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时政热点:破译棉花的基因密码

人民日报 2020-12-29 11:41:56

前段时间,我国北方产棉区迎来了丰收季,一朵朵洁白的棉铃结满枝头。“海南基地的棉花长势不错,过段时间就要准备授粉、选种了。”安排完下个阶段的工作,郭三堆才安下心来。2017年,他带领团队研制的抗除草剂转基因棉花品种获国家发明专利,前不久正式获批进入生产试验阶段。

古稀之年,郭三堆依然忙得闲不下来。大部分时间,他不是在棉田里忙碌,就是坐在试验台前。从事棉花分子育种三十余载,突破多项关键技术、设计合成具有我国自主知识产权抗虫基因的他,至今仍在孜孜不倦地破译棉花的基因密码。

“搞农业科研,就是要用实绩说话”

2020年春节,郭三堆一如既往,在海南南繁育种基地里度过。一年四季,寒暑交替,他就像候鸟一样南来北往——

去年9月,赴新疆察看杂交棉长势;10月初,马不停蹄赶往海南播种;今年春节,南繁的棉花进入盛花期,别人忙着过年,他忙着取样、鉴定;4、5月,又在河北指导播下新一季种子……

“搞农业的人哪有休息日?作物要生长,总不能叫它停下来等我们呀。”郭三堆笑着说,从几十年前和农业结缘开始,这样的生活节奏就没变过。

与农业基因研究结缘,郭三堆有一段曲折的经历。1975年,从北大生物系毕业后,他进入中科院微生物研究所工作。那时候,基因工程还处于发展初期,多用于医学领域。和许多同学一样,郭三堆打算一边工作,一边继续考研。但一次意外,他与研究生考试失之交臂。

“当时挺失落的,想着可能没有继续读书的机会了。”让郭三堆没想到的是,1983年,著名分子生物学家范云六,创建了中国农科院生物技术研究中心(中国农科院生物技术研究所前身),30岁出头的郭三堆被调入农科院,做起了农业相关的分子生物学研究。生物学搭上农业,让自小在农村长大的郭三堆越学越有了兴趣。

“搞农业科研,就是要用实绩说话。”三年后,他被推荐留学深造。在留学的两年里,郭三堆埋头做研究,天天待在实验室,非常珍惜这来之不易的学习机会,以至于连当地的著名景点都没去过。

功夫不负有心人,留学期间,郭三堆就在“杀虫基因的结构与功能研究”中取得重要进展。就在此时,国家启动了“863计划”,急需组建专业人才队伍。1988年初,他结束留学生涯踏上回国之路。回国后他全身心投入到抗虫棉研究之中。

“要想重振棉花产业,得靠自有的知识产权”

很多人说,抗虫棉拯救了中国棉业。“当时团队压力很大,不仅来自课题本身,更来自现实的紧迫。”郭三堆坦言。

上世纪90年代初,我国曾暴发虫灾,全国棉花总产量受到很大影响。“原本一年喷3次药就能防住棉铃虫,到后来喷20多次都无济于事。摇一摇棉花植株,哗啦啦掉下来的全是棉铃虫。”郭三堆对当时的棉花产业前景感到担忧。

“要想重振棉花产业,得靠自有的知识产权。”郭三堆马上投入研究工作。当时选取的抗虫基因,来自生物杀虫剂苏云金芽孢杆菌。郭三堆团队的任务就是将其改造后导入棉花,使植株具有抗虫性。然而,细菌是原核生物,棉花是真核生物,“这相当于在旱地里划船,难度很大”,郭三堆说。

先在烟草上做试验。“烟草生长周期短、基因组小,转化相对容易。长成植株后,模拟田野环境,观察虫子的反应,可以初步判断抗虫基因的载体构建是否有效。”郭三堆说。

和烟草相比,抗虫基因的表达载体导入棉花要复杂得多:有的品种无法培育出再生植株;有的品种能再生植株,但遗传不稳定,表达不出抗虫性……这意味着同一环节的试验要重复很多次。通常,抗虫遗传稳定的小苗刚长出一两片叶子,郭三堆和同事就马上取样鉴定,争取在疏苗前淘汰掉不合适的植株,节省时间和空间……

为了早日研究成功,郭三堆和同事们铆足了劲日夜钻研……无数次失败后,团队终于筛选出合适的抗虫种质资源。1994年,单价抗虫棉研制成功,第二年获得国家专利。

初步成功后,郭三堆并没有停下研究的脚步。他提出,单基因不够,要在一个载体上挂两个基因。“这相当于给棉花上了‘双保险’,提升抗虫效果。”郭三堆解释道。5年后,双价抗虫棉通过安全评价并获准生产。

“最大的理想,就是培育出高产、优质、广适的棉花品种”

在郭三堆的办公室里,除了堆积如山的书籍和研究资料,书架边还摆了一袋袋棉花。“看这棉铃,个头大,絮又长。”他拿出一朵棉铃,扯出一缕棉絮轻轻摩挲,又仔细捻了捻。

郭三堆手里的棉铃,来自转抗虫基因三系杂交棉,这是郭三堆团队前些年的研究成果,在国际上处于领先地位。它不仅保持了抗虫棉的特点,而且能提高产量和品质,降低成本,增产幅度达25%以上。

现在的郭三堆,一年有大半时间扎在棉田里:“垄内杂草很难除尽”“机采效果不太理想”……去各地调研时,他总会把棉农的反馈记下来以备研究。

跟过去相比,如今的科研条件大大改善。设备一应俱全,工人的操作也都轻车熟路,很多人劝郭三堆不用总到田地里去了。“不能光听别人说,实际情况如何还得靠自己观察。”郭三堆觉得,铃大铃小,吐絮畅不畅,都要到田里看一看、摸一摸,心里才有数。

“他呀,棉花上的事情清楚得很。自己的衣服和鞋子,却从来不知道穿多大码。”郭三堆的爱人徐琼芳说,夫妻俩是同行,一个研究棉花抗虫高产,一个研究小麦抗蚜虫,“没想到啊,我俩这辈子都和田里的虫子较上劲了。”

在郭三堆心里,“最大的理想,就是培育出高产、优质、广适的棉花品种”。为此,郭三堆又开始忙碌:通过分子标记育种,将绒长、拉力、细度等指标好的海岛棉与产量高的陆地棉结合起来,培育出更加理想的品种。

目前,海陆三系杂交棉花已经开始在新疆试验,同时科企合作也在步步推进。未来,理想的棉花植株是什么样的?“果枝再短一些,内围铃集中。茎秆很硬,能避免倒伏。吐絮要畅,方便机收,但又不能太畅,否则风一吹就掉了。叶子表面光滑,防止与棉絮粘黏……”为实现这般图景,郭三堆说,自己要做的事情还很多……

原标题:破译棉花的基因密码(讲述·一辈子一件事)

文章来源:http://paper.people.com.cn/rmrb/html/2020-12/29/nw.D110000renmrb_20201229_2-06.htm

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