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种了40年稻子!他,一脚田间,一脚前沿

2022-06-23


                      2021年9月,何祖华(左前)和学生在松江农场。   受访者供图

从1983年进入硕士生导师申宗坦(我国著名水稻遗传育种专家)的课题组,一头扎进水稻抗瘟性遗传育种研究,到近日被推选为2022年上海“最美科技工作者”,中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员何祖华在水稻育种领域已经“深耕细耘”了40年。

40年来,何祖华一脚田间,一脚前沿,除在《科学》《细胞》《自然》等刊物发表多篇重要论文外,还将研发的广谱抗病基因无偿提供给多个种业公司和育种专家。目前,使用该基因的抗病高产新品种已累计推广3000多万亩,在农业增产、农民增收方面取得巨大的经济与社会效益。

谈到取得的成就,何祖华认为这得益于团队“坚持不懈,久久为功”。


将“粗”活做“细”
“做作物抗病遗传育种研究,光进行理论研究不行,必须扎根到田里去。”何祖华说。

水稻抗病研究需要科研人员到稻田里用注射器给水稻接种病原(像人类打防疫针一样),然后观察发病情况,找到具有优良性状的目标株,再进行多次杂交、回交、筛选……

选出具有优良性状的“材料”后,再到不同地块里“验证”,即到位于不同水稻产区的山区“病圃”(让水稻自然发病进行观察研究的基地)进行“自然鉴定”,并在不同条件的试验基地试种。

几十年来,何祖华的足迹遍及海南、福建、江西、广东、广西、湖南、湖北、浙江、黑龙江等种植水稻的地方,到中国科学院分子植物科学卓越创新中心位于上海松江和海南南繁的研究基地更是“家常便饭”。

“这些地方每年都要去几次,但今年因为疫情原因去不了了,只能请当地人帮我们种、帮我们看,遇到情况拍照片发过来。”何祖华不无遗憾地说。

“只要水稻病了,何老师时不时就来看看。”驻守在松江试验田的工程师刘继云说,“每逢播种、插秧、接种、收获等关键时间节点,何老师一定会亲自下田,指导学生做好性状考察和记录。”

何祖华这种凡事亲力亲为的习惯从学生时代就养成了。导师申宗坦治学严谨,对学生的要求也很严,学生的田间记载本必须清清楚楚记录杂交组合、播种期、始穗期、齐穗期等细节。

“记得当时苗期接种稻瘟病,先生(申宗坦)要求每粒种子必须隔1厘米播种。”何祖华回忆说,“有次要接种上千个株系,于是叫来几个同系的师弟帮忙,先生不放心,就在边上监督。”

受导师影响,何祖华团队的试验田里,水稻插秧时纵向、横向间隔的尺寸也整整齐齐。

“工作做扎实细致才不会出错,哪些稻株可能是好的,哪些可能不好,标记清楚、保护细致,才不会出错或被麻雀吃掉。”何祖华说,“如果弄混或弄错,可能会浪费一季的时间。”


坚持不懈 久久为功
水稻是重要的粮食作物,很长一段时间以来,我国水稻病虫害种类多、发生范围广,对农业生产和粮食安全构成严重威胁。

为有效控制水稻病害,作物育种学家和病理学家长期致力于选育广谱持久的水稻抗病品种,但高抗水稻品种往往生长发育受限,产量和抗病性难以兼得。

如何使水稻抗病的同时不影响其产量性状,维持好植物抗病与生长发育的平衡?同时,面对病原菌的不断进化,如何让植物的免疫屏障有效抵御不同病原菌的反复进攻?这是长期困扰何祖华团队的重要问题。

“把一个具有良好性状的品种和另一个品种杂交,后代会表现出很多性状,所以改良品种必须要做回交育种,至少回交五六次。因此,选育一个稳定的好品种至少需要6年时间。”何祖华说,“时间长,见效慢,水稻育种需要‘坚持不懈,久久为功’。”

相比实验室模式植物,水稻的生长周期长,性状复杂多变。2006年,何祖华团队鉴定出一个几乎能对抗稻瘟病所有变异病菌的基因位点Pigm。此后,该团队又花了10年时间,才系统解析出这个位点的作用机制。

2017年,何祖华团队在《科学》发表的论文显示,他们不仅找到了能持久抗击稻瘟病的“基因克星”,还弄清了它是如何与稻瘟病病菌“周旋”的。

至此,何祖华已经在Pigm基因及其抗瘟性上深耕了15年。

“何祖华是一位纯粹的科学家,一辈子把一件事做到底、做到极致。”完成这项研究后,中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心主任韩斌评价说。

2021年,何祖华团队又在《细胞》《自然》发表重要成果,不但揭示了一个全新的广谱抗病的免疫代谢调控网络,阐明了其如何整合基础抗病性与专化性抗性,从而赋予植物广谱抗病性的免疫代谢调控通路,而且从作物在田间总是容易感染不同病害这一长期困扰学术界的难题出发,开展创新性研究,发现作物与病原菌“军备竞赛”的新机制和多病原菌抗性的新育种靶标。

和发表论文相比,何祖华更看重研究成果的推广应用。他常说,“我们是为育种学家服务的,真正有效的工作是这些研究能得到应用”。

目前,何祖华团队的研究成果已被育种家应用,累计推广超过3500万亩,基本实现了广谱持久抗稻瘟病,并降低了农药的施用,取得了巨大的经济与社会效益。


将工作习惯和精神传递下去
上海周边每年4月中旬开始种植早稻,6月中旬种植单季稻,7月中旬播种晚稻,到11月底全部完成工作。其间,何祖华经常出现在松江的试验田里,和当地农民一样劳作。而在冬季的海南南繁基地,何祖华也时常带领学生头顶烈日,考察选种。

不同的是,农民是大面积播种,一把一把地插秧。研究人员是一粒一粒种,一株一株插秧,“因为几株混在一起不好进行比较,不利于发现特殊性状,也不利于估产”。

何祖华团队成员不论是男是女,不管来自城市还是农村,大家都熟悉水稻从种到收的流程。水稻插秧时,稻田里都是泥浆,如果掌握不好技巧,脚陷进泥浆里很难拔出。每次带新生到田里,何祖华都会亲自示范,从细节做起,打下扎实基本功,养成良好的工作习惯。

每年招研究生,何祖华的第一个问题是“是否真正喜欢农学、真正喜欢作物”。

“如果只是想拿个文凭,没必要到这里来。因为做作物研究真的很辛苦,时间也长。”何祖华说。

在何祖华的实验室,研究生除了要进行分子生物学这些前沿研究外,还要学习如何进行病害研究和掌握有关植保知识。除了会种水稻,还要懂微生物,能进行病原菌培养、接种和分析,所以“学的东西相对多些,工作量也比较大”。

“必须做到学农爱农,这是基本要求。”何祖华说,“我的导师80多岁时,还在楼顶种水稻,自己爬到楼顶去做杂交。老一辈科学家热爱科学、持之以恒,一定要把一件事做好的精神让我受益终生,我希望能把前辈科学家身上的精神传递下去。”
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