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三十载风雨兼程科研路 一片心培育谷种为众生

文章来源:中国科技新闻网   文章作者:本站编辑   更新时间:2017-03-10    

  导语:谷子被誉为“五谷之首”,起源于中国,迄今已有8700余年的栽培历史,曾是中华民族的传统主粮,在华夏文明的悠久历史上发挥了重要作用。新中国成立初期,谷子在我国的种植面积曾达到1.5亿亩左右。然而,由于产量和机械化程度较低、劳动强度大等多方面因素,这些年以来,谷子的种植面积逐渐减少,目前全国仅有0.2亿亩土地仍在种植谷子。面对这一状况,有一位农业科学家扛起了谷子杂交育种的大旗,选育成功的一系列优质谷子杂交品种不仅提高了产量,填补了国内空白,而且得到了联合国粮农组织的大力推荐,已经开始走向非洲。他就是我国著名杂交谷子育种专家、张家口市农业科学院总农艺师、谷子研究所所长赵治海。

  与谷子的不解之缘

  在我国农业科学界有一句话广为流传:“南有袁隆平,北有赵治海”。袁隆平被誉为“杂交水稻之父”,同样地,赵治海则是名副其实的“杂交谷子之父”。他研发的“张杂谷”系列高产新品种可使谷子最高亩产达800多公斤,填补了世界空白,而且因抗旱逆、高产、优质等优势受到了联合国粮农组织的推荐,已在埃塞俄比亚等非洲10个国家试种成功。

  谈到这些年来的科研攻关经历,赵治海笑称,他与谷子的结缘既是出于偶然,也仿佛是冥冥中的一种必然。作为恢复高考后最早的大学生,他曾经不愿读农业大学,然而恰恰被河北农业大学农学专业录取,毕业后,在当时小麦、玉米等热门研究方兴未艾之时,又服从分配从事了谷子研究。

  然而,无论是学术上的储备还是兴趣所在,都在指引着赵治海走向谷子研究这条道路。大学实习时,辅导老师带他去试验田体验不同品种谷子的特性,点拨说:“不同品种对于光照和温度变化的敏感性是不一样的,可以通过实验去发现它们的差异。”

  赵治海对这项基础试验充满好奇,每天下午都用纸箱把试验材料全部扣住,然后在第二天按设定的时间表将不同材料的纸箱依次拿开。材料见光时间长度分为6小时、8小时、10小时、12小时,每到一个节点,他就要去揭开纸箱。不复杂的试验,但对时间的掌握要求严谨。为获得精准数据,赵治海趴在试验田里,一待就是一个多月。观察到的一系列谷子对光照温度差异时表现出的特性,被他写进毕业论文里。

  谷子不育系的培育和高产杂交选育是一项世界性难题。我国早在上世纪六十年代初期就组成了攻关组,共有20多个省市的30多个单位参加研究。当时,人们普遍采用的方法是套用水稻的“三系法”,但一直没有突破,都以失败告终或被迫退出研究。

  面对这一难题,善于思考的赵治海想到了大学时期的光照温度敏感实验:“为什么一定要套用杂交水稻、杂交高粱的办法去搞杂交谷子呢?”谷子杂交面临的挑战与其自花授粉、难以稳定实现杂交有关,他由是想到:“如果改变光照、温度等条件,有些谷子的雄蕊将失去生育能力,这时再用雄蕊有生育能力的品种与其杂交,就可能寻找到杂交种。”这一想法让他成为了谷子育种界提出光温敏两系法的第一人。

  “光温敏两系法”是指改变光照、温度等条件,使谷子不育系的雄蕊失去生育能力,这时再用具有某种特性常规谷子品种与其杂交,选配出具有某种特性的杂交种。这项工作看似简单,然而农业科研周期漫长,一个优良品种的诞生,需要成千上万个种质材料进行选配、杂交、组合,还要经过几代的筛选、考验、培育,注定会遭遇重重困难和考验。

  为了找到谷子光(温)敏不育材料,赵治海开始了大海捞针般的艰难寻觅。70多亩的谷子地,种了6000多个品种,布置了几万个穗行,结了百万株谷穗,他一行行地对比,一株株地查看,一穗穗地挑检,一粒粒地选种。张家口建设的温室难以满足需要,他又在1984年将光温敏实验搬到条件适宜的海南。

  功夫不负有心人,历经数载艰辛探索,1990年,赵治海团队发现了第一个光温敏型雄性不育株,从此敲开了杂交谷子选育的大门。

  用汗水浇灌出硕果

  十年磨一剑,1994年,赵治海团队的谷子光温敏型雄性不育系“821”选育成功。这一成果达到了国际领先水平,并为选育光温敏两系谷子杂交种奠定了基础。在此基础上,赵治海于1998年完成了谷子光敏核不育育性转换机理研究,达到国际领先水平,从理论上破译出谷子光温敏核不育的育性遗传机制、育性变化与光周期温度的关系。

  成功只青睐于有准备的人。2000年,在赵治海十多年的心血努力下,世界上第一个谷子光温敏两系杂交种“张杂谷1号”诞生。“张杂谷1号” 比常规谷种增产30%以上,最高亩产突破了1200斤!在成果鉴定会上,农业部聘请的专家评价为“谷子杂种优势利用领域的一次重大突破”,创造了谷子杂交种研究史上的奇迹。为了降低农民种植难度,达到适宜机械化规模种植,他又于2004年选育成功世界上第一个谷子抗除草剂杂交种“张杂谷2号”。“张杂谷2号”的问世标志着谷子杂交种真正走向生产实际,谷子生产领域从此进入种子杂交化时代。

  很快,“张杂谷”3号、5号、8号也相继问世。“张杂3号”品种将旱地谷子的亩产从100公斤提高到500公斤;“张杂5号”最高亩产突破810公斤;在夏播区“张杂谷8号”与玉米同等产量,但效益翻番,与棉花同等效益,但省工一半。

  而为了将张杂谷从试验田推广到广阔的田野当中,为了降低成本、让农民种得起张杂谷,赵治海立即投入到了种子繁制种技术当中。那时候,为加快研究速度,他把一年当成两年使,每年10月都要从张家口赶赴海南,一直待到第二年5月,抓紧时间“抢农时”。这样拼命的结果换来的是繁制种技术的日渐成熟。2003年,谷子不育系繁种产量由每亩15公斤提高到50公斤,杂交种制种产量每亩由35至40公斤提高到100至150公斤,为张杂谷实现实用化和产业化提供了技术支撑。

  到今天,已有13个张杂谷系列品种通过国家或省市鉴定,逐步形成了不同适播区(春、夏播)、不同适播类型(水、旱地)的品种配套格局,建立了张杂谷系列标准化技术体系。目前张杂谷已覆盖了我国北方十一个省市,累计种植2000多万亩,增产粮食20亿多斤。

  在不断迎来成功喜悦的同时,赵治海还将目光放得更长远,着重于关注育种技术与现代科学技术的结合。随着以基因测序为基础的分子育种技术飞速发展,为弥补杂交谷子基础研究的薄弱环节,他带领着科研团队通过与华大基因研究院、华中农业大学等多家国内高科技企业合作,以选育亩产1000公斤超级杂交谷子为重点,开展了“张杂谷3号”重组自交系基因分析、“张杂谷”谷子代谢组检测与分析、相关基因定位与关联分析等多项谷子杂种优势分子生物学研究,把杂交谷子从常规选育提升到分子辅助育种。开展远缘杂种优势利用、转基因应用技术研究以及杂种优势机理研究,继续保持了我国杂交谷子研发在国际上的领先地位。

  赵治海介绍,“张杂谷”高产稳产,推广2亿亩,可以为国家增产粮食400亿公斤,对国家粮食安全意义重大;“张杂谷”节水抗旱,推广2亿亩,较其他旱地作物每年至少节水200亿立方米,生态效益显著。“即便在干旱年份,谷子仍可获得正常年景约70%的产量。而‘张杂谷’的适应能力还在不断增强。”他如是说。

  “张杂谷高产节水、低化肥农药、绿色健康的特点,为推进我国农业供给侧结构性改革提供了战略选项,将在旱作农业上发挥重大作用,是节水、增粮、增饲、增地和农民增收的重要粮食作物。”赵治海充满自豪。他的最新试验结果显示,在甘肃敦煌年降水39mm、年蒸发量3200mm地区,播前只浇80立方米水,让土壤湿润,给它一个成长环境,此后可一生不灌溉,配合地膜覆盖技术,张杂谷能亩产400公斤。在宁夏黄河灌区,种植玉米需要灌溉3-4次;种植张杂谷不用灌溉,亩产可达500公斤。而在新疆和我省黄骅只能种植棉花和葵花的盐碱地上,试种张杂谷可亩产400-500公斤。我国长城沿线降水300毫米-400毫米地区,无灌溉条件下种植张杂谷亩产300-500公斤,比其他旱地粮食作物增产100公斤以上。山西偏关县,2014年种植15万亩谷子全部为张杂谷,面积占全县粮播面积的1/3,而产量占到全县粮食总产的1/2。

  赵治海还算过这样一笔账:张杂谷一般种植在瘠薄的土地上,施肥少,病虫害轻,几乎不用农药,而且可以有效节水,如果在荒地和盐碱地上种植,充分利用荒置的土地,将相当于粮食增产,而且远比单亩提高产量容易得多。而且张杂谷黄秸秆蛋白质含量6%-8%,青谷草全株蛋白质含量14%-16%,富含矿物质和维生素,可以转化为优质饲草饲料,并且有抗病的作用,牲畜吃了之后,少生病少打抗生素,更能卖到好价钱。

  “张杂谷的种植面积大了,相信对于改善生态环境也有一定的作用。因为张杂谷不用灌溉也能增产,从增产却不消耗地下水的角度来说,国家应给予生态效益奖励。”赵治海总结,张杂谷的推广种植将会带来社会、经济、生态效益的三丰收。

  让世界认识张杂谷

  赵治海常说:“在禾谷类作物中,谷子的营养价值最高而且营养相对平衡,富含多种功能成分。人类必需的多种氨基酸含量和氨基酸总量均高于同类食物。从营养学上来讲,谷子仅比鸡蛋差一点。”张杂谷的口感好、营养丰富,不仅能够保障国家粮食安全需求,而且在市场方面也大有可为。

  近年来,赵治海多方奔走呼吁,联合国内科研院所及相关企业,在谷子营养与人类健康、谷子高附加值深加工产品开发和谷子饲草饲料研发等方面开展了大量工作,取得了新的进展,发掘了谷子新功能、新用途,打开了谷子产业发展的广阔前景。2012年的两会上,他就曾介绍用张杂谷酿造的传统黄酒,极大提高了谷子的经济效益。2014年时,他又提出了将张杂谷连同谷草制成饲料,对于畜牧业也大有裨益。此外,还有台湾企业加入进来,已经开发出了小米速食方便粥,打开了对谷子开发利用的新思路。

  当张杂谷在国内为越来越多的人所了解、认可时,赵治海还将目光投放到了海外。他表示,谷子在干旱地区种植产量高于玉米,面积产量逐渐增加,不但满足了国内需求,也造成国内谷子“产能过剩”。在非洲培育研究杂交谷子,可拓宽中国谷子种质资源遗传图谱,提高作物耕作与栽培技术研究水平,如大、小雨季种植技术研究和沙漠化地区种植技术研究等。

  近年来,在国家和河北省政府的积极推动下,张家口市农科院先后在埃塞俄比亚、尼日利亚、苏丹、乌干达等非洲国家开展了杂交谷子优质高产试验示范,并与非洲当地科研机构和在非的中资企业开展了全方位、深层次的科研和推广合作。张杂谷在非洲埃塞俄比亚、乌干达等国家种植成功,平均亩产300公斤左右,比当地主栽作物增产1-2倍,深受欢迎,引起联合国粮农组织的重视。

  2009年,联合国粮农组织总干事雅克·迪乌夫专程到中国考察了张杂谷,表示:“你们研究的张杂谷提高了谷子的产量和质量,这对中国和世界的粮食安全是非常重要的”,并建议中国成立一个“国际杂交谷子培训中心”,将张杂谷作为南南合作核心项目向全球推广。2010年,在墨西哥举办的世界饲料与食品安全大会上,赵治海作为唯一一个发言的中国代表,作了题为《走向世界的杂交谷子》的发言,张杂谷研究成果在国际会议上首次亮相。

  2011年,“张杂谷” 品种“E7”和“E10”在2011年通过了埃塞俄比亚的注册。这意味着,“张杂谷”自此可以在埃塞俄比亚大面积种植。乌干达、尼日利亚和纳米比亚等国也随之纷纷开展“张杂谷”示范种植并全部获得成功。

  埃塞俄比亚粮食产量远不能满足国内需求,每年需大量进口以弥补缺口。“当地气候条件、生产力水平和饮食习惯均适宜张杂谷的发展。张杂谷将在5-10年内保障埃塞俄比亚全国粮食供给安全,实现粮食生产能力提升战略。”赵治海曾就此向有关部门提议,进一步推动中非在杂交谷子领域开展科研合作,帮助非洲提高农业科技水平,助力非洲农业现代化建设。同时推动杂交谷子科研人员走出去,深入非洲农村,为当地农民培训杂交谷子种植技术,帮助其提高粮食产量,扩大杂交谷子在非洲影响力。

  2015年,在赵治海的努力和呼吁下,分别在埃塞俄比亚和尼日利亚建立中非杂交谷子研究中心,在纳米比亚大学,尼日利亚苏克托大学,埃塞俄比亚农科院,乌干达农科院,苏丹农业技术研究院等多家大学和科研单位进行了学术交流会议;与苏丹国家农业研究院签订了合作协议。广泛同中地海外集团、中江集团、山东外经、泛达集团开展合作,探索在国外的杂交谷子推广模式。同时,他所在的张家口市农科院还派出专家针对非洲不同国别国情,研究适宜当地社会条件和自然条件的农业技术和推广模式,主要包括:常规谷子、杂交谷子育种制种技术、免灌溉栽培技术、食品加工技术、饲草转化技术、农业推广技术等。

  目前张杂谷已经在非洲9个国家试验示范成功,成为我国农业“走出去”的新亮点。与非洲的合作以开展张杂谷育种、生产和深加工等全方位技术合作为目标,推动张杂谷技术、人力资源和相关产能走出去,切实帮助非洲国家提高农业技术水平和粮食安全水平,服务于农业“走出去”。

  2014年9月17日,赵治海还踏上了乌克兰的土地。张杂谷3号、张杂谷5号、张杂谷6号,已经在欧洲的土地上生根、发芽,为当地农民带去了来自中国的丰收。

  这些年来,赵治海的张杂谷犹如一张中国的农业名片,分布在在世界各地,赢得了来自世界多国专家的好评和赞誉,也让越来越多的人认识了中国农业。

  为人类需要而奉献

  赵治海解决了杂交谷子从研制到推广的一系列难题,具有深远的社会意义:

  1. 两系光(温)敏杂交谷子研究成功,填补了世界空白,进一步提升了我国农业科技在国际上的地位。6项成果国际领先,具有完全自主的知识产权。杂交谷子研究成功和生产实践证明,杂交谷子是继杂交水稻之后,我国又一项在国际上确立优势地位的农业科技成果。中国现已成为世界杂交谷子的发源地。

  2. 种植杂交谷子是节约型农业新措施,符合科学发展观的要。我国干旱地区国土国面积占2/3,人均水资源只有世界平均水平的1/4,而据敦煌试验数据显示,杂交谷子新品种在敦煌120天不灌溉、不下雨的情况下,亩产400公斤,为我国西北200毫米地区粮食增产提供了有力的技术支撑。

  3. 杂交谷子将为粮食安全提供技术支撑。据统计,我国旱地粮食作物平均亩产不足200公斤。在400mm年降水地区,生育期间降水超过200mm,杂交谷亩产400公斤有保证。

  4. 杂交谷子将对弘扬中华文化和文明,促进人类健康具有积极的促进作用。谷子为“五谷”之首,“江山社稷”中的“稷”称谷子,古代帝国奉祀为“谷神”。黄河文化也称小米文化,可以说是谷子蕴育了中华民族的文化。而且科学测定显示,小米除赖氨酸外,其他营养成分近似鸡蛋,谷子特别是杂交谷子抗病,很少使用农药,多数种植在丘陵地区,空气、土壤均没污染,堪称“绿色作物”。

  5. 杂交谷子将在扶贫光彩事业中发挥重要作用。种植谷子的地区多数为丘陵山区贫困地方,种植杂交谷子是一项投资少、见效快、简便易行的新的扶贫措施,深受农民欢迎。

  在多年的研究和育种生涯中,赵治海共取得科研成果19项,其中6项达到国际领先水平。他和团队也先后获得多项各级科技奖励,包括国家科技进步二等奖、河北省科技进步一等奖、河北省科学技术突出贡献奖、何梁何利基金“科学与技术进步奖农学奖”等。

  三十余载的科研道路,赵治海为了张杂谷奉献了太多。为了让“张杂谷”早日发挥优势、为人所认可,他曾放弃了读硕士的机会,放弃了许多大学、科研院所来“挖人”的大好时机;因为常年在大棚和黄土地上工作,患上了严重的风湿病,他却从不曾为看病耽搁哪怕半天时间。他的右眼曾经视网膜脱落,动过几次手术,看东西费劲,就凭借着左眼,一直坚守在挚爱的黄土地上,守护着这份事业。他的梦想是让我国的谷子种植面积达到2亿亩,扩大张杂谷在世界的影响力,为了这一梦想,他甘愿将自己的一切用于奉献。如今,在他的努力下,梦想已经越来越近了……

  赵治海,现任张家口市农科院总农艺师、谷子研究所所长、河北省杂交谷子工程技术研究中心主任、国家谷子糜子现代产业技术体系岗位专家。2000年被国家科技部、中国科学院、中国科协评为“科技扶贫先进个人”;2001年被授予河北省五一劳动奖章; 2005年度河北省十大新闻人物,农业部星火计划先进个人;2006年被授予全国五一劳动奖章,同年被评为“全国优秀党务工作者”;2009年当选河北省“新中国成立六十周年河北英模六十人”,河北省劳模协会理事;2010年被评为全国先进工作者;2012年张家口农科院杂交谷子研究团队被河北省委省政府命名为“巨人计划”创新创业团队,赵治海被命名为领军人才;2014年授予“河北省第三批高端人才”称号;2016年赵治海的科研团队被河北省委省政府授予“河北省高层次创新团队”称号,2016年赵治海当选为河北省科协副主席。

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