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加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),努力搶占科技制高點,為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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張懷剛:破譯高原小麥育種密碼

2019-06-04 甘肅日報 秦娜 谷雪 馬夢瑤 劉曉程 王晶
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  1978年,青海省都蘭縣香日德鎮(zhèn)春小麥種植創(chuàng)下畝產(chǎn)1006.65公斤的全國紀(jì)錄。這條振奮人心的消息一出,立刻在全國引起轟動。這個紀(jì)錄背后有一個享譽全國的小麥品種,那就是由中國科學(xué)院西北高原生物研究所培育的“高原338”。

  當(dāng)年的這條“大新聞”,深深影響了一位遠在蜀地的青年,他就是張懷剛。因為這條新聞,這位農(nóng)家子弟高考時選擇了農(nóng)學(xué)專業(yè);也因為這條新聞,他畢業(yè)后也進入西北高原所,走上了“艱辛而快樂”的小麥育種之路。

  從“高原602”到“高原448”,從育種新手到行家里手……30多年來,張懷剛沉下心,撲下身,不斷創(chuàng)新,專注于解密高原育種密碼;30多年來,他始終堅守著那個最初的育種夢想,踐行著“育種,創(chuàng)造美好生活”的人生格言,先后主持和參與培育了12個高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥品種,為西部地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展作出了積極貢獻。

  1 從農(nóng)村來,奔農(nóng)業(yè)去

  張懷剛研究員更愿意稱自己是一個“搞農(nóng)業(yè)的人”。他說:“我過去是農(nóng)村娃,后來又搞了幾十年的農(nóng)業(yè)研究?!?/p>

  張懷剛出生于四川省廣安市的一個普通農(nóng)村家庭,祖祖輩輩都是農(nóng)民。1978年,正值中國恢復(fù)高考的第二年,年僅16歲的張懷剛站在了人生的拐點上。

  當(dāng)時,對一個農(nóng)村孩子來說,高考是陌生的。面對專業(yè)選擇,張懷剛無從參考,只是因為看到春小麥畝產(chǎn)1006.65公斤的新聞,又聽說國家對報考農(nóng)業(yè)院校的考生有不少“優(yōu)惠政策”,張懷剛就選擇了農(nóng)學(xué)專業(yè),并順利考上離老家不遠的西南農(nóng)學(xué)院(現(xiàn)西南大學(xué)),在農(nóng)學(xué)系學(xué)習(xí)作物生產(chǎn)與育種。張懷剛?cè)胄:蟛胖?,?dāng)時在育種界已經(jīng)聲名鵲起、后來被譽為“雜交水稻之父”的袁隆平院士,就畢業(yè)于西南農(nóng)學(xué)院,而且是農(nóng)學(xué)系的學(xué)長。

  大學(xué)四年一晃而過,剛滿20歲的張懷剛面臨著就業(yè)選擇。當(dāng)時,有三個不錯的選擇擺在面前:一是留校任教;二是去農(nóng)技站做技術(shù)員;三是去研究所從事育種研究。

  “當(dāng)時也綜合比較過,但還是覺得育種研究更有社會意義,也符合自己的性格。”張懷剛回憶說。盡管主管畢業(yè)分配工作的老師再三勸他,搞育種很艱苦,但張懷剛還是決定從事育種工作。他說,當(dāng)時的想法很簡單,一來從小在農(nóng)村長大,不怕吃苦,二來“高原338”的成功讓經(jīng)歷過糧食短缺年代的自己,對小麥育種一直“心懷大志”,也對西北高原所一直“心存好感”。

  所以,他很樂意第一次“出遠門”,前往上千公里之外的青海西寧,去西北高原所工作。

  張懷剛剛來時,生活上很不習(xí)慣:一是海拔高,冬天冷;二是面食多,大米少;三是離家遠,思鄉(xiāng)切。張懷剛還記得,當(dāng)時按月供應(yīng)伙食,每人每月三十斤糧食,其中大米只供應(yīng)三斤。由于大米緊缺,食堂每天早上只能供應(yīng)稀飯。“那種稀飯是用頭一天的剩飯煮的,其實就是稀溜溜的白開水泡飯,根本不頂飽?!边@對成長于南方的張懷剛來說,確實“有點兒難過”。

  不過,張懷剛很快就適應(yīng)了生活上的困難,他從最基礎(chǔ)的考種(一種考察種子品種特性的方法,一般考察項目有株高、芒長、穗長、千粒重等)做起,逐漸走上了育種研究之路。

  2 要搞育種,先學(xué)種地

  1982年9月,進所才一個月的張懷剛接到了一份“美差”:去福建漳州進行小麥加代繁殖。福建漳州是著名的“魚米花果之鄉(xiāng)”,對張懷剛來說,能去氣候宜人的南方,尤其是能吃上白米飯,真是“比什么都開心”。

  這也是張懷剛第二次“出遠門”??墒?,到了漳州,他傻眼了。盡管過去在農(nóng)村種過田,在學(xué)校也跟著老師了解過一些育種知識,但是,真要自己下地種,卻突然沒了主意。

  身邊沒有老師,也沒有同事,更沒有像現(xiàn)在發(fā)達的通信條件能隨時咨詢,而且當(dāng)時帶了很多不同的小麥育種材料,眼看國慶節(jié)過完了,再不種就錯過了時節(jié),張懷剛只好硬著頭皮播種。

  那是他工作之初遇到的“最大挑戰(zhàn)”,“種子都是研究人員辛辛苦苦培育出來的,有些種子已經(jīng)培育了許多年,如果被我‘種壞了’,是多大的損失啊!”張懷剛愁得幾天睡不好覺。

  沒有老師就自己學(xué),沒有幫手就自己干。張懷剛把種子全部搬出來,在原有基礎(chǔ)上進一步完善登記造冊,然后對著記錄本將種子一行行排列整齊,最后來到整好的地里,根據(jù)種子類型逐一點播……就這樣,他幾乎無師自通,把種子全都播種下去了。

  然而,種子播下去了,卻遲遲不出苗,這可把張懷剛嚇壞了。下地一看,原來是因為秋天雨水少,地里十分缺水??紤]到當(dāng)?shù)厥巧橙劳粒嗖坏珪茐耐寥?,還會導(dǎo)致串苗,甚至直接破壞地里的種子,張懷剛就一窩一勺地澆灌。水源地距離試驗田很遠,他一遍遍擔(dān)水,一勺勺澆地,小心“照顧”著那些種子。

  就這樣,憑著年輕人的一股子韌勁兒,張懷剛硬是把麥子種活了。他笑著說:“看到種子發(fā)芽的那一刻,像小時候吃到糖果一樣幸福。”

  次年三四月,麥子成熟了。此時的漳州雨水很多,直接影響麥子收獲。在當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)的幫助下,張懷剛組織了搶收。和播種時一樣,分類分批收割,然后打麥裝袋,并登記造冊。然而,雨季收割的麥子含水量高,如果保存不當(dāng),就會發(fā)芽或霉變。為了保住這些來之不易的種子,張懷剛突發(fā)奇想,發(fā)明了一個“種子晾曬機”。他在倉庫里弄了一臺風(fēng)箱,調(diào)好控制溫度,將種子放入其中一顆顆風(fēng)干,因為風(fēng)干后的種子,才是安全的種子。最后,直到把所有種子都風(fēng)干保存好,張懷剛才安下心來。

  無意間,張懷剛這一趟“長差”干了一件大事。

  張懷剛說:“我種的那批種子里有一個重要的品種,叫‘高原602’,后來取得了非常大的成功。”“高原602”是張懷剛的博士生指導(dǎo)老師陳集賢研究員歷時十余年配制的雜交組合和精心選育的品種。張懷剛在漳州繁育出充足的種子,為后來擴大試驗示范,加快推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。“高原602”先后被推廣到新疆、西藏、青海、甘肅、寧夏等地,累計種植2000萬畝,增產(chǎn)糧食近6億公斤。1992年,“高原602”榮獲青海省科技進步一等獎;1996年,又榮獲國家科技進步三等獎。

  “這在春小麥育種領(lǐng)域是非常難得的成就!”張懷剛自豪地說。

  3 扎根泥土,精心培育

  “育種是一個漫長的過程,一粒種子從早期培育到大面積應(yīng)用推廣,有時需要幾年、十幾年,甚至一輩子的時間。”張懷剛說。

  一粒種子,除了對產(chǎn)量有要求外,還有很多其他要求,比如抗倒伏、耐旱抗寒、抗病蟲害、營養(yǎng)價值,以及品種適用性等。在張懷剛看來,育種的藝術(shù)性就在于要在這諸多的要求中,精挑細選、分析培育新的品種。

  張懷剛介紹,小麥株高不僅影響小麥的光合作用,也會影響小麥抗倒伏能力,以及對田間肥力的綜合利用。他們曾在西寧附近的平安縣試驗一個品種,基本可以將株高控制在80厘米左右,“我們覺得這個品種很好,就拿到別的地方推廣試種,結(jié)果一試就倒了”。仔細研究才發(fā)現(xiàn),兩塊地的肥力有很大差別,新推廣地塊的肥力很足,以致麥苗瘋長,隨便就躥到100多厘米了。

  “這就給我們提了個醒,種子的培育是一個綜合系統(tǒng),海拔、氣候、土壤、株高、營養(yǎng)及抗病蟲害等,需要綜合觀察、判斷?!睆垜褎傉f。為了開展綜合研究,張懷剛在西寧及其周邊地區(qū)建了很多實驗點,有時還要長途跋涉到很遠的地方進行樣本采集。

  后來,隨著擔(dān)任的行政職務(wù)越來越多,張懷剛也越來越忙,但是育種始終是他放不下的事業(yè)。每年六、七月,種子快成熟的時候,他幾乎每天都要去地里踏勘?!安还馨滋煨姓ぷ饔卸嗝?,下班后他都要趕到幾十里外的試驗田觀察種苗,經(jīng)常一待就是一兩個小時。”張懷剛的學(xué)生劉寶龍回憶說,遇到周末,張懷剛就在實驗站住上兩天,直到把問題搞清楚了才返回。就這樣,春夏秋冬、寒來暑往,張懷剛像養(yǎng)育孩子一樣精心培育種子。

  有一年九月,張懷剛帶著劉寶龍等人外出采樣。他們從西寧出發(fā),沿著青海湖到柴達木盆地,再繞道祁連、同德等地返回西寧,整個行程3000多公里。一路上,張懷剛既當(dāng)司機又當(dāng)老師,還要當(dāng)“保姆”,每天開車幾百公里,還為學(xué)生講授知識、答疑解惑,學(xué)生的吃住用度也全都由他負責(zé)?!拔覀兠刻煸缟?點出發(fā),下午6點以后才能回到駐地,晚飯后還要整理材料直到深夜一兩點?!眲汖埢貞?,就這樣連軸轉(zhuǎn)了十多天,張懷剛對科研的認(rèn)真態(tài)度和對大家的愛護令學(xué)生們深受感動。

  靠著“把育種當(dāng)藝術(shù)”的精神,張懷剛把小種子做成了大學(xué)問。他先后發(fā)表論文110篇,參與編著6部著作,獲得授權(quán)專利2項,制定標(biāo)準(zhǔn)4項;作為主要完成人,他榮獲省部級科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎1項、三等獎1項;他主持或參與培育的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥品種多達12個,并在青海、新疆和甘肅推廣應(yīng)用,產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟效益與社會效益。

  4 探索創(chuàng)新,提高品質(zhì)

  “育種,創(chuàng)造美好生活”,這是張懷剛的座右銘。

  張懷剛說:“新中國成立之初,中國人首先要解決吃飯的問題,所以老一代育種人始終以增產(chǎn)為目標(biāo)?!彼男哪钅畹摹案咴?38”之所以影響很大,就是因為它創(chuàng)下了全國畝產(chǎn)新紀(jì)錄;他參與選育和推廣的“高原602”,之所以能獲得國家科技獎,也是因為它“增產(chǎn)顯著”。但是,隨著人們生活水平提高,育種人漸漸發(fā)現(xiàn),產(chǎn)量只是一個方面,品質(zhì)越發(fā)成為更高的追求目標(biāo)。

  在張懷剛看來,不斷滿足老百姓對美好生活的實際需求,是育種人責(zé)無旁貸的使命。

  張懷剛舉例說,北方人愛吃面,尤其愛吃拉條子,但是,拉條子對面筋的含量要求很高。早期一些小麥品種,盡管產(chǎn)量很高,但用它們加工制作的面粉不僅黏牙,而且沒有筋道,不宜做拉條子。然而,他參與研制的“高原448”卻在無意間突破了這個問題。最開始考慮到北方缺水,張懷剛和團隊希望研發(fā)出節(jié)水的新品種,等他們培育出“高原448”后卻發(fā)現(xiàn),它的濕面筋含量高達32%,“面條評分”遠遠高于對照品種?!斑@就等于解決了老百姓對‘拉條子’的現(xiàn)實需求?!睆垜褎傂χf。

  口感、筋道是一種需求,營養(yǎng)價值則是更高的生活需求,要滿足這些更高的需求,育種人還得不斷探索。

  劉寶龍的博士論文《小麥品種高原115紫色籽粒中花青素合成調(diào)控機理研究》就屬于這一類創(chuàng)新研究。他介紹說,“高原115”是一個紫色籽粒狀的新品小麥,這個品種含有人體所需的鉀、鈣、鎂、鋅、鐵、硒等微量元素,同時富含別的小麥品種所沒有的花青素,而后者具有極高的抗突變、抗氧化等營養(yǎng)價值。劉寶龍至今還記得張懷剛當(dāng)時“勸”他做課題時說的話,“老百姓既要吃飽肚子,還要追求口感,但未來一定是追求營養(yǎng)價值,花青素有營養(yǎng),我們應(yīng)該好好研究?!?/p>

  如今,張懷剛團隊不僅深入研究尖端的分子育種技術(shù),破解小麥育種的一些基礎(chǔ)難題;還拓展到三江源生態(tài)保護領(lǐng)域,研究青藏高原特有“青稞種”的生態(tài)價值,培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的飼用燕麥新品種,以及既能耐高寒、固水土,又能“食草兩用”的“小黑麥”品種,為地方經(jīng)濟社會發(fā)展和三江源生態(tài)環(huán)境保護作出了積極貢獻。

  張懷剛從一個普通農(nóng)村娃,一步步成長為農(nóng)業(yè)學(xué)科的帶頭人。回顧30多年的科研生涯,他用兩句話總結(jié):一句談事業(yè),“科研總歸要立足于國家、地方和人民的需要”;一句談自己,“一生與種子相伴,挺好”。

打印 責(zé)任編輯:侯茜

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