作者:冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2021/12/2 15:55:12
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田志喜:十年培育一粒豆

 

 田志喜在实验室工作。遗传发育所供图

刚刚过去的秋天,对田志喜来说是一个收获的季节。他和团队培育的两个大豆新品系,在山东东营黄河三角洲含盐量高达0.5%的重度盐碱地里亩产达到520多斤,甚至远超过2020年我国普通耕地大豆的平均亩产(264.8斤)。

一粒种子改变一个世界。从立志研究大豆至今,中国科学院遗传与发育生物学研究所(以下简称遗传发育所)研究员田志喜在创制革命性的大豆品种这条路上已经探索了十年。其间,有成绩和收获,也有汗水和挫折。面向下一个十年,他还有更多的壮志待酬。

“为中华大豆之崛起而奋斗”

在遗传发育所,提起田志喜,很多人都知道一句话:为中华大豆之崛起而奋斗。这是2011年他从普渡大学归国后在心里种下的一颗种子。

大豆是世界上重要的粮、油、饲经济作物。作为大豆驯化起源地,我国大豆栽培已有5000多年的历史。

但众所周知,当前我国大豆消费大量依赖进口。2020年进口量超过1亿吨,进口依存度高达85%以上,远超50%的国际警戒线。

大豆供需矛盾已成为我国农业最大的“卡脖子”问题。过高对外依存度对我国大豆产业形成极大的冲击,导致我国在大豆国际定价中失去话语权。更严峻的是,中科院院士李家洋在接受《中国科学报》采访时说:“大豆危机影响我国粮食安全。”

危机就是使命。田志喜希望通过科研支撑我国大豆产业发展,他的目标很明确:创制革命性的大豆品种。

创新路,无坦途。由于我国大豆育种前期研究基础总体薄弱,要想培育出革命性的品种,有许多短板待补。

为实现目标,田志喜的计划是分两步走:先搞基础研究,识别高产和优质基因;利用基因资源,实现大豆“定制化”分子育种。

破译大豆育种“密码”,首当其冲的是收集材料,建立基因资源的“蓄水池”。由于大豆在驯化和改良过程中遗传多态性明显降低,一些优异等位基因被丢掉了。每次出差到一个地方,田志喜总会留意那里的野生大豆资源,发现有意思的就收集起来。2018年,他第一次去山东东营盐碱地,看到重度盐碱地竟然有野生大豆,非常兴奋,就记录好位置,等到秋天又回到当地去收集了种子。

种质资源的系统收集、评价是个“时间活”,周期长、工作量大,需要持续的工作累积。田志喜十分感谢这些年来很多老师和同事帮助收集或馈赠资源,并协同合作进行大豆种质资源的评价。

“全国的大豆资源很多,种质资源评价的工作量非常大,大豆在不同生态区表现非常不一致,要对一个种质资源有比较全面的评价,需要在不同地点不同年份重复鉴定。”他对《中国科学报》说,多亏与10多个大豆研究团队的协同合作,才得以在3年的时间里,对包括来自黑龙江、山西、北京、天津、河南、安徽等地的800多份种质开展了系统的评价。

他们围绕大豆功能基因组,利用基因组学、分子遗传学、系统进化生物学等多组学联合的分析方法,对影响大豆产量、品质等重要农艺性状的网络调控系统进行解析,极大地增进了对大豆产量和品质形成内在机制的认识。

为扩大基因资源的“蓄水池”,2020年,田志喜与合作者对来自世界大豆主产国的2898个大豆种质材料进行了深度重测序和群体结构分析,绘出迄今为止大豆最全基因组图谱,他们鉴定到的大片段结构变异,为推进大豆分子设计育种,助力实现大豆“绿色革命”提供了极为重要的资源。

双向布局谋未来

今年10月,田志喜和团队在东营盐碱地的丰收,就是得益于十年来的基础研究。这同样也是他对我国大豆形势与未来发展趋势进行全局思辨的结果。

实现大豆自给梦,中国究竟需要怎样的革命性大豆品种呢?田志喜很久以前就对这个问题进行了深入思考并认为,我国大豆面临的主要瓶颈是单产低、耕地不足。因此提高国内大豆自给率有两种途径:提高单位面积的产量;充分利用边际土地扩大种植面积。

2018年,田志喜朝着这个目标迈出关键的一步。他作为首席科学家,联合东北地理与农业生态研究所、植物研究所、华南植物园、分子植物科学卓越创新中心等10余个团队,申请了中国科学院重点部署项目“大豆高产稳产分子基础与品种培育”,把目光聚焦向两个攻关方向——培育高产和耐盐碱大豆。

东营作为耐盐碱品种的试验场,黄河漫滩和海水倒灌让那里的土壤含盐量达到0.5%~0.8%(远高于普通土壤的0.3%)。田志喜还记得四年前到那里时站在地头放眼望去,地表犹如铺上了厚厚的白色晶盐,几乎没有植物。

在这样的试验场选种,品种淘汰率非常高。

第一年试种就给他们来了个“下马威”——种下的苗几乎都没长出来,这让他们不能不沮丧。

“困难当头,咋办?失败了就再来呗!”连续4年,田志喜带领团队跟这块试验场“杠上了”。

试验、淘汰、筛选……其间,他们按照当地老百姓完全自然雨养的种植模式对8000多份大豆材料进行了筛选,最终得到显著耐盐碱大豆种质材料56份,特别优异材料18份,其中两个大豆品种表现尤佳。在此过程中,他们还发现采用合理施肥加覆膜的培养方式能够显著提高大豆耐盐碱能力。

今年10月,两个优质品种TZX-1736、TZX-805测产记录远超当前我国大豆平均亩产。田里的大豆一茬比一茬好,试种的农民心里乐开了花。

这坚定了田志喜对种子未来推广的信心:“我相信经过这么高强度筛选,在这种多年恶劣条件的还表现好的材料,一定能在生产上有价值。”

除了在东营,他还在新疆、黑龙江等地布点开展高产大豆研究,这两年测产中产量都呈现出增加态势。

田志喜心里早就算过一笔账:除了18亿亩耕地红线外,我国有11.7亿亩的盐碱、滩涂、高寒、高旱等边际土地。如果增加1亿亩边际土地来种植新的耐盐碱高产大豆;再通过种质创新让现有耕地的大豆单产翻一番,那么我国就有望实现40%~50%的大豆自给率。

不止如此,他还积极向科技部等部门献言献策,探索解决我国大豆危机的合理方案;并主动组织相关研究单元,组织和实施了“一带一路”中巴大豆国际合作项目等多项重要科研任务。

“志喜有很强的大豆的情节,他最大的特点就是能把分子生物学等基础研究和育种目标结合在一起,不是为基础研究而研究,而是要为中国大豆的增产做出贡献。”遗传发育所老所长陈受宜对《中国科学报》说,“他用报国的想法来指导日常的研究实践,这种动力是恒定的、持久的。这种爱国主义精神也就是科学家精神。”

大豆振兴争朝夕

多年的勤奋耕耘和创新研究让田志喜收到了各种不期而至的荣誉,他先后获得“中国科学青年之星金奖”、“第十四届中国青年科技奖”,受到国家“优青”、“杰青”等项目资助,被评为“中青年科技创新领军人才”,今年又获得了“谈家桢生命科学创新奖”和“科学探索奖”。

“田志喜在大豆种质资源演化遗传基础、重要农艺性状调控网络解析和分子设计育种方面做出了一系列重要的创新性成果,极大地推动了我国大豆产学研的高效发展,已经成为该研究领域最具国际学术影响的科学家之一。”导师李家洋如是评价这位曾经的博士生取得的成绩,“我相信,通过他的坚持和努力,一定会做出更具有创新性的成果,更好地服务于国家。”

对此,田志喜十分感谢课题组老师和同学的大力付出。“我们大部分人的工作强度都在每天12个小时以上,每星期基本都是工作6天半。他们的坚持和努力,也是我不断努力的动力。”他说。

正如其实验室一面墙上展示的《实验室规则》每句首字母的英文所代表的那样,实验室就是他们的“SWEET HOME”(甜蜜的家)。“我们要把实验室建成所有成员的家,每个成员都发挥自己最大的主观能动性,都为这个家的发展努力。只有每个人都发展了,实验室才可以真正的强大。”田志喜说。

田志喜觉得自己十分幸运地生活在好时代,赶上了我国对科学研究的空前重视,同时中国科学院和遗传发育所都是做科学研究最好的平台之一。“无论是硬件条件,还是创新环境,都使得我可以大胆去开拓。”他说。

田志喜的心中仍有壮志待酬。他的目标是像导师李家洋实现的水稻分子设计育种那样,实现大豆的精准育种,用一粒种子实现强国梦。

在过去几十年中,得益于半矮杆和杂种优势等“绿色革命”技术的突破,我国水稻、小麦、玉米等作物单产大幅提高。但大豆的“绿色革命”技术仍然未至。

“大豆‘绿色革命’最大的贡献应该是通过提高大豆单产,为解决我国大豆对外依存度高做贡献。当前的挑战主要来自三个方面:思维创新;‘绿色革命’材料的创制;基础研究的突破。”田志喜说,他希望与全国大豆科研工作者一起努力,继续开拓创新思维,夯实基础研究,推动大豆走向精准育种,在10至15年实现全国范围内单产的翻番,使我国大豆自给率从目前的15%左右提高到30%左右。

“一万年太久,只争朝夕。”在田志喜看来,大豆危机已经使得每位大豆人退无可退。“我们要责无旁贷地来完成大豆振兴的历史使命,我相信‘长风破浪会有时,直挂云帆济沧海’,‘喜看稻菽千重浪,遍地英雄下夕烟’就在眼前。”

 
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