科学家丨李振声:执着小麦育种,耕耘天地之间

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科学家丨李振声:执着小麦育种,耕耘天地之间

2023-12-05 03:19| 来源: 网络整理| 查看: 265

编者按

党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央高度重视科技事业,对广大科学家群体寄予深切厚望。2020年9月11日,习近平总书记在科学家座谈会上特别强调要大力弘扬科学家精神,为弘扬科学家精神,树立优良学风作风提供了根本遵循。党的十九届五中全会提出,坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑,明确提出要弘扬科学精神,营造崇尚创新的社会氛围。

为贯彻落实《关于进一步弘扬科学家精神加强作风和学风建设的意见》《关于推动学术期刊繁荣发展的意见》,充分发挥学术期刊在弘扬科学家精神、改进作风学风等方面的重要作用,本刊在微信公众号特别策划“科学家”专栏,持续讲述生物学领域科学家故事,诠释科学家精神。

本期科学家——李振声(1931.2—)。

李振声(1931年2月—),遗传学家,农业发展战略专家,小麦遗传育种学家,中国小麦远缘杂交育种奠基人,中国科学院院士。主要从事小麦遗传与远缘杂交育种研究,同时开展了农业发展战略研究,系统研究了小麦与偃麦草远缘杂交并育成了“小偃”系列品种,育成了“小偃4号”“小偃5号”“小偃6号”等高产、抗病、优质小麦品种,创建了蓝粒单体小麦和染色体工程育种新系统,开创了小麦磷、氮营养高效利用的育种新方向。曾获国家技术发明奖一等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖等奖项,2007年获国家最高科学技术奖。

自古有言,“民以食为天”,在解决中国人“吃”的问题上,无数科学家前赴后继、矢志不渝,而李振声院士便是其中一位突出代表。他几十年如一日坚持科研,把解决农民问题放在第一位,在小麦远缘杂交和染色体工程研究方面作出了重大贡献,为中国农业持续发展奠定了坚实的基础。在 2006年的国家科技奖励大会上,他凭借小麦育种成就获得当年唯一一个国家最高科学技术奖,与袁隆平院士一道成为站在国家最高科学技术领奖台上仅有的农业专家,二人被称为“南袁北李”。 

1942年,在李振声年少时,山东省曾遭遇大旱,当地很多人沦为乞丐外出讨饭,无数人无以为食,只能啃树皮、吃树叶。饥饿导致他的父亲得了严重的胃病,不久之后便撒手人寰,留下了李振声兄弟四人与母亲相依为命。父亲在家中留下了“聚钱财莫如为善,振家声还是读书”的对联,尽管生活清贫困苦,但李振声仍然非常热爱学习。然而,父亲的去世使得家里的日子十分艰难,他只能借钱上学。后来为了减轻母亲的负担,他只好辍学,只身来到省城济南找工作。一个偶然的机会,李振声看见山东农学院门口贴有一张招生广告,其中提到免费食宿。这让他难以置信,但还是决定试试。没想到这一试,竟“试”成了全村第一个大学生!大学求学期间他就下定决心,毕业后一定要多种粮食,让每个农民都有饭吃!这也成了他为之奋斗一生的事业。

小麦与牧草远缘杂交

1951年,李振声大学毕业后被分配到了中国科学院的北京遗传选种实验馆(现中国科学院遗传与发育生物学研究所)工作。1956年,李振声为了响应国家支援大西北的号召,背起行囊去了陕西省一个名不见经传的地方——杨凌,进入当时刚成立不久的中国科学院西北农业生物研究所(后并入西北农林科技大学)工作,从此开始了小麦育种的潜心研究。而就在这一年,中国农业史上最严重的“小麦条锈病”大流行,导致西北地区很多地方的小麦减产了20% ~ 30%,甚至有的地方更加严重。李振声后来曾说:“这种病非常可怕,谁要是穿条黑裤子在麦地里走一趟,就会全变成黄裤子。我看见不少农民都在地头抱头痛哭。”当时全国的粮食只有2000多亿斤,一下就减产120亿斤。有专家把“小麦条锈病”称为“小麦癌症”!这也引起了党中央的高度重视,周恩来总理亲自做出批示:要像对付人类癌症一样来抓小麦条锈病!尽管国家组织了协作网,但是因为条锈病是通过空气传播的,而且面积太大,很多方法难以奏效,李振声意识到最终还是得靠种植抗病品种来解决问题。现实的需要与农民的困苦深深触动了李振声,因而他下定决心培育出抗病小麦。

李振声曾了解过小麦种植的历史,他知道小麦的种植起源于公元前9000年的中东地区,其原始种被称为“一粒小麦”。在一次偶然的情况下,“一粒小麦”与一种野草天然杂交产生了可育的“二粒小麦”;再后来,“二粒小麦”又恰巧遇见了第二株野草,发生了第二次远缘杂交,正是这两次远缘杂交使小麦获得了很多优良性状,形成了现在种植的普通小麦。这启发了他通过再次远缘杂交使小麦获得抗病性状的想法。但远缘杂交,使小麦和野草两个风马牛不相及的物种杂交的难度是非常大的。尽管如此,他仍然决心沿着这条道路走下去。 

恰好在中国科学院北京遗传选种实验馆工作时,李振声师从土壤学家冯兆林,进行过种植牧草改良土壤工作,曾经搜集、整理、研究了800多种牧草,因而对各种牧草的习性非常熟悉。经过多年对牧草的研究,他了解到有一种叫偃麦草的牧草具有很好的抗病性。他决定用偃麦草做父本植物与小麦杂交,相当于让小麦“再婚”,使得后代拥有偃麦草的抗病性。他的这一想法得到了植物学家闻洪汉教授和植物病理学家李振歧教授的支持。从此,李振声便开始了漫长的小麦远缘杂交实验。

但是知易行难,他首先面临着3个难题:第一,杂交不亲和,因为两个物种关系太远,很难实现杂交;第二,杂种不育,即两个物种就像马和驴杂交的后代骡子没有生育能力一样;第三,后代“疯狂分离”,即便可以杂交成功,这种抗病的优良性状在其后代中也很难保持。 

尽管如此,李振声却是个认准了理就要干到底的人,确定了攻坚方向,他一路披荆斩棘,一干就是20年!首先,李振声采取了各种不同的杂交方法克服了小麦与牧草难以杂交的难题。第一年,他选了12种牧草与小麦杂交,只成功了3 种。再将3者进行对比,他发现长穗偃麦草的后代性状最好。于是便把研究的重点集中在了长穗偃麦草上。通过把长穗偃麦草与他们选育出的数十种不同品种的小麦杂交,得到了9种不同的第一代杂种种子,但是由于长穗偃麦草特性遗传力太强,掩盖了小麦品种间特性的差异,而且所得到的植株很多都不育。他开始对每一单株的花朵逐一排查,终于发现了少数雌花、雄花较正常的杂种。通过采取正反回交的方法,与正常小麦杂交,终于得到了正常可育的后代。

但是,培育了远缘杂交的新品种还只是第一步,接下来还要对新品种进行改良,选育出生产上需要的小麦品种。就在1964年6月14日,在经历了连续40天阴雨后,天气突然暴晴。课题组种在试验田里的1000多份杂种几乎全部青干,即叶子虽然还绿着就变干了,但是却有一个保持着正常的“落黄”颜色。李振声认为这可能就是他们要找的抗病和抗逆的新物种,集持久抗病性、高产、稳产、优质等性状于一身,这就是后来战绩卓著的小麦新品种“小偃6号”的祖父——“小偃55-6”。他带领课题组对这个品种进行了深入研究。经过两次杂交和筛选,直到1979年,才终于将偃麦草的抗病和抗逆基因成功转移到了小麦身上,育成了具有相对持久性、高产、稳产、优质的小麦新品种——“小偃6 号”。在这期间,李振声与他的研究团队还攻克了后代“疯狂分离”的问题,通过染色体的观察和鉴定,选出了“八倍体”“异附加系”“异代换系”“异位系”4 种不同类型的新种质。此后,“小偃 6 号”成为中国小麦育种的重要骨干亲本,其衍生品种近50个,全国累计推广3 亿多亩,增产小麦逾150亿斤!由于这种小偃麦的抗病性强、产量高、品质好,于是黄淮流域流传着这样一句民谣:“要吃面,种小偃。” 

“小偃6号”的成功证明李振声当初设想的作物远缘杂交是完全可行的,并且这种远缘杂交对于作物优良性状的发展是非常重要的。但是这项成果并未让李振声停止探索的脚步,他意识到远缘杂交存在着难度大、耗时长的缺陷。他深感20年的育种过程实在太漫长了,为了快速将外源优良基因导入小麦,便引入美国著名遗传学家西尔斯的“中国春小麦单体系统”,将远缘植物的染色体转移到小麦中,以此建立小麦染色体工程,缩短育种周期。经多年努力,李振声终于建立了快速选育小麦异代换系新方法——缺体回交法。利用这种方法,只用了3年半时间,便育成了小麦 -黑麦异代换系——“代96”,全国累计推广面积达1000万亩以上,为小麦染色体工程育种的实用化开辟了一条新路。这项成果为他赢得了广泛的国际声誉。 

20世纪80年代,我国施肥量曾与粮食产量同步增长,但是后来尽管施肥量上涨,粮食产量却增长缓慢,既浪费了资源,又污染了环境。李振声带领研究人员在中国科学院遗传与发育生物学研究所刚刚建成的,没有食堂,没有卫生间,连条像样的马路都没有的育种基地,自带饭盒,在田里一待一天,最终耐心选育出能高效吸收利用土壤中磷的小麦品种,研制出一批“磷高效”和“氮高效”的小麦品种。

人民生计重担在肩

李振声在科研的同时,也一直在关注着更加广泛的农业问题。

1987年6月,李振声被调入中国科学院任副院长,接替叶笃正以协助周光召院长管理生物和农业方面的工作,在任时他推动了另一项影响至深的活动——“农业‘黄淮海战役’”。 

从1984年起,我国粮食生产连续3年徘徊在8000亿斤左右,但是人口增长接近5000万,这一紧张局面引起了中央领导高度重视。1987年,时任国家科委主任的宋健主持召开会议,讨论如何打破粮食生产的徘徊局面。李振声代表中国科学院参加了此次会议,接受了这项任务。随后在周光召的支持下,李振声在对黄淮海地区进行充分调研以及与相关地区领导人充分地讨论、论证后,他认为中国科学院在中低产田治理方面是很有经验的,且封丘地区的成功增产经验也给了他信心。于是从1988年开始,中国科学院组织了25个研究所400多名科技人员深入黄淮海地区,与地方科技人员合作开展了大面积中低产田治理工作。 

1988年,时任国务院总理李鹏进行黄淮海农业视察,盛赞“这里取得的成果,对整个黄淮海平原开发,乃至对全国农业的发展都提供了有益经验”。经过 6年治理,我国粮食产量从8000亿斤增长到了9000亿斤,而仅黄淮海地区就增产了 504.8 亿斤。

“黄淮海战役”不仅为促进我国粮食增产作出了巨大贡献,在项目进程中,很多科学家在田间地头建房为家,艰苦工作。这种无私奉献、协作攻关、持之以恒的精神成了后来广为传颂的“黄淮海精神”。 

1999-2003 年,我国粮食产量出现了连续5年下滑的情况。2004年,他在人文论坛上发表了题为《粮食恢复性生产,时不我待》的讲演。他认为是“政策因素起了主导作用,因此提出争取三年实现粮食恢复性增长的建议”。后来,中央采取了有利的支农措施,连续三年实现了恢复性增长。 

1994年,美国人莱斯特·R·布朗发表了《谁来养活中国》一文,认为中国独自养活自己的前景堪忧。李振声汇集了有关数据,加以分析后发现布朗的3个推论都不正确,不符合中国实际!2005年,李振声院士在博鳌论坛上向全世界发出声音:“中国可以养活自己。”为了保障粮食安全,让“中国可以养活自己”,就必须确保粮食增产,李振声把目光聚焦到了环渤海的中低产田。 

“我国的每一寸土地都很珍贵,”李振声说,“想要粮食增产,还是要提高中低产田的产出。”2011年7月,李振声在《中国科学院院刊》上发表了名为《建设“渤海粮仓”的科学依据——需求、潜力和途径》的文章。这也是“渤海粮仓”这一名称被首次提出来,他认为“渤海粮仓”有大幅增产的潜力。2013年,科技部与中国科学院联合组织了“渤海粮仓”项目。李振声带领的课题组承担了“耐盐小麦育种与示范”,培育出的“小偃60”有良好的耐盐碱能力,后来参加了区试和进一步扩大示范。

知足常乐,甘于奉献

一直以来,李振声保持着艰苦朴素的生活作风。李振声的父亲留下的“知足者常乐,能人者自安”是李振声一生的写照。在2007年获得国家最高科学技术奖时他获得了奖金500万元,按照规定,其中450万元为科研经费,剩下的50万元则归个人支配。但他把50万元全部捐给了中国科学院遗传与发育生物学所,用于青年科技者的助学基金。他这一生严于律己,宽以待人,尽管身居高位,但是总是待人随和。他的论文集首页是他用工整小楷写下的白居易的诗——《续座右铭》:千里始足下,高山起尘微。吾道亦如此,行之贵日新。 

李振声终身都投入在自己喜爱的科研事业之中,培育了一个又一个优良小麦品种,并且为国家粮食安全建言献策。尽管荣誉不断,但是李振声从没忘记初心。他不止一次地说过:“我是农民的儿子,和农民打了几十年的交道,深知粮食来之不易!”他的小麦育种方向总是根据农民的实际需求和客观规律来确定,他始终把农民的需求放在心上,半个世纪深入一线、不怕吃苦、甘于奉献,李振声曾说,“真正给我打分的是农民。” 

尽管后来年事已高,但李振声还是不断地寻找机会,去各地的小麦试验田走走,回到他奋斗过的西北看看。他是如此热爱那片土地和他倾注了一生心血的育种事业,因而被大家亲切地称为“麦田里的守望者”。

本文节选自“科学家精神”系列丛书

撰稿:吴晓斌



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