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小麦育种革命的领军者———记中国农科院研究员刘秉华
发布时间: 2007年9月14日 |
俗话说，“麦倒一把草”。往年，河北省唐山市丰润区石庄镇的农民在临近夏收时，最怕的就是大风———“病虫害还有治，可风太大了干脆就绝收啦！”当地农民王扶林最近对记者说，“我近年种的小麦‘轮选987’抗倒性特别好：别的品种肥大了，亩产900斤就爱倒伏；‘987’不，你给它多大肥，它就给你多大产量，长到1200斤也绝对不会倒；你不多使肥、水，它也比其他品种亩产多打一两百斤；还不招蚜虫、不得白粉病！”
这个在我国北起新疆、南至黄河以北麦区都受到农民热捧的“轮选987”，是中国农业科学院作物科学研究所研究员刘秉华的作品。利用遗传科学技术改写世界水稻育种历史的中国人袁隆平，已经名扬天下；而也是利用遗传科学技术，在小麦育种历史上作出划时代贡献，被“绿色革命之父”、诺贝尔奖获得者布劳格博士誉为“小麦育种的革命”的这个中国人，还没有被世人所熟知。
痴迷遗传志向高远1944年的冬天，刘秉华出生在河南鄢陵的一个小村庄。6岁就成了孤儿，和爷爷在困苦的生活中相依为命。聪明的刘秉华对读书有天生的爱好，学习成绩在村里总是最好的。上世纪60年代，鄢陵能考上大学的农民孩子凤毛麟角，可刘秉华考上了河南农业大学。刚刚经历了3年自然灾害的刘秉华，亲眼见到乡亲们忍饥挨饿。他选农大，就是想要让农民多打粮食，要让乡亲们有吃的！
上学期间，遗传课老师讲，米丘林把西红柿和茄子嫁接，产生了新物种；普通玉米和糯玉米杂交，能在一个穗子上出现“糯”与“不糯”的玉米子粒，还有的在一个果穗上长出黄、白、紫色的玉米子粒，这深深吸引了刘秉华。生物在遗传基因的作用下世世代代的表现和变化，使他从此痴迷遗传科学。以优异的成绩毕业后，他又在两年的下乡锻炼中，利用晚上挑灯夜读各个版本的遗传学书籍和资料。1979年，刘秉华为圆自己的遗传育种梦，考取了中国农科院作物所作物遗传育种专业的研究生，拜师于国内外知名育种科学家、法国农业科学院外籍院士邓景扬研究员。
挑战传统育成“矮败小麦”
雄性不育品种是进行作物群体改良和大规模生产杂交种的工具，是遗传育种工作者重要的研究对象，可是，在自然界寻找雄性完全不育的小麦比大海捞针还要难。
1972年5月的一天，山西省太谷县郭家堡村农民技术员高忠丽在麦田中发现一株特殊小麦，它的雌蕊柱头发达，雄花完全退化、败育；小麦开花时，颖壳张开角度大，柱头外露，便于接受外来花粉，异交结实率很高。这就是后来被称之为“国宝”的“太谷核不育小麦”。邓景扬等通过遗传分析，明确了太谷核不育小麦的不育性受一个显性单基因所控制，这是个我国特有的天然突变体，是科研人员在世界上首次发现的小麦显性雄性不育天然突变体。
太谷核不育小麦的发现与鉴定引起了中央高层的重视，邓小平亲自作了批示，国家科委主任方毅主持成立了全国的协作组，进行联合攻关，希望早日把它广泛用于育种上。刘秉华后来完成的太谷核不育基因定位就是这个协作组在基础研究方面取得的突出成果之一。刘秉华的这项工作是把控制性状的基因定位于染色体的某一位点上，他开辟了太谷核不育小麦研究与利用的新领域。可是太谷核不育小麦基因的定位并不是块好啃的“甜饽饽”———由于它的基因性质特殊，不能用常规方法定位。上世纪80年代，国内外尚无进行此类基因定位的先例，邓景扬出国访问时多方求教，都没有获得圆满答复。刘秉华自告奋勇，要把自己的研究生论文定位在这个题目上。
刘秉华调动了自己全部的知识贮备，还翻译了国内外最新发表的有关论文，反复比较了各种定位的方法。专心研究这个题目的他连走路、吃饭、休息都在琢磨。一天，躺在宿舍的上铺，他突然来了灵感———用显微镜观察染色体，根据外部表现和染色体的行为进行综合分析，定位的路子就能打通。刘秉华为此兴奋得彻夜未眠，导师对此却将信将疑：前人没有用过的方法能行吗？理论上可行，可短短的两年时间，你能完成吗？
经过温室和异地加代的回交种植以及对数千株太谷核不育小麦的细胞学检测和遗传分析，刘秉华出人意料地用简捷的方法，圆满地完成了太谷核不育小麦的基因定位。他的这项研究成果，立即在国内通过最高学术权威的鉴定；还被国际基因组织认可并登记，被刊登于国际权威的植物育种刊物，还被作为大学教材给学生讲授。然而，刘秉华痴迷的研究难关还没有最后攻破———太谷核不育小麦抽穗后，只能靠人工一棵棵地区别其性别，这给育种应用带来巨大的麻烦。为使太谷核不育小麦走出“象牙塔”，真正成为作物群体改良和大规模生产杂交种的便利工具，刘秉华要给它做“不育基因标记”。
用太谷核不育小麦和矮秆作物资源杂交，培育带有矮秆不育基因的小麦，是当时国内几个单位都感兴趣的课题。按照一般规律，在杂交的几百株里就应该有一株新的类型，但是大家的研究实验结果都不理想。在多次失败后，有人下结论说，矮秆不育属于“致死型”，不能生存，所以我们不可能得到。
刘秉华却不以为然。他推断，只要加大种植规模，小麦有关基因就能交换到一起，就可能得到不育的矮秆类型。在没取得足够的科研经费之前，刘秉华决定自己先干起来。
搞一轮小麦杂交、测交要花3年时间，刘秉华的研究大概要经过9年的培育期才会有结果。刘秉华自己翻地、耕地、播麦种，还要亲自浇水、施肥。在小麦生长季节，每天天一亮他就到地里，一棵一棵地观察、养育，一棵一棵地做标记、授粉；然后，他带着记录和标本回到实验室，在显微镜下进行细胞学分析比对；下午他又下地，直到天黑。
刘秉华培育的第一轮小麦群体有321株，第二轮扩大到3824株，都没能得到预想的矮秆不育小麦。经历一次次的失败后，刘秉华丝毫没有灰心。他反复审视了自己的设计方案，认为理论上完全可行。随着地里的“孩子们”越长越多，他感到既定目标也越来越近。
随着实验群体的扩大，机遇终于出现了。种三轮按常规要9年时间，可刘秉华的巧妙设计把时间大大缩短。只用了5年时间，在第3轮的5216株小麦中，终于出现了一棵他们期待已久的矮秆不育株。在它的发育期，刘秉华亲自授以丰产、抗倒抗病、节水耐旱的小麦品种的花粉；到了播种季节，他又亲自将这个矮秆不育株结的235粒种子精心地撒向大地。又经过8个月的漫长等待，在收获的季节，刘秉华终于看到了期望的结果———它们的后代群体中分离出了矮秆不育株和非矮秆可育株。这两种类型的株高区别非常明显：高秆可育株极其容易向矮秆不育株授粉；而矮秆不育株就像一个花粉接受器，不用人工，就可以自然地接受高秆小麦的花粉并进行基因重组。这个研究结果，经过刘秉华在下一年的重复实验，再次得到了证实。刘秉华欣喜若狂，从此，他得到了梦寐以求的具有矮秆基因标记的太谷核不育小麦———矮败小麦。
超级小麦雏形初显
刘秉华带领的课题组一反传统的“人工去雄授粉”方法，成功地创制了低成本高效率的“矮败小麦”育种技术新体系。这样的矮败小麦育种群体，就像新品种的“加工厂”和“孵化器”，从中可以持续不断地选育出各具特色的小麦新品种。用这个新体系育种，解决了许多传统育种方法难以解决的矛盾，比如高产与优质、矮秆与高产等等，矮败小麦已经显示出孕育大面积亩产600公斤的“超级小麦”远大前景。
2003年，在国家小麦新品种的展示中，北京试点有42个品种参加，在产量位居前10名的品种中，前3名都是用矮败小麦技术选育出来的；用矮败小麦技术选育出来的品种在前10名中占了一半。常规育种技术选育出来的品种一般能增产3~5%；而利用矮败小麦技术选育出来的第1个国审品种“轮选987”，高产、稳产、综合抗性好、适应范围广，比对照品种平均增产14.6%；在淮海农场农科所国家试验点的亩产，破纪录地达到715公斤！
2005年6月10日，中国农业科学院院长翟虎渠在北京顺义区的“矮败小麦轮选987”观摩现场宣布：“中国农业科学院创制的矮败小麦育种平台，可开展轮回选择育种，可以使数十个甚至上千个亲本的基因进行大规模的反复重组，并不断优化，进而使群体得到改良。应用这个育种平台，选育出优良品种的概率明显增加，可比常规小麦育种方法提高功效上百倍。”“十五”期间，全国利用矮败小麦育种平台共选育出10多个省级以上审定的优良小麦品种，有50多个品系正在参加国家、省（市）区域试验；累计推广2000万多亩，创经济效益15亿元以上。
矮败小麦的问世，是小麦遗传育种史上重要的里程碑，它标志着我国小麦育种技术获重大突破。矮败小麦不但适用于我国的不同生态区域，也同属于地球村。它一旦推广，带来的将是全世界小麦育种的革命性转变。由小麦遗传育种的5名院士参加的鉴定委员会认为，矮败小麦“这个独特的遗传资源属国际首创”，“该项成果创新性强，实用效果好，发展潜力大，整体处于国际领先水平。”
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