作者:李晨 方彦蘅 沈慧 来源:中国科学报 发布时间:2022/8/25 23:24:00
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深山种子园:“散养”杉木逆袭 成就绿色佳话

 杉木林         南京林大供图

杉木是我国特有的重要用材树种,有着数千年的人工栽培历史,对历代经济和社会发展具有重要影响。

然而杉木一直“散养”在我国南方崇山峻岭之中,世代林农沿袭着“劈萌插杉,刀耕火种”的粗放杉木造林方式。造林不见林、木材品质差、产量低的状况一直延续到20世纪50年代以后。

南京林业大学杉木遗传育种团队几代人60余年坚持不懈地开展杉木种业创新,在福建大山深处建成国际上第一个杉木种子园,让数千年“散养”杉木发展为现代种业,成就了一段科研报国的“绿色佳话”。

近日,该团队通过实施以速生优质抗逆为新目标的杉木第四代遗传改良计划,建成了国际上第一个杉木第四代种子园,让我国成为继美国、澳大利亚之后第三个进入林木第四代育种水平的国家。

建中国人自己的林木种子园

上世纪50年代,我国第一个国民经济发展“五年计划”,一场向荒山野岭宣战的战斗在福建大山深处打响。1955年,福建省属闽北地区综合性国营林场(现“福建省洋口国有林场”)在杉木之乡——顺昌建立,以杉木为主栽树种,投入到“三年消灭荒山,七年全面绿化”造林运动。

面对时限紧迫而又无充分准备的大面积“灭荒战役”,林场别无选择,只能沿袭“有种就采、有苗就栽”的粗放造林方式。然而,林场职工们很快就发现,他们千辛万苦栽下的杉木林发生了分化严重,林相参差不齐,大部分林子的树木长成了的俗称的“小老头树”。

洋林人隐约意识到,庄稼要选种,栽杉种树或许也要选种。但他们从没听说过栽杉也要选种,要想栽杉选种,也不知道从哪里入手。

同时意识到这个问题的还有远在千里之外的南京林学院(现南京林业大学)的师生员工。我国林木育种先驱、现代林木遗传学开创者叶培忠教授建立了中国的林木育种体系,而杉木的良种选育和种子园建设正是他最先考虑规划的。

叶培忠在工作中。南京林大供图

林木种子园是以选育的良种为基础,生产优良遗传品质和播种品质优良种子用于育苗造林的特种人工林。20世纪40年代初开始,美国实施了南方松类长期遗传改良计划,建立无性系种子园生产良种用于育苗造林,显著提高了人工林木材产量和品质。而到20世纪50年代末,中国还未有计划地开展主要造林树种的遗传改良,更谈不上建立种子园来生产林木良种。

1954年开始,南京林学院组织林业科技服务团陆续赴我国南方林区,开展林木资源调查和科技社会服务。在福建森林调查时,叶培忠团队发现闽北地区气候和立地条件十分适宜杉木的生长。杉木不仅是先前林农维持生计的重要经济来源,而且也是解放初期地方政府财政收入的主要来源。

但是当地传统的杉木插条造林模式,严重制约着杉木人工林的速生、优质和规模化发展。叶培忠认为,彻底改变低效的杉木传统造林模式,采用良种造林是提高木材产量和品质的必由之路。在他倡议和组织下,迅速培养高级林木育种人才,运用遗传学理论开展杉木良种选育,建立起中国人自己的杉木良种生产种子园,提高杉木人工林整体质量和产量的计划应运而生。

1959年,南京林学院开办了我国第一个树木遗传育种学研究生班,由叶培忠任教。这一年,24岁的陈岳武考上了树木遗传育种研究生班,成为叶培忠的得力助手。

从那时起,师徒俩一遍遍查阅历史史料和科技图书文献,了解我国杉木自然分布、栽培历史、适生区的自然条件,以及地方品种的生长情况;一遍遍远涉湖南、江西、广西、四川、福建等地的杉木中心产区,进行实地调查研究。

功夫不负有心人,通过多年努力,他们取得丰富的杉木自然分布、适生自然条件,种内生长和适应性等变异规律的第一手资料,为开展杉木的良种选育奠定了坚实的基础。

也正是这一次次深入林区的调研中,南林人务实求真的科研态度和洋口林场对杉木种质改良,实现科技兴林、科技兴场的迫切渴望不谋而合。1961年,一份盖有双方印章的科研协议拉开了这场长达一甲子的校地合作开展杉木遗传改良工作的序幕。

陈岳武的“三件宝”

从此,陈岳武有了南林—林场杉木育种“混编”团队。这支团队在他的带领下踏遍逶迤五岭,出没苍茫林海,寻觅收集各种杉木优良育种资源,于1966年在洋口林场建成中国第一个杉木无性系种子园。

在“洋林精神”成果展示馆内,显眼位置上陈列着象征洋林精神的“三件宝”:一个饱经风霜的军用水壶、一只发白的帆布工具包和一本字迹工整的记录簿,它们的主人正是江苏省劳动模范、南京林业大学的陈岳武老师。

陈岳武在工作中。南京林大供图

陈岳武常年穿蓑衣、戴斗笠。为了从数不清的野生杉木中遴选出优良母树,他和育种团队闯入人迹罕至的原始森林,循着野兽足迹小径前行,并常常爬到二三十米高的杉树上采集优树穗条、收集种子。

林场老职工李寿茂还记得陈岳武当年的叮嘱:一定要在符合标准的杉木优树树上采球果、选穗条,一定做好标记,一点不能马虎。

有别于稻、麦、豆、菽等一年生农作物,林业育种的周期很长。“良种选育的依据要靠科研的实际数据说话,仅以杉木第一代的一片试验林为例,测定的200多个杉木无性系亲本近万株树,每株的树高、胸径、冠幅等6个重要性状连续调查25年,累计了100多万个观察数据。”陈岳武曾说。

依靠日复一日、年复一年扎实的观察数据的累积,他们向世人证明了杉木第一代遗传改良的成效。而为了这一天的到来,叶培忠、陈岳武先生先后用了30多年的时间,回答了杉木要不要育种、育种成效如何、怎样育种的三大社会关切。

1980年,他们完成了杉木第一代的遗传改良。中国第一个杉木育种鉴定会在福建顺昌举行。80多个与会代表通过闽北、闽西和闽东3个试验地点试验林的现场实地测查,得出了“杉木第一代选育的良种造林增产效果明显,与当地商品种对照相比,良种的平均生长量提高25%,最优品种的生长量提高了60%”的结论。鉴定会委员会专家对南林—福建合作开展的杉木第一代遗传改良成果给出了“居于全国前列”的高度评价。

杉木第一代种子园生产的25个良种,会后陆续开始在我国南方的十四个省(区)推广应用。

1981年,南林和洋口林场又启动了杉木的第二代遗传改良研究。当陈岳武规划着杉木第二代育种的宏伟蓝图时,却没有意识到自己的身体已经因为过度劳累而超额透支了。1985年1月,陈岳武英年早逝。遵其遗愿,他的部分骨灰被安放在林场的小山头上,永远守望着这片片杉木林和未竟的杉木育种事业。

他在生命的最后时刻,紧紧握着自己的助手施季森的手,说不出话来。“我知道,他放不下倾尽心血的杉木育种事业。”施季森提及恩师最后的惦念,总是忍不住潸然泪下。

未竟的事业,落到了时年33岁的施季森身上。他放弃了出国深造的机会,毅然选择留在国内,与杉木育种团队成员一起,赓续着老一辈的杉木育种研究事业,从第二代的生长与材性联合改良,第三代生长、材性、良种种子产量联合改良,走向杉木抗生物和非生物逆境性为主的第四代杉木育种……

2022年春,全国第一个杉木第4代试验种子园在洋口林场建成,标志着中国的针叶树遗传改良由数十年的跟踪和追赶,进入到了世界林木育种的先进国家的行列,创造了“世界杉木看中国,中国杉木看洋口”的林业科研奇迹。

“从一个细胞到一片森林”的现代种业蝶变

“早期,国家木材资源匮乏,迅速提高产量是当务之急。随着国民经济和社会需求的发展,在提高产量的同时,改良木材品质也是大势所趋。”施季森思考着杉木种业创新的新方向, “叶老和陈老师开创的杉木第一代育种,解决了木材供应量短缺、能不能‘吃饱’的问题,现在要解决木材品质和良种繁育的‘吃好’的问题了。”

传统良种繁育技术在我国林木种业发展中发挥了重要作用。但许多常规技术难以高效化利用从而实现工业化繁育重要用材和珍贵树种,始终停留在“一粒种子繁育一株苗”的低效业态。

一方面,施季森带领团队立足洋口林场,继续探索杉木生长和木材品质性状联合遗传改良的理论和方法。他几乎以场为家,曾经连续驻场11个月,孩子见到他都不认识了;还曾因带队进山,突遇山洪暴发,被困山中,靠野地里的萝卜充饥,30多天后才获救。

施季森(左三)带领团队调研。南京林大供图

另一方面,他带领团队系统分析国内外生物技术发展趋势,尝试从分子遗传和细胞工程新理论和新方法入手,研发和创新更为高效的林木良种繁育新技术、新方法,探索林木种业发展的新路子。

经过深入研究,施季森团队发现,植物体的每个细胞具有不经过有性生殖阶段,可以在适宜的人工培养条件下,都有发育成一个完整的体细胞胚、再生为一个植株的潜在能力。“发展林木细胞工程技术,是实现林木良种壮苗的工业化规模生产,加速林木良种推广应用的高效途径。”施季森说。

据于林木“细胞全能性理论”,施季森团队创新性地提出了“给我一个细胞,还您一片森林”的大胆设想。他们首先以杂交鹅掌楸为先导树种开展细胞工程种苗繁育,并取得突破性的进展。后来又陆续攻克了杉木、马尾松、杂交松、福建柏、枫香、福建山樱花、七叶树等重要用材和观赏树种体细胞胚胎发生和植株高效再生技术体系,获得40多项国家授权发明专利。

通过多年在多个企业的小试、中试完善,形成了成熟的林木良种细胞工程繁育工厂化生产技术体系,与传统的良种繁育技术相比,其种苗的繁育效率提高了近100倍。

如今在洋口林场的杉木良种繁育中心,3000多平方米的无菌培养室内,摆满了6万个生机勃勃的瓶苗。在该团队的技术指导下,2009年,洋口林场建成了全国最大的杉木组培苗研发生产基地,已研发具有自有知识产权的优良无性系组培品种14个,并通过了省级林木良种审定。其中,“洋020”“洋061”两个无性系同时获得国家林木良种认定,为在全国杉木产区推广应用奠定了基础。

60多年来,经过多代遗传改良,洋口林场国家杉木良种基地累计为社会提供了杉木良种4.9万公斤、提供杉木优质种苗60多亿株,先后在福建、广东、江西、湖南、重庆等15个省区广泛种植,累计推广造林面积3000多万亩,增加森林蓄积量约1.5亿立方米。

2019年国家第九次森林资源清查结果显示,杉木林面积和立木蓄积均位居我国人工林树种的第一位,以人工林20%左右的面积,提供了25%左右人工林生产的木材,为国家的木材供应安全和生态安全提供了重要支撑。

这枚由校地双方紧密合作结下的科技“硕果”已经释放出超千亿元的经济价值,生态价值更是不可估量。

 
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