的一整套体系中,如何保持优势。”许勇对技术成果转化有着清醒的认知。
西瓜全基因组图谱绘制完成后,国外专业化的育种公司在技术应用方面非常“神速”。跨国种苗公司“先正达”的西瓜育种与产业化实力为世界翘楚,一直试图抢占我国保护地西瓜早熟品种的市场。幸运的是,几番较量下来,许勇所培育的品种牢牢保住了市场主导地位。
“科技成果的转化是科研创新不可分割的一部分。农业作为应用型学科,其科技创新的成效,必须要以产业链作为支撑,以能否转化到市场上创造效益作为重要标准。”许勇是这样说的,也是这样做的。
早在改革开放之初,北京市农林科学院蔬菜研究中心就率先创办了良种开发企业。2015年按照农业部的要求,实现事企脱钩,完成了股份制改造,建立现代企业制度,正式成立“京研种业”公司。之后事企脱钩和股份制改造真正让企业成为了创新主体,也极大激发了育种家的创新动力。既保证了育种家在品种创收方面的收入,也体现了股份收益,把育种家和企业的命运紧密联系在了一起,“京研“品牌逐渐在农民和种业公司间口口相传。
如今,在西瓜主产区,一望无际的瓜田里都是许勇培育的品种;布满种子商店的乡镇街市上,西瓜种子店家甚至挂出许勇的照片来招揽生意;来到瓜农家中,他们会特意跟许勇说:“你看这栋房子,就是种你的西瓜赚钱建起来的。”每每在这种时候,许勇心中就会甚感欣慰:“瓜农对育种家的认可,就是对育种家最大的褒奖。”
刘宇:“小蘑菇”成就大梦想
初冬的京城,树叶被凛冽的北风吹了一地,时而随风起舞,尽显冬日的浪漫。在北京市农林科学院(以下简称“农科院”)的食用菌温室里,不同品类的蘑菇竞向绽放,生机盎然,蘑菇的旁边还有各种花草树木,葱葱郁郁,俨然一座漂亮的花园。几位学生围着老师蹲在一堆蘑菇前,老师手里举着一个长满蘑菇的菌棒,耐心地给学生们介绍蘑菇上生成黄斑的原因以及防治的方法。这位讲课的老师就是北京农林科学院植物保护研究所食用菌研究室主任刘宇,曾荣获“全国优秀科技特派员”“全国小蘑菇新农村建设突出贡献者”“全国科技助力精准扶贫先进个人”等称号,并享受国务院政府特殊津贴。
说起农科院食用菌研究室的刘宇主任,认识他的同事和学生都觉得刘宇超级有趣且善谈,纵然有一口难懂的山西“醋音儿”,也深得大家的喜爱。也或许因为刘主任的口音,被称为“蘑菇专家”的刘宇才显得与众不同。
在农科院食用菌研究室,刘宇的身影常常出现在学生们的周围,在标本室、实验室、保藏室里,他可以随时随地滔滔不绝地讲起课来。只要刘宇在所里,学生们都紧随老师,生怕错过了关键的知识点。刘宇偶尔还会有出其不意的设想,引导学生进行创造性研发,攻克难关,直到取得成果。每每看到学生们满满的成效,刘宇的笑容很是灿烂。
针对“食用菌遗传基础及其调控机制”,刘宇带领食用菌团队努力以“表型组”为驱动,加速食用菌品种性状精准化,着力打好食用菌种业的“翻身仗”。在这条路上,刘宇从没有放弃过。每年刘宇都会带领团队前往云南、西藏等地采集野生菌种质资,收集可人工栽培的蘑菇良种。在深山老林中寻找野生蘑菇,对每位师生来讲都有极大的挑战性。诸如被蚊虫叮、被蛇鼠咬、被马蜂围攻都是常有的事,但是看着采集出来鲜活的标本,刘宇觉得一切都值了。近年来刘宇带领团队收集食用菌种质资源1155份,资源库规模扩大了近20%,这一份数据凝聚了团队的集体力量。
在标本室的展柜里,有一组奇特的蘑菇,刘宇视若珍宝,黄灿灿的蘑菇伞,一朵朵绽放盛开,像一颗颗宝石,赏心悦目。刘宇介绍说:“这蘑菇叫黄伞菇,是从张家口山里发现的,长在柳树上,好看极了。这几年一直在做人工驯化培植的实验,目前产量还不高,还需要继续采集不同产地的黄伞菇,利用杂交技术选育出优良品种进行大面积栽培。”为此,只要刘宇在北京,节假日就会独自前往圆明园、颐和园、植物园等地方,别人是游玩,而刘宇则会徘徊在水边一棵棵柳树周围,仰着头转来转去寻找黄伞菇,十天、二十天、一个月、半年过去了,都没有发现黄伞菇的影子。然而刘宇并没有灰心,回到实验室再次查阅资料,接下来他选择了雨后再次前往寻找。在今年7月,连着几天的暴雨后,在一个周六的清早,天仍旧灰蒙蒙的,还下着小雨,刘宇独自一人又出门了,这次他去的是国家植物园。他走着看着,远远望见一棵柳树枝杈上有一团黄。起初,他以为是黄色塑料袋。因为太远,刘宇并没有看清楚,没等想明白已经三步并两步径直走到了那棵柳树旁。由于被栏杆围挡住的柳树不能接近,刘宇戴的眼镜被雨水也打花了。他顾不上这些,紧忙拿出包里的相机,对准黄色物体用镜头拉近观看,“呀!黄—伞—菇!”激动不已的刘宇喊了出来,随后他找来工作人员,解释寻找黄伞菇的事由。当手捧黄伞菇的时候,刘宇的眼镜上早已布满雨水,身上也被雨水打湿了。回到实验室,刘宇把黄伞菇及时交给学生进行组织分离,培育出菌种并进行栽培。如今在农科院的温室,就有几十包黄伞菇的菌棒,有的已长出黄色的蘑菇,有的探出几朵菌片,可爱至极。刘宇看着温室里堆放着不同种类的菌棒,就如同欣赏自家的孩子,笑容挂满两颊。
2001年,农科院专家陈文良把刘宇从学校调到研究所,从事食用菌育种、栽培技术研究及推广服务工作,如今一晃已经二十多年了。刘宇为丰富食用菌品种、满足北京市民的消费需求,常年奋战在实验室。培育蘑菇产业新品种,促进工厂化和设施栽培,丰富首都市民菜篮子,成为了刘宇工作的重中之重。凌晨二三点钟的实验室里,只要是灯火通明时,一定是刘宇在工作,偶尔还会通宵做实验。刘宇解释道:“晚间没有别人的打扰,食用菌实验室无菌化的要求非常苛刻,哪怕开一下门就会破坏无菌环境。”对于他来讲,挑单孢分离的数量越多,蘑菇杂交配对的可能性就会越高,随之育出的好品种也会越多。
据他的学生严冬介绍,刘宇老师一年有一半多的时间都在外地帮助贫困地区的农民发展蘑菇产业,遍布北京房山、门头沟、密云等郊区,河北、内蒙、甘肃、贵州、新疆、西藏等省市。平日间,刘宇的电话特别多,大部分都是农民咨询种蘑菇的技术问题,电话里讲不明白的,刘宇会带着学生直奔现场,直到彻底为农民解决难题。“您这可不能总浇水,一天两次就可以。”“您这大棚可不行,位置不对啊!”“这茬菇出完之后,向菌棒里注入点水,就可以再出一茬菇。”“您这大棚有污染,出菇量肯定不多。”诸如这一系列的问题,刘宇都会认真耐心地为农民解答。随着蘑菇产量的提高,效益的增长,农民越来越信任刘宇,一个个也都成了当地蘑菇产业的技术骨干。
刘宇带领食用菌团队依托“北京科技小院”打造蘑菇产业“样板间”,房山区蒲洼乡东村就是在刘宇的大力支持下,开展林下主栽及珍稀特色食用菌品种栽培,并开发多个特色蘑菇菜品,帮扶农民打造特色蘑菇宴,助推当地民俗旅游业发展。关于东村“北京科技小院”的食用菌种植基地的故事,刘宇可以不停歇地讲几天几夜,这些故事里饱含着老中青科学家们的奉献精神和宝贵经验。
北京的夏天地表温度能到40度,蘑菇棚里温度更高,刘宇和团队成员进棚测量数据,汗流浃背地做着各种记录和分析,直到一套完整的数据呈现在团队面前,才一起走出高温大棚。为了能够实施农业科技的精准帮扶,打造一个农民致富样板,刘宇邀请农科院其他领域的8位专家,组建了农业科技帮扶团队,将蒲洼乡东村打造成了以蘑菇产业为主,三季有花赏、有景看、有果采的京西美丽乡村,彻底改变了蒲洼乡东村的面貌。“我们村从采煤村变成现在环境优美的民俗旅游村,离不开刘宇老师这些年的辛勤付出”。房山区蒲洼乡东村党支部书记孙广亮由衷地感谢,而此刻的刘宇也深有感受:“我们虽然辛苦,但是能够助推‘北京科技小院’的成功,帮助农民致富,我们也特别兴奋和骄傲。”
看到农民脸上幸福的笑容,刘宇总会感受到发自内心的喜悦。他说,未来还将持续推动科研成果转化落地,带动农民增收致富,为美丽乡村建设作出新贡献。
王元东:让农民用上“放心种子”
26年前,刚刚大学毕业的王元东加入玉米育种的科研团队。寒暑交替间南来北往,田间地头里不断创新,王元东脚踏实地,一步步追赶玉米育种世界先进水平,把更多高质量种子送到老百姓手中,让他们用起来放心、舒心。
如今,已经获得首都劳动奖章、全国粮食生产突出贡献农业科技人员等荣誉的他,更是肩负新的使命,担任北京市农林科学院玉米研究所副所长,带领团队不断续写着中国玉米种质改良的新篇章。
“从农村出来,学了农业,又回到农村。”说起自己与玉米的结缘,王元东感慨。从小跟着父亲种地的他,大学时考取了中国农业大学农学专业。大学期间,王元东逐渐认识到了玉米育种的重要性,大三的科研训练让他充分体会到国外优良种质对玉米生产的巨大影响。本科实习期间,跟随陈绍江教授,他初步了解了部分国内种质材料,做一名“育种人”的想法逐渐在他心里扎下了根。
1997年,王元东从中国农业大学毕业后进入北京市农林科学院工作,加入著名玉米专家赵久然教授刚刚组建的玉米研究中心(现更名为玉米研究所)。当时的他为了记住上千份自交系资料,采取了背英语单词的方式来记忆。如首先把黄早四衍生系集中在一起,相同性状比如花丝颜色、花药形态、株型、叶色等当作词根,具体到某一黄改系特殊性状时就比作词缀,这样十几个黄改系只记词缀就可以了,记忆效率高而且准确。
王元东回忆,他发现1145这类种质共性性状与其它种质有明显区别,比如株型半紧凑、花药颖壳紫色、叶色持绿性好、根系发达、籽粒硬粒橙黄色。然后结合分子技术,利用RAPD分子标记进行聚类分析,结果表明这类种质遗传距离相近且与其他杂种优势群距离较远,由于这类种质以来源于P78599杂交种为主,因此将此类种质定名为P群。有了这个突破,王元东更加全身心地投入玉米育种的漫长征途中。
“工作前10年,由于自己手中缺乏优良的种质,想培育出大品种很难。种质交流渠道的缺乏,更难接触到美国的种质。”2003年,玉米研究所尝试将“黄改系”种质的多抗广适特征与国外种质的高产优质特征结合起来,培育新品种。“那年美国先锋公司开始在中国参试品种,这些品种的特质表现十分突出。”王元东说,在参试试验中,在东北地区种植时中熟比例比农大108增产近20%,在黄淮海地区比郑单958增产10%以上,而且都是纯正的美国种质,这对国内尝试研究利用美国种质进行育种是一个大好的机会。
基于自己多年的学识和经验,王元东很快认定这是一类新的种质,经讨论决定以X1132x杂交种为主进行选系,采取高密度、大群体、变换地、强胁迫和严选择的方法,确保能鉴选到符合育种目标的优异单株。为了保留更多有利基因,他连续3年在北京、吉林、甘肃、河南等不同地区进行循环选系。
经过8年埋头苦干,玉米研究所选育出具有完全自主知识产权的X群系列优良自交系10多个,组配选育了“京科968”等优良玉米杂交种10多个。“京科968”以“高产、优质、多抗、广适、易制种”的特性,深受欢迎,自2011年通过审定至今已推广超亿亩。
近些年,玉米机械化种植生产是大势所趋。要想实现机械直接收获籽粒,就要有早熟、不倒、耐密和籽粒脱水速度快的玉米种子。王元东介绍,玉米要早熟,在收获前有足够时间脱水,脱粒就方便;玉米抗倒性要好,才经得起大风;种植密度要高一些,产量才更有保障。
基于这些需求,王元东带领团队利用微效基因富集技术改良创新地方种质黄改系,与先进X群种质杂交组配,培育出了适合籽粒直收的玉米新品种——京农科728,该品种实现了在高温热害严重发生条件下,夏播机收籽粒亩产800公斤以上的目标。“没有对X群种质资源的深入研究,没有一轮又一轮的育种经验积累,我们就培育不出京农科728和后续优良品种。”王元东说。
王元东认为,玉米育种工作要持之以恒,选育出的良种需要不断满足生产环境和需求的变化。因此王元东继续在X群种质上发力探索,组配出MC121、京科999、现代959、荃科789、京科265等品种,这些品种株型更加紧凑、更加耐密抗倒。其中MC121和京科999两个品种分别入选2023年国家农作物优良品种推广目录成长型品种和苗头型品种,在2023年9月份河南鹤壁开展的示范推广观摩活动中,这两个品种在每亩5300株密度条件下,果穗均匀、结实性好,综合抗性突出、群体产量有优势,得到了观摩人员的一致认可。
“如何拓宽X系种质遗传基础是下一个阶段的主要工作。”王元东介绍,预计到2025年推出第三代X系。“将自主选育的X系,融入国内其他优良X系,混合组建新X系群体,进行群体改良提升。”未来,王元东和团队将在玉米抗病虫、耐旱耐瘠、宜机收等性状上继续创新。
“培育出一个新种质,要一代代人传帮带研究下去,使之不断优化。”王元东说,要想立足科研育种一线,团队就要有拼劲儿,我国农业发展才会有未来。“如果年轻人想投身于农业研究领域,在热爱这个行业的基础上,还需要具备吃苦耐劳和智慧育种的能力。”谈到对有志于投身农业科学研究领域的青年人的建议时,王元东说道。
如今,我国的农民已经享受到农业机械化的便利,而作为科研人,王元东和同事仍要俯身在烈日下的玉米地里,一株一株去套袋、授粉,观察每一株玉米的长势,记录、分析,周而复始,几十年从未间断过。
但王元东觉得这点辛劳不值一提,“我们育种人都是这样过来的,只要农民过上好日子,我们不觉得苦,心里都是甜。”王元东说,目前玉米研究所的育种技术与世界先进水平的差距进一步缩小。未来,希望继续将玉米研究所的科研优势与种子企业的市场推广优势结合起来,把更优质的玉米种子送到更多老百姓手中。
温常龙:为了14亿人的“吃菜自由”而奋斗
他自主研发了多项高效实用的高通量分子育种体系,建成了适合我国国情的现代化高通量分子育种平台,有效促进了我国蔬菜高通量分子育种技术的发展,快速实现了从“追跑”到“竞跑”的跨越;他与团队十多年来潜心蔬菜种业科技攻关,针对我国蔬菜种业蔬菜种源不足、育种技术不强、种子质量不优等三大“卡脖子”难题,进行专项攻关并取得重要突破;他组建了北京市农林科学院蔬菜科技服务团队,落实“大食物观”,高效服务“菜篮子”稳定安全供给……他就是北京市农林科学院蔬菜研究所党总支书记、所长温常龙。
在温常龙的心里,不仅每个人是生而不同的,每一样蔬菜也都是与众不同的。温常龙的工作就让蔬菜变得越来越“完美”——不仅好看、好吃、有营养,还得好种、好管、产量高……
“让蔬菜变得越来越‘完美’,这就需要解析蔬菜植物的遗传密码,即把控制重要性状的具体基因或DNA片段解码出来,再通过杂交育种手段,结合高通量分子辅助育种,把这些优异基因进行聚合,从而培育出理想的优良品种。”温常龙说,高通量分子育种是现代商业育种的核心技术,曾是制约我国蔬菜种质创新的短板。当初,尽管我国已经有了多种作物的基因组序列,但是在育种上这些资源很少能够得到应用。“因为我们缺乏现代化的高通量分子育种平台,品种不能聚合多个优异基因,这也是‘洋种子’价格是同类国产种子十几倍的主要原因之一。”温常龙介绍说,针对这一短板,北京市农林科学院首次引进高通量分子育种设备,在分子育种结合常规育种的上、中、下游各个环节开展了大量系统工作。
经过不断试错、改进,如今温常龙及其团队已经自主研发了多项高效实用的高通量分子育种体系,建成了适合我国的现代化高通量分子育种平台。“利用传统技术,一个技术员加班加点一天也只能做一两千个分子育种位点的检测。建成育种平台后,现在在我们实验室,一个半小时就可以完成一万多份样本育种检测任务,一天可以获得超过10万份育种数据点。”温常龙介绍:“有许多成果打破了国外技术壁垒,这使得我国的分子育种成本下降了80—90%,节约人力和时间达到80—95%,育种效率提高了几百倍,实现了我国在该技术领域‘零’的突破。”几年来该平台为国内外机构服务,提取DNA 150万份,获取高通量数据点超过2000万个,服务国内育种团队超过200多个。
几年间,温常龙及其团队充分利用我国蔬菜基因组研究优势,融合自主研发的高通量分子育种技术体系,高效建立绿色优质蔬菜全基因组高通量前景选择育种技术超过200个,背景选择技术体系16个,弥补了我国蔬菜高通量分子育种技术体系空白,彻底改变了我国蔬菜分子育种技术落后的局面;合作研发了国际首张黄瓜高通量液相芯片技术,经中国农学会组织院士专家鉴定达到国际领先水平,随后研发的西瓜、甜瓜、番茄高通量液相芯片在北京种业大会蔬菜论坛进行了发布;育成优质瓜类蔬菜新品种21个,辅助育成各类蔬菜新品种100多个,成果转化超过3000万以上,助力农民增收超10亿元,获得省部级科技奖励5项。
“我们日常所吃的蔬菜95%以上起源于国外,真正起源于中国的只有大白菜、豆类和萝卜等少数品种,而新中国成立后才开始了我国自有的蔬菜育种事业。”温常龙说,我国蔬菜种植一直面临种源不足、起步较晚、育种水平不高、种子加工水平较低等“卡脖子”问题。不过,近10年来,中国和国外先进水平的差距正在缩小,个别品类的育种水平已经和国外齐平,甚至在西瓜、黄瓜等蔬菜作物育种领域已经超越了国外同行业。
以黄瓜为例,温常龙及其团队10多年来坚持进行黄瓜高通量分子育种技术创新,针对传统华南型品种外观性差抗性不强、华北型品种适应性差不耐低温、水果黄瓜核心种源依赖进口的产业问题,研发了自主知识产权的黄瓜高通量分子育种技术,创制优质多抗、适应性强的纯合黄瓜新种质 21 份,育成并推广聚合多个优异基因的“京研”系列新品种,全面引领了品种更新迭代,育成黄瓜新品种累计转化额位于全国前列,其中油亮华南型和水果黄瓜品种转化国内领先。
“论文是科研人员的成果代表,一个科研人员可以发表很多论文,但是如果不能用在田间地头,就是束之高阁的几页张而已。我们的工作必须要服务农业、服务于人民的需要,这才是最真切的实践。”温常龙组建了北京市农林科学院蔬菜科技服务团队,为京郊8个区提供新品种新技术和人才培养,团队推广的七彩西瓜、贝贝南瓜、迷你黄瓜、口感番茄、京研快菜等新优品种覆盖京郊菜田60%。近年来,团队探索与农业生产的产研结合,与大兴共建“中国大兴西甜瓜产业技术研究院”,与平谷区东高村镇签署“所镇”合作协议,2022年成功申报获得了“北京市科普基地”,全面提升蔬菜科普能力和服务北京市民水平。此外,温常龙还会带着自己的团队每年组织500多个新品种播种在全国1500万亩蔬菜主产区。他所提倡的“良种良法配套、农机农艺结合、品质品牌融合”服务模式受到京郊、京津冀和全国同行认可,他的团队技术支持的成果转化企业还入选了国家种业阵型企业,2022年成果转化突破2亿元,连续11年位于全国同行首位,向全国13省推广轻简化、绿色高效蔬菜种植技术21项。
“我在农村出生,从小就和土地、农民、农业打交道,当时只是希望能够减少务农时间,同时也想增加农业收入。后来上大学就想如何提高务农效率,现在更多的时候在想每一个具体的场景下如何提升农业效益,即为农民增收致富服务,又为满足14亿人口健康膳食服务。”作为新时代的蔬菜科技工作者,如何保障14亿人的“吃菜自由”,而且吃得健康、吃得营养、吃得幸福,如何保障2亿菜农持续增收致富,始终是温常龙的奋斗目标。
胡红霞:让鲟鱼从濒危物种繁育成百姓美食
在今年9月举办的第三十届中国北京种业大会“首届水产种业专业论坛”上,发布了北京市鲟鱼种质创制和品种选育联合攻关项目取得的四项阶段性成果,尤其是第一项成果——杂交鲟“京龙1号”,通过了全国水产原种和良种审定委员会新品种审定,标志着我国作为食用鱼的鲟鱼品种实现了“零”的突破。而取得这些成果的,正是由胡红霞率领的北京市农林科学院水产科学研究所生物技术与育种研究团队。26年来始终致力于鲟鱼繁育一线的胡红霞坚信:“人只要坚持做好一件事情,都会实现自我价值。”
鲟鱼素有“活化石”“软黄金”之称,被列入了“濒危野生动植物种国际贸易公约”。对于这一现状,胡红霞认为:“只有开发鲟鱼人工繁养殖技术,促进鲟鱼合法的商品化产业发展,才是对这一物种的最有效保护方式。所以26年来,我都在养鲟鱼。”
其实,从20世纪90年代中期我国才开始鲟鱼的商品化养殖,苗种主要依靠国外进口。胡红霞回忆道:“国内对鲟鱼繁殖的研究仅限于捕捞野生亲鱼进行‘杀鸡取卵’式的人工繁殖。要想实现规模化和产业化发展,这种方式显然行不通,只有做到人工培育亲鱼并进行繁殖,才能真正实现其规模化和产业化发展。”
1996年,北京市农林科学院水产所率先从国外引进西伯利亚鲟和俄罗斯鲟开展繁养殖技术研究与示范。第二年,硕士毕业的胡红霞与三位校友一起来到位于小汤山的水产养殖场,与鲟鱼“结缘”。“我们也因此变成了一个养鲟鱼的‘渔民’。那时,每天需要24小时三班倒。尤其是养鱼苗的时候,需要每隔一两个小时投喂一次。刚刚孵化出来的鱼苗,吃的开口饲料也要从国外进口。”就这样,胡红霞和同事们一边养殖,一边摸索经验,并总结制作成了关于鲟鱼养殖技术的小册子。“每当有老百姓想要饲养鲟鱼,我们不但负责把苗给他送过去,还会把技术教给人家。”
也是在那几年,养殖场发生的一件事情坚定了胡红霞要自己育苗的信念——曾经有一批从法国运过来的鱼苗,中间因为航班出现问题,造成到北京时的运输时间将近40个小时,这就会使养鱼的水质发生变化。因此,当这些花了几十万买的鱼苗放到水池里后,5分钟之内全部死亡。“从国外进苗,就是这么残酷,因为我们自己没有鱼苗,你只能买人家的,那么长途运输就有这个风险。而解决这类事件的最终办法,还是要实现自己繁殖苗种。”
此后,胡红霞潜心钻研。她充分利用和发挥专业知识与技能,针对鲟鱼在天然水域的繁殖特性,从模拟环境到研究鲟鱼的性腺发育、繁殖内分泌机理,再到采用生理诱导、药物包埋等创新生物技术,设计出一套《西伯利亚鲟鱼人工繁殖和商品鱼养殖配套技术研究》的实验方案,于2000年3月带领团队成员在国内首次突破西伯利亚鲟鱼的全人工繁殖。
胡红霞心里很清楚,把鲟鱼养活仅仅只是养殖的起步,要实现规模化人工繁殖路途尚远。“有两个问题必须要解决:一是怎么能让人工养殖的亲鱼性腺发育加快,能够早日成熟繁殖?二是鲟鱼一般在春季繁殖,一年一季,能不能反季节甚至全年都可以繁殖?”在她看来,只有破解这两个难题才算是初窥路径。
于是,胡红霞与其他3位同事一起,找到了我国鱼类生理学的奠基人、中山大学的博士生导师林浩然院士,希望他能作为顾问进行指导。“其实,我最敬佩的科学家也是林浩然院士。因为先生努力、敬业、做事认真,尤其是实事求是的品质,都值得我们这些学生尊敬和学习。那时,我们找到他请他作顾问,老先生却说他没养过鲟鱼,不能轻易去做这种指导,但是他说与俄罗斯著名鲟鱼研究女科学家巴拉尼科娃熟识,可以帮我们写信向她咨询。”胡红霞回忆道,“为了获得准确的信息,先生让我们写出各种鲟鱼的拉丁名。因为我的硕士专业就是鱼类学,有比较扎实的基本功,于是轻松写出我们养殖的四种鲟鱼拉丁名,也因此被老先生看中,希望我去考他的博士研究生。”
2001年,胡红霞顺利考博,同时申报并获得了当年“十五”863唯一的淡水鱼类项目资助,进入了边读博边开展鲟鱼规模化人工繁殖的课题研究中。那5年中,胡红霞一步步完成了鲟鱼在人工养殖条件下性腺发育状况的检测及人工如何诱导鲟鱼性腺发育,并通过剖腹产手术的方法突破了鲟鱼规模化人工繁殖,之后结合人工养殖鲟鱼繁殖生理学的研究,不断完善鲟鱼反季节人工繁殖技术,最终实现一年四季订单式鲟鱼苗种生产,彻底摆脱我国鲟鱼产业苗种依靠进口的“卡脖子”限制。“我觉得,这还是挺值得骄傲的一件事。现在,鲟鱼苗种的价格已从5元进口一尾,降低到不足5角钱一尾了。”
11月27日下午,胡红霞特意邀请了两位外单位专家来所,但却不是为了自己。“不久前,我们团队的一位成员申报的国家基金生物育种专业的青年专项项目,目前已经上会了。为了能让他的项目更加符合申报要求,特别邀请相关专家来帮他把把关。”胡红霞表示,每个单位都应该注重青年人的培养。
在胡红霞率领的鲟鱼育种研究团队,二十余年来一直致力于鲟鱼生物技术及育种研究工作。而在选取团队成员时,她也是有一定规划的:“我会根据产业发展的需求来布局研究方向,并补充招聘相应的研究人员,每个人擅长的科研项目都有不同。这样一来,团队成员之间研究方向存在一定差异,但还可以在一定范围内实现相互支持,也使得团队之间更和谐向上。”
为了让团队成员们都在各自的研究领域上有建树,胡红霞还会帮助他们寻找适合自己成长的方式。“比如帮助他们申报北京市优秀人才资助项目,参加国内、国际高水平学术交流;鼓励团队成员申报北京市农林科学院优秀青年科学基金评选等各类人才项目,随着团队成员的成绩积累,还可以申报国家级的人才项目,更有利于他们的成长;帮助他们申报院级、市级以及国家级的各类项目,尤其是基金类研究项目,来提高科研水平。作为一个学科带头人,有义务和责任让整个团队都成长起来。”
如今,胡红霞率领的鲟鱼育种研究团队取得了众多成就。他们培育的杂交鲟“京龙1号”,是北京市独立选育获得的第一个通过全国水产原种和良种审定委员会审定的鱼类选育新品种,也是我国第一个作为肉用鲟鱼选育的新品种。他们还建立了鲟鱼杂交育种、雌核发育、性逆转诱导、高效基因编辑、全基因组选育等现代育种技术与常规育种技术结合的鲟鱼综合育种平台;在国内外率先搭建鲟鱼全基因组选择育种平台,开展了鲟鱼高怀卵量及生长性状的基因组选择研究,并通过算法改进提高了多倍体鲟鱼基因组选择育种的准确性;建立的分子标记辅助鲟鱼种质鉴定,能够准确鉴定我国主要5种养殖鲟鱼的纯种和杂交品种,通过技术服务等形式在北京市的保种场及我国鲟鱼繁育企业和鱼子酱加工企业等广泛应用,为我国鲟鱼苗种及鱼子酱等产品的进出口保驾护航。
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