破譯棉花的基因密碼

郭三堆在田裡做試驗。資料照片

郭三堆舊照。資料照片

人物小傳

郭三堆,1950年出生,山西澤州人,研究員、博士生導師,中國農科院生物技術研究所分子育種中心原主任。他設計合成瞭具有我國自主知識產權的蘇雲金芽孢桿菌單價、雙價、融合抗蟲基因,並在國際上首次建立瞭適合產業化應用的轉基因三系雜交抗蟲棉分子育種技術體系,引領我國棉花育種領域不斷突破;他被評為全國先進工作者,享受國務院特殊津貼。

前段時間,我國北方產棉區迎來瞭豐收季,一朵朵潔白的棉鈴結滿枝頭。“海南基地的棉花長勢不錯,過段時間就要準備授粉、選種瞭。”安排完下個階段的工作,郭三堆才安下心來。2017年,他帶領團隊研制的抗除草劑轉基因棉花品種獲國傢發明專利,前不久正式獲批進入生產試驗階段。

古稀之年,郭三堆依然忙得閑不下來。大部分時間,他不是在棉田裡忙碌,就是坐在試驗臺前。從事棉花分子育種三十餘載,突破多項關鍵技術、設計合成具有我國自主知識產權抗蟲基因的他,至今仍在孜孜不倦地破譯棉花的基因密碼。

“搞農業科研,就是要用實績說話”

2020年春節,郭三堆一如既往,在海南南繁育種基地裡度過。一年四季,寒暑交替,他就像候鳥一樣南來北往——

去年9月,赴新疆察看雜交棉長勢;10月初,馬不停蹄趕往海南播種;今年春節,南繁的棉花進入盛花期,別人忙著過年,他忙著取樣、鑒定;4、5月,又在河北指導播下新一季種子……

“搞農業的人哪有休息日?作物要生長,總不能叫它停下來等我們呀。”郭三堆笑著說,從幾十年前和農業結緣開始,這樣的生活節奏就沒變過。

與農業基因研究結緣,郭三堆有一段曲折的經歷。1975年,從北大生物系畢業後,他進入中科院微生物研究所工作。那時候,基因工程還處於發展初期,多用於醫學領域。和許多同學一樣,郭三堆打算一邊工作,一邊繼續考研。但一次意外,他與研究生考試失之交臂。

“當時挺失落的,想著可能沒有繼續讀書的機會瞭。”讓郭三堆沒想到的是,1983年,著名分子生物學傢范雲六,創建瞭中國農科院生物技術研究中心(中國農科院生物技術研究所前身),30歲出頭的郭三堆被調入農科院,做起瞭農業相關的分子生物學研究。生物學搭上農業,讓自小在農村長大的郭三堆越學越有瞭興趣。

“搞農業科研,就是要用實績說話。”三年後,他被推薦留學深造。在留學的兩年裡,郭三堆埋頭做研究,天天待在實驗室,非常珍惜這來之不易的學習機會,以至於連當地的著名景點都沒去過。

功夫不負有心人,留學期間,郭三堆就在“殺蟲基因的結構與功能研究”中取得重要進展。就在此時,國傢啟動瞭“863計劃”,急需組建專業人才隊伍。1988年初,他結束留學生涯踏上回國之路。回國後他全身心投入到抗蟲棉研究之中。

“要想重振棉花產業,得靠自有的知識產權”

很多人說,抗蟲棉拯救瞭中國棉業。“當時團隊壓力很大,不僅來自課題本身,更來自現實的緊迫。”郭三堆坦言。

上世紀90年代初,我國曾暴發蟲災,全國棉花總產量受到很大影響。“原本一年噴3次藥就能防住棉鈴蟲,到後來噴20多次都無濟於事。搖一搖棉花植株,嘩啦啦掉下來的全是棉鈴蟲。”郭三堆對當時的棉花產業前景感到擔憂。

“要想重振棉花產業,得靠自有的知識產權。”郭三堆馬上投入研究工作。當時選取的抗蟲基因,來自生物殺蟲劑蘇雲金芽孢桿菌。郭三堆團隊的任務就是將其改造後導入棉花,使植株具有抗蟲性。然而,細菌是原核生物,棉花是真核生物,“這相當於在旱地裡劃船,難度很大”,郭三堆說。

先在煙草上做試驗。“煙草生長周期短、基因組小,轉化相對容易。長成植株後,模擬田野環境,觀察蟲子的反應,可以初步判斷抗蟲基因的載體構建是否有效。”郭三堆說。

和煙草相比,抗蟲基因的表達載體導入棉花要復雜得多:有的品種無法培育出再生植株;有的品種能再生植株,但遺傳不穩定,表達不出抗蟲性……這意味著同一環節的試驗要重復很多次。通常,抗蟲遺傳穩定的小苗剛長出一兩片葉子,郭三堆和同事就馬上取樣鑒定,爭取在疏苗前淘汰掉不合適的植株,節省時間和空間……

為瞭早日研究成功,郭三堆和同事們鉚足瞭勁日夜鉆研……無數次失敗後,團隊終於篩選出合適的抗蟲種質資源。1994年,單價抗蟲棉研制成功,第二年獲得國傢專利。

初步成功後,郭三堆並沒有停下研究的腳步。他提出,單基因不夠,要在一個載體上掛兩個基因。“這相當於給棉花上瞭‘雙保險’,提升抗蟲效果。”郭三堆解釋道。5年後,雙價抗蟲棉通過安全評價並獲準生產。

“最大的理想,就是培育出高產、優質、廣適的棉花品種”

在郭三堆的辦公室裡,除瞭堆積如山的書籍和研究資料,書架邊還擺瞭一袋袋棉花。“看這棉鈴,個頭大,絮又長。”他拿出一朵棉鈴,扯出一縷棉絮輕輕摩挲,又仔細捻瞭捻。

郭三堆手裡的棉鈴,來自轉抗蟲基因三系雜交棉,這是郭三堆團隊前些年的研究成果,在國際上處於領先地位。它不僅保持瞭抗蟲棉的特點,而且能提高產量和品質,降低成本,增產幅度達25%以上。

現在的郭三堆,一年有大半時間紮在棉田裡:“壟內雜草很難除盡”“機采效果不太理想”……去各地調研時,他總會把棉農的反饋記下來以備研究。

跟過去相比,如今的科研條件大大改善。設備一應俱全,工人的操作也都輕車熟路,很多人勸郭三堆不用總到田地裡去瞭。“不能光聽別人說,實際情況如何還得靠自己觀察。”郭三堆覺得,鈴大鈴小,吐絮暢不暢,都要到田裡看一看、摸一摸,心裡才有數。

“他呀,棉花上的事情清楚得很。自己的衣服和鞋子,卻從來不知道穿多大碼。”郭三堆的愛人徐瓊芳說,夫妻倆是同行,一個研究棉花抗蟲高產,一個研究小麥抗蚜蟲,“沒想到啊,我倆這輩子都和田裡的蟲子較上勁瞭。”

在郭三堆心裡,“最大的理想,就是培育出高產、優質、廣適的棉花品種”。為此,郭三堆又開始忙碌:通過分子標記育種,將絨長、拉力、細度等指標好的海島棉與產量高的陸地棉結合起來,培育出更加理想的品種。

目前,海陸三系雜交棉花已經開始在新疆試驗,同時科企合作也在步步推進。未來,理想的棉花植株是什麼樣的?“果枝再短一些,內圍鈴集中。莖稈很硬,能避免倒伏。吐絮要暢,方便機收,但又不能太暢,否則風一吹就掉瞭。葉子表面光滑,防止與棉絮粘黏……”為實現這般圖景,郭三堆說,自己要做的事情還很多……

記者手記

無悔選擇 貴在堅守

從郭老口中得知,棉花的花朵很特別,始為白色,後漸漸泛紅;花期也格外長,在新疆,甚至可達40天之久。事實上,他對待自己珍視的棉花育種事業,亦是如此:時間愈久,感情彌深;激情一直在,實幹一輩子。

和大多數人一樣,郭三堆在求學、工作、深造之路上,屢次面臨選擇。選擇並不難做,難的是選擇之後持之以恒的堅守。因為郭老的堅守與努力,加上滿腔的熱情和才華,才綻放出瞭絢麗的花朵。

從單價、雙價抗蟲棉,到轉抗蟲基因三系雜交棉,再到抗除草劑、高產優質品種……當下,郭三堆的棉花育種坐標系還在不斷延展,沒有終點。棉農生產和產業發展的需求,就是他幾十年如一日奮戰在研發、生產一線的動力。(記者 鬱靜嫻)

《 人民日報 》( 2020年12月29日 第 06 版)

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