岁月悠悠,38载不了情 耿爱民痴迷小麦育种与栽培研究的故事

耿爱民(前)在田间从事“蓝矮败”小麦观察记录。

耿爱民(中)与科研团队成员在田间观察小麦长势(资料片)。

淄博市高青县芦湖街道辖区内,黄河南岸滩地上,生长着一片看似普通的小麦。三夏时节,一位个头不高、头发花白的老者走进麦田,俯身揪下一个麦穗,剥开颖壳,一颗蓝色的籽粒立时显露出来:蓝色小麦,与众不同的蓝色小麦!

这位老者,名叫耿爱民。3年前,他从滨州市农业科学院研究员、国家小麦产业技术体系滨州综合试验站站长岗位上退下来,回到老家高青县芦湖街道菜园村,但他退而不休,继续从事老本行——小麦育种。

这片400来亩的麦田,就是他的育种试验田。试验田里,种着被他视若宝贝的上百个小麦优良品系,其中蓝色小麦则是宝贝中的宝贝。

耿爱民说,这种小麦不仅籽粒是“蓝”色的,还具有“矮”“败”的性状,讲得专业一点,叫“蓝矮败”。这是一种如同中国工程院院士袁隆平发现的引发水稻杂交革命的“野败”那样,有可能引发小麦杂交育种大变革的“神奇小麦”。

营养丰富,

蓝色小麦走向种加销产业化

蓝色小麦,为何呈现蓝色?耿爱民解释道,我们常见常吃的小麦,籽粒白中透黄；还有少数小麦籽粒是紫色的、黑色的,而蓝色小麦极其少见。这种小麦籽粒中含有大量花青素,因此呈现蓝色。

人体的衰老以及细胞癌变都是“自由基”在作怪。花青素是一种抗氧化剂,能够保护人体,使其免受“自由基”的损伤。花青素对自由基的清除能力是维生素E的50倍、维生素C的20倍。花青素拥有跨越血脑屏障的能力,可以直接保护大脑中枢神经系统。此外,它还能增大血管弹性,保护动脉内壁,降低血压；清除小血栓,预防动脉粥样硬化；改善循环系统,减少心脏病和中风发生几率……

蓝色小麦在生长发育过程中,能富集铬、锌、铁、硒等微量元素。其中的铬可激活胰岛素,降低人体血糖含量。人体缺铬时,很容易出现糖代谢失调,如不及时补充铬,就会患糖尿病。蓝色小麦含有易被人体吸收的三价铬,又不超标。有一些糖尿病人,改吃蓝色小麦制作的面食之后,感觉转好。据统计,我国目前约有1.14亿名糖尿病患者。在营养学家看来,用蓝色小麦制作的特殊功能食品,或将为糖尿病患者们带来福音。

耿爱民介绍说,蓝色小麦籽粒中的花青素存在于糊粉层及胚乳中,通过正常工艺磨粉就可以将其营养物质保存在面粉中。而紫色小麦中的花青素只存在于种皮中,带“皮”磨成全麦粉才能保留花青素,吃起来自然口感不佳。

用蓝色小麦磨成的面粉,可以用来烤制面包,也可以制作水饺、面条、馒头、蒸包等多种大众食品。这些食品的口味与普通小麦的几乎一样。

目前,在耿爱民的协调下,成立了公司,实施种植、加工与销售一体化运营,目前每年有数十万斤蓝色小麦面粉投放青岛、淄博等地市场,很受欢迎。

十年磨一剑,

实现“蓝矮败”遗传背景冬性化

小麦雌雄同花,属于自花授粉的作物,自然状态下都是自交。要想杂交,必须借助人工去雄、辅助授粉方能完成。多少年来,年年如此。

1972年,山西省太谷县女知青高忠丽,在麦地里发现了一种小麦不育植株。后来专家将其称为“太谷核不育”,国际基因组织将其核不育基因命名为“Ms2”。这种小麦不育植株,颖壳开张角度大,开张时间长,柱头外露,授粉便可结实。

20世纪90年代,中国农业科学院作物科学研究所刘秉华研究员领衔的科研团队经过长期研究,将太谷核不育基因Ms2与矮秆基因Rht10连锁在4D染色体短臂上,获得另一国宝级的小麦种质“矮败”。因此,刘秉华团队被授予2010年国家科技进步奖一等奖。

四川的田宁、蒲宗君等人继续研究,1997年取得突破进展,将蓝粒性状基因导入“矮败”小麦材料中,育成了“蓝矮败”——一种蓝粒、矮秆且花药败育的具有弱冬性偏春性的新种质,实现了种子下地前便能区分“可育”与“不育”的飞跃,为小麦杂种优势的利用提供了可能。

生物界中,杂种优势普遍存在。20世纪40年代,国内外专家便开始进行杂交小麦育种利用研究。他们通过多条途径探索,但进展缓慢。

“蓝矮败”不育种质创制成功之后,人们看到了新希望,业内专家欣喜地称,“这为小麦杂种优势利用开辟了一条全新的途径”。

有了“蓝矮败”,是否就能进行小麦杂交种子生产与广泛利用?

我国有南北之差,小麦种植区自然生态多样,种植的小麦也有冬、春之分。

四川科学家创制的新种质“蓝矮败”具有弱冬偏春性的背景。要想在我国小麦主产区利用“蓝矮败”种质,必须进行遗传背景的转育,将“蓝矮败”由偏春性转向冬性、半冬性,才能组配筛选出适合黄淮海主麦区及北方冬麦区种植的小麦杂交种。

从2008年起,耿爱民带领团队成员研究探索,历经十载,终于实现了“蓝矮败”遗传背景的冬性化,为杂交小麦在不同冬春性麦区的广泛种植奠定了基础。

耿爱民介绍说,利用神奇的“蓝矮败”可以把任何一个小麦品种选育成蓝色的这一品种。利用“蓝矮败”制种时,只要将色选出的蓝粒的“蓝矮败”种子作母本,与白粒父本按6:2的行比,在大田里播种,靠自然授粉即可。而且,由于“蓝矮败”茎秆矮小易于授粉、便于保纯。这些特点,使得杂交小麦的大田制种变得简单起来,像杂交玉米制种一样,杂交小麦的产业化生产成为可能。“蓝矮败”小麦授上白粒品种的花粉,同一颗麦穗上还会结出蓝、白两种籽粒。

如何把“蓝矮败”小麦的蓝粒从中分拣出来呢?单靠人工,工作量太大,无法满足市场需求。科研人员经过艰辛探索,研发成功智能色选机。用它分拣杂交小麦的籽粒,方便又高效,一台七通路色选机每小时可分拣5吨产品,完全可以满足大田用种之需。

了解作物遗传学知识的人都知道,小麦的冬性与春性而言,春性为显性。如果说春性“蓝矮败”的成功选育为小麦杂种优势利用增加了一条全新途径,那么冬性“蓝矮败”种质材料的育成则为我国不同生态区利用小麦杂交种提供了可能。

连接大平台,

小院里完成“蓝矮败”转育

笔者跟随耿爱民来到菜园村,走进他家的院子看到,大部分没有硬化的地面上,被塑料编织布隔成110个棋盘状的方格子,每一个方格子里都栽植着几行小麦,构成一个转育品系。耿爱民介绍,其中母本均为“蓝矮败”,父本则分别为来自我国各大麦区的主要优异品种,包括济麦22、山农28、泰农33、烟农1212、衡观35、郑麦7698、徐麦36、中麦36等。至今,这些优异品种都进行了“蓝矮败”转育。

耿爱民利用“蓝矮败”小麦拓建了多个性状轮回选择群体与基因库。例如,组建了小麦抗赤霉病轮选群体、抗白粉病轮选群体、抗锈病轮选群体、抗纹枯病轮选群体、强筋轮选群体、抗旱轮选群体等性状轮回选择群体。同时,拓建了一个小麦综合性状改良基因库。

抗赤霉病、抗白粉病、抗锈病、抗纹枯病、抗旱、强筋……内行人透过这一个个关键词或词组便可看到,耿爱民团队关注和攻关的目标,基本涵盖了当前小麦育种的重点、关键点。

当然,按照这样的思路,他们未必一定能在短时间育成大品种,但他们开启的却是功在千秋、利在子孙的小麦种质保存与持久创新事业。以此为基础,他们可以在较短时间内选育出适应不同区域或者环境的杂交小麦新组合或蓝色小麦新品系。比如,种植在中低产田,甚至旱薄盐碱地的新品系,使之迅速提高产量。

众所周知,运用杂交优势是大幅度提高作物产量的重要途径,在世界三大粮食作物小麦、水稻和玉米中,小麦是迄今为止仍未大面积应用杂交种的粮食作物。

耿爱民说,有了“蓝矮败”这个稀世珍品——蓝籽、矮秆、花药败育三个性状相互标记的特殊小麦种质,依托它作平台,便可能摆脱依靠人力去雄授粉杂交的桎梏,实现小麦杂交育种的规模化产业化。

痴心科研,

38载小麦育种栽培未了情

时光倒流到38年前。1982年1月,经过4年的系统学习,耿爱民从山东农学院(现山东农业大学)毕业了。作为“文革”之后入校的首批大学生,他掌握了扎实的农学专业知识,走出大学大门,被分配到惠民地区农科所,从此与农业科学研究结缘。

岁月悠悠,沧桑巨变,当年的毛头小伙子如今变成了头发花白的老人,当年的大学毕业生如今变成了知名农业专家——滨州市农业科学院研究员,他还曾担任滨州市小麦种质创新与利用重点实验室主任、国家小麦产业技术体系滨州综合试验站站长、国家“渤海粮仓”滨州项目区特聘专家。始终不变的,是他对农业科研的那份迷恋与痴情。

历经38载风霜雨雪,耿爱民在小麦育种和栽培研究领域取得累累硕果:

——在小麦育种研究方面,他主持育成黑马1号、黑马2号等小麦品种及BY系列、AM系列优异小麦种质,与他人合作育成鲁麦23号。

——在小麦栽培技术研究方面,他主持编写了3套小麦栽培技术规程；研发创新高低畦栽培技术获发明专利授权,并共同研发机械实现了高低畦栽培的机械化,推动了井灌区小麦的节水高产,为此农村农业部在山东省召开现场会推介推广。

——在小麦栽培理论研究方面,他提出了“缩叶增非高光效,减负强秆重防倒,放高扩源增物重,优化株型增加穗数与穗重”的育种理念,得到同行认可；发现认知“小麦群体的三个饱和点”与小麦生产的关系,发现了小麦倒伏的骨牌效应与极限效应,完善了稻麦谷综合防倒技术体系,得到专家肯定。

——在小麦播种机械化研究方面,他研发小麦穗行播种机排种盘获得专利授权,指导制造了12行穗行与小区播种机样机,使小麦提纯复壮大规模穗行播种成为可能,从硬件上推动了小麦种子质量的提升。

耿爱民主持过多项山东省重点课题,先后获得地市科技进步奖一等奖1项、二等奖5项、三等奖4项,丰收奖一等奖1项,均为首位。代表奖项有“鲁麦23号繁育与推广”获原滨州地区科技进步奖一等奖、“小麦‘蓝矮败’轮选群体与基因库种质创新平台建设”获滨州市科技奖进步二等奖、“冬性半冬性‘蓝矮败’小麦不育种质创制”获滨州市科技进步奖二等奖,均为首位；他还以第一发明人的身份,获得国家发明专利授权8项。

2017年,耿爱民退休了,然而他没有放弃农业科研和技术推广,推动创办了淄博爱民种业有限公司兼任首席专家,创办了高青黄泛平原作物研究所并兼任所长,继续为小麦高产高效优质、为粮食安全而辛勤耕耘着。

这就是耿爱民,一位小麦育种与栽培专家的奋斗历程,一位花甲老人对山东乃至我国粮食安全的绵绵不了情!

(陈建志周新国)

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