逐光而行 弘扬科学家精神︱陈学森：怎么能让中国苹果“红”起来
大众日报2024-09-04 19:17
编者按：为大力弘扬科学家精神，省科协联合大众日报·大众新媒体大平台共同开设“逐光而行—弘扬科学家精神”专栏，深入报道奋战在科研一线的广大科技工作者的创新故事，展现科技工作者勇当科技强省建设排头兵的精神面貌。让我们一同踏上这场逐光之旅，感受科技工作者的心跳与梦想，激励更多后来者在这条光荣的道路上坚定前行，为写好中国式现代化山东篇章贡献力量。
在山东农业大学生机勃勃的校园里，迎面走过来的陈学森，步履很大，但他的肩膀一个高、一个低。怎么回事呢？
他的助手说，这是陈教授长期挑扁担留下的“后遗症”。为了培育出更红的中国苹果，他一担又一担地挑水、挑肥，一上午就能挑60担。
陈学森的确像一个“老农民”。“不，他就是一个两脚沾满泥巴的农民。”他的助手说，“天天围着果树转、待在果园里，修剪、嫁接、施肥、浇水……”
红苹果，人人爱。让中国苹果别样红，是陈学森一辈子的事业。作为国家苹果工程技术研究中心主任、山东农业大学果树学国家重点学科学术带头人，他证明了世界栽培苹果源于新疆，并以新疆野苹果杂交选育出了具有“中国芯”的红苹果。
四个红苹果和配套技术，卖出1600万元
从外表上看，这个苹果红彤彤的，在阳光下发着光泽，一刀切下去，里面的果肉呈现出鲜艳的红色。这就是陈学森团队培养研发的红肉苹果新品种组合——“幸福美满”。
今年3月，“幸福美满”新品种的苗木繁育经营权及配套技术，以1600万元的价格，转让给了河北一家果业公司。“幸福美满”是四个高类黄酮红肉苹果新品种组合，分别为“幸红”“福红”“美红”“满红”。
央视主持人倪萍曾经举着“幸福美满”，笑容灿烂地分享给电视机前面的亿万观众。
四个红苹果和配套技术，卖出1600万元，卖点在哪里呢？
红苹果很少见。“这是难得的好品种。”中国工程院院士、果树学专家束怀瑞如此评价，“红肉苹果在国际上也很少见，而‘幸福美满’品种实现了一系列新突破，还富含花青苷和维生素C，有很大的推广潜力，填补了我国红肉苹果品种空白。”
红苹果有营养。“富含类黄酮是它一大特点。类黄酮具有抗氧化、预防心脑血管疾病等功能。”陈学森介绍，经过试验检测发现，其果实类黄酮含量是普通苹果的七倍，可与蓝莓比肩。
红苹果好种。投入1600万元购买了四个苹果新品种及配套技术，河北尚泽果业总经理李志强觉得“物超所值”，“经过长时间试验研究，无论是抗寒、早熟还是适应性，‘幸福美满’红肉苹果新品种都非常适合冷凉地区发展。”
红苹果还好喝。如果说，“幸红”“福红”“美红”看点在于好吃，那么，“满红”品种特点在于“好喝”。高类黄酮苹果酒既有苹果的芳香和营养，又有白酒的口感。陈学森提到，针对“满红”苹果果肉类黄酮含量高的特点，我们发明了高类黄酮苹果酒加工新设备、新工艺和新产品，延长了新品种产业链，提升了竞争力。
果红而求诸野
“苹果红了”的背后，有什么科技密码？
这4个红肉苹果新品种的选育，历经十多年，相关技术成果获2020年度国家技术发明二等奖。
陈学森与红苹果结缘，要从对新疆野苹果的研究说起。
古人云，礼失而求诸野。果红也是求诸野。
2003年，陈学森在新疆伊犁野果林实施国家自然基金项目“中国杏种质资源基因进化及遗传多样性的研究”过程中发现，新疆野苹果正遭到严重破坏，濒临灭绝。
种质资源评价挖掘与创新利用，在现代农业科技中占有突出重要的地位。“我国新疆是苹果和杏等多种落叶果树的起源地，野生资源十分丰富，不仅是抗性及品质育种的珍贵基因库，而且是维护生态安全的重要屏障。”陈学森说。
2005年8月，陈学森在伊犁野果林实地考察中发现，新疆野苹果纯林不仅遗传多样性丰富，而且具有栽培苹果的典型特征。尤其是新疆野苹果中的红肉苹果，红色果肉很新奇，香味也独特。
为采摘到正宗的野苹果，陈学森和学生何天明在新疆的大山里来回寻找。“有一天，上山时天还是晴的，中午就下起来了暴雨，如果我们从山里晚出来十分钟，可能就被泥石流冲走了。”何天明说。
经过反复筛选，陈学森和团队最终锁定400株野苹果样本，并成功采集到红肉苹果的核心种质。检测结果表明，红肉苹果的类黄酮和有机酸含量明显高于栽培品种。除此以外，新疆野苹果还含有其他90余种栽培苹果没有的香气成分。
找到种质，只是万里长征第一步，选育出新品种，必须解决一个突出矛盾：红与酸的矛盾，果肉越红，口感越酸。
为解决口感问题，陈学森把新疆红肉苹果花粉带回山东，与口感脆甜的红富士等苹果品种杂交，在冠县种植基地，定植了40个杂交组合、5万多株苹果苗。
随后，他们在组培室播种培育新疆红肉苹果杂交第一代（F1）实生苗。在F1代群体中，陈学森筛选到R6R6纯合基因型的红肉脆肉株系，经过试验检测发现，其果实类黄酮含量是普通苹果的7倍。
“这是我们中国人独有的功能性苹果种质，实现了红肉、脆肉、高类黄酮等多个品质性状（基因）的快速聚合。我们把它命名为CSR6R6。”陈学森说。
如今，CSR6R6被保藏进中国科学院微生物研究所。陈学森团队又用CSR6R6与“嘎啦”“富士”等苹果品种为亲本，育成“幸”“福”“美”“满”等红肉苹果新品种（权）。
世界的苹果都流淌着中国的血液
在采集、研究新疆野苹果的过程中，陈学森还有另外一个重大发现。
2013年至2017年，陈学森团队和美国康奈尔大学教授合作，利用高通量测序及生物信息学技术，对亚洲、欧洲和美洲等世界范围的苹果属24个种、117份种质资源进行了全基因组重测序，共检测到720万个高质量的最小基因单位（SNPs），并证明世界栽培苹果起源于我国新疆。
“研究发现，我国新疆境内的‘塞威士’苹果保持较高的同源性、最原始，而同属中亚地区的哈萨克斯坦境内的‘塞威士’苹果基因杂合度则相对较高。这充分说明，世界栽培苹果起源于我国新疆。”陈学森说。
这一成果以《基因组重测序揭示苹果起源演化历史及果实大小的二步驯化模型》为题，于2017年发表于国际著名学术期刊《自然·通讯》上。
这对推动苹果种质资源保护与利用及遗传育种提供了重要的理论与技术支撑，标志着我国在该领域的研究居国际领先水平，也意味着世界的苹果都流淌着中国的血液。
在上世纪八九十年代，美国康奈尔大学的教授就曾4次到达哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦等中亚地区，在这些地区发现了新疆野苹果，将其称为“塞威氏”苹果，并将这些苹果的种子带回美国。
虽然美国在这些中亚地区带走了“塞威氏”苹果的种子，但却没有成功地从中国获得新疆野苹果的种子。直到2010年，英国对“金帅”苹果进行基因测序，结果显示新疆野苹果与“塞威氏苹果”是同种苹果。
陈学森介绍，在漫长的历史进程中，新疆境内的野苹果逐渐流传到哈萨克斯坦等中亚地区，再进入欧洲，新疆野苹果与欧洲的苹果结合，形成西洋苹果，也被称为栽培苹果。发现美洲新大陆后，西洋苹果又进入美洲，逐渐演化成为当下我们常吃的苹果。
让红苹果育种更快、更早
为缩短育种周期，陈学森率领团队解析果树芽变的分子生物学机制，摸索出“苹果红色芽变的早期分子鉴定技术”。传统的办法要10年的时间，陈学森团队这个办法只要7年。
着色程度是决定水果卖相的一个关键指标。近年来，行业人员通过芽变选种对苹果果皮着色等性状进行改良，选育出一大批苹果红色芽变新品种。
“果树芽变是果树体细胞突变的一种，是指突变发生在芽的顶端分生组织细胞中，当芽萌发长成枝条，在性状上表现出与原性状不同。这种突变是自然发生的遗传物质变异，以枝变表现出来。”陈学森告诉记者。
但是，对于果树芽变的分子生物学机制，研究人员并不清楚。陈学森希望能在这一领域有所突破。
陈学森的学生姜生辉曾以课题组选育的国光苹果红色芽变品种“山农红”为试材开展研究，经过一年多试验得到的结果并不理想。后来，陈学森安排他采集苹果品种“长富2”及其红色芽变后代“烟富3”及“烟富3”红色芽变后代“烟富8”有关材料，分析不同苹果芽变品种着色差异原因。
从着色机理上看，决定苹果着色状况的果皮物质主要有叶绿素、类胡萝卜素、花青苷，其中花青苷尤为重要。前人研究认为，需要光诱导的转录因子（MdMYB1）能够调控苹果果实花青苷合成，从而影响果实着色。
“我们对取回来的不同苹果芽变材料进行研究，分析数据背后的‘秘密’，最终有了重大发现，那就是转录因子MdMYB1启动子甲基化水平与果皮花青苷含量呈现显著的负相关关系。”陈学森说。
由此，他们发明了基于MdMYB1基因启动子甲基化水平检测的苹果红色芽变早期分子鉴定技术，实现红色变异的早期、快速、准确鉴定。
以前，果农或基层技术干部一般采用“一把尺子、一杆秤、用牙咬、用眼瞪”的常规方法，并经过高接鉴定等程序把苹果红色变异的枝条或单株确定为红色芽变。
现在，用陈学森团队的苹果红色芽变早期分子鉴定技术，按照花青苷含量为原品种2倍以上、DNA分子甲基化水平为原品种二分之一以下的标准，行业人员就能早早鉴定出来红色芽变，比普通芽变选种年限缩短2年至3年的时间。
通过与烟台龙口、蓬莱等地合作，陈学森团队用苹果红色芽变早期分子鉴定技术先后选育出“龙富”“元富红”等苹果新品种，使果实着色、风味等性状得到了有效改良。
“一上午能挑60担”
在选育高类黄酮苹果新品种时，陈学森考虑到苹果实生苗达到一定高度和节位就开花结果，便用发酵好的大粪水浇灌小苗，以缩短苗子的成长期。
基地里没有工人，他就自己把一担担大粪挑进去，有时一上午能挑60担。直到现在，陈学森的两个肩膀还是一高一低，病根就是在那时落下的。
照看基地的舅舅郭志忠看到陈学森红肿的肩膀，忍不住心疼地说：“我没见过像你这样的傻教授，你就是一个老农民！”
凭着这股“傻”劲，陈学森团队负责的基地里80％的实生苗在2年内开花结果了。陈学森说：“辽宁果树研究所苹果育种专家伊凯研究员介绍，同样的杂交组合苗子实现开花结果，在辽宁至少需要到6年时间。”
就这样，陈学森带领团队每年种一万株，五年种植了五万株小树苗。
“杂种实生树一棵一个样，这个是酸的，那个是甜的。”为了把又酸又甜的品种选出来，陈学森每一棵都要吃，最后吃得嘴都发麻了，“克服了重重困难之后，我们终于育成了‘幸福美满’，填补了中国红肉苹果的空白。”
陈学森不仅自称“老农民”，他也一直心系农民。
二十世纪90年代，刚留校不久的陈学森就在罗新书老师牵线下，到山东冠县辛集乡尹村指导当地苹果种植。“村里有100多亩苹果园。做指导之前，我自己先爬到树上练熟修剪技术，再给乡亲们示范。往村里跑了3年，跑烂7双运动鞋。”陈学森笑着说。
果园生草新技术的应用在美国、法国等已有几十年历史，成为增加果园有机质含量、培肥地力、实现持续高效发展的重要途径，但在中国推广起来却并不容易。
在筛选挖掘适合果园种植的草种时，他和团队成员偶然发现一种名为长柔毛野豌豆的草，适应能力和抗逆性强，春季长势旺盛，抑制其他杂草生长，还能涵养土壤水源、固氮培肥。在6月份结豆荚后，植株很容易腐烂，不需要刈割，很省力，后来申报了发明专利。为了让更多果农受益，他每次到到陕西、甘肃、河南等地讲课时，都背着两麻袋野豌豆种子，课后送给果农，并指导果农种植。
把种植技术讲成“大地的艺术”
作物栽培的连作障碍问题俗称“重茬”，是农业种植中存在的普遍问题。目前国内的结果园，许多都是二十世纪80年代建立的，重茬障碍已影响果树产业的可持续发展。为解决该问题，陈学森带领团队发明了苹果重茬绿色障碍防控技术。
在临沂蒙阴县，有不少重茬的老果园结出的果子个头小、色泽不好，售价低，果农们不知道如何解决，极为头疼。
“农民的难题就是科研的课题。”陈学森得知后，与当地一个50亩老果园的果农田成有联系，并自掏腰包4万元买了团队自主选育的“龙富”优质短枝型苹果新品种树苗，送给这位果农，并借助团队研发的高效栽培新模式和重茬障碍防控技术帮助果农改造老果园。
“新果园”里，“龙富”苹果苗嫁接在当地原产的抗性实生砧木八棱海棠上，第二年就开花结果，第三年一亩地收入3万多元。看到这样的效果，陈学森的苹果新品种及其配套栽培管理新技术很快在当地果农中推广开来。
龙口市诸由观镇冷王村的一条龙果品专业合作社也是其中的受益者。
2014年，龙口大雨，合作社200多亩果园里的苹果树不少被淹死了，总经理王恩琪向陈学森“求救”：“这个老果园种20多年的苹果树了，新种的小苹果苗会因重茬障碍长不好，怎么办？”
陈学森和团队成员毛志泉教授当即胸有成竹地回答说：“用我们的重茬障碍绿色防控技术就能根治，也就是冬前开沟、捡除残根、穴施菌肥、葱树混作。”
他们在研究中早已明确，镰孢菌属是引起我国苹果重茬障碍的主要病原菌，而大葱分泌物就是该菌的“克星”。此外，陈学森还指导王恩琪多发展“龙富”苹果新品种，并采用配套的省力高效栽培模式、幼树早果丰产技术、果园生草技术等。
“以前我们果园里的苹果树是长枝型的，都四五米高，这次我们种了陈老师新选育的短枝型‘龙富’苹果品种，才两米高，非常适合机械化管理，苹果树苗当年成花、第二年结果、第四年丰产。现在，我们这边500多亩果园里都用上了陈老师团队的成果。”望着亩产近6000斤的新苹果园，王恩琪笑得合不拢嘴。
每年，陈学森都到山东、河南、甘肃等地义务培训果农上千人。在给果农讲课时，他用农民视角、农民语言、农民习俗为农民讲课，把“高大上”的先进技术讲成“接地气”的“大众艺术”，让农民听得懂、记得住、用得上。
把“水果盘子”牢牢端在中国人手中
“这梨真大、真甜！”咬了一口后，记者由衷发出赞叹。
山农酥梨是陈学森团队利用红肉苹果育种技术思路育成的最新品种。这个新品种，质地细密、甜度高、口感好、果核小、果个大，是集晚熟、抗氧化、耐储存等优良性状的“全能梨”，填补了我国优质晚熟梨产品的国内空白。
“苹果和梨分别是我国落叶果树中第一和第二大水果，‘饭碗’要端在中国人自己手里，‘水果盘子’同样要牢牢端在中国人自己手里。”陈学森说。
受“口感有渣、梨核过大、不耐储运”等共性因素影响，国内很多梨品种都卖不了高价，影响了果农收入，也阻碍了中国梨产业的高效发展。
作为果树育种工作者，陈学森希望能选育出满足高端市场需求的“当家骨干”梨品种，推动梨产业提档升级和高效发展。
2003年，陈学森和团队成员采集了砀山酥梨花粉，与新疆的新梨7号杂交，获得470株宝贵的实生苗。他把这些树苗种植到泰安横岭果树育种基地中，以选育晚熟耐储口感好的新品种。
经过十余年的精心选育，好吃、没渣、很甜的“山农酥”梨新品种，在陈学森团队的育种基地中脱颖而出，于2015年底通过审定并正式命名。该品种适宜加工高端果汁、果膏等，填补了我国晚熟梨产品的国内空白。
山农酥梨的选育成功，不仅让产梨大省山东继莱阳梨、阳信梨后又增添新品类，成为“好品山东”的新生力军，而且也让农民鼓起了“钱袋子”。
“‘山农酥’栽种两年见果，三年见效，四年丰产，第四年预计亩产五千斤，平均每亩收益5万余元。”陈学森自豪地说。目前，在山东菏泽市牡丹区、鲁西新区、单县、东明、郓城及鄄城等地，已建立起山农酥梨示范基地5000余亩。
今年8月，陈学森来到了聊城市冠县冠优农业的山农酥梨园区，对园区负责人进行专业技术指导，帮助其更好地提高酥梨的品质、产量和效益，并参加了“山东农业大学科技成果推广示范基地”授牌仪式。
30多年来，他把选育的30余个果树新品种及配套技术无偿送给果农使用，在山东、陕西等贫困地区累计推广种植800余万亩，新增社会经济效益100余亿元。作为“全国脱贫攻坚先进个人”，他说，“能够为农民脱贫做些实实在在的事，让我感觉很自豪、很欣慰。帮果农增产、助力乡村振兴是我一生的事业。”
（大众新闻记者 王新蕾 逄春阶）
举报/反馈
0
0
收藏
分享
