第一遍培养出中国转基因棉花植株,未来差不几

日期:2019-10-16编辑作者:农活

在世人的眼中,伟大的科学家一般都需要仰视。然而在石家庄市农科院的一间办公室里见到赵国忠时,记者却发现他是个再普通不过的人。然而他却是攻克了棉花育种方面世界性难题的人。 有人说,“杂交水稻之父”袁隆平解决的是“吃的问题”,“棉痴”赵国忠解决的则是“穿的问题”。他研制成功的“双价抗虫棉”,使中国成为世界上第一个研制成功双价转基因抗虫棉的国家,也结束了中国依靠美国进口“棉种”的历史,转而变为出口。现在大半个中国种的棉花都记着赵国忠的功劳,有人把他与袁隆平的贡献相提并论,但对于他创造的财富,他自己也没有估算过。 他让中国棉花世界领先 有人说,不就是种棉花的吗?殊不知棉花在中国的地位和作用的重要。中国是世界五大产棉国之一,有多少农民靠种棉吃饭,靠种棉养家糊口,仅2005年纺织品出口创汇就超过1000亿美元。 上世纪九十年代,由于中国的棉种产量低、抗虫性差,因此在中国大量种植的棉种都依赖美国进口。美棉在中国冀、鲁、豫已占到80%以上,我国棉花生产面临着空前的压力。 20世纪90年代初,棉铃虫在我国连年爆发,导致中国很多北方区域已经放弃了棉花的种植。当时一说棉铃虫,大家都说没治了,因为它“除了电线杆不吃,啥都吃”。农民种出的棉花一多半都被棉铃虫吃了,给棉花生产造成直接和间接损失高达100亿元以上。为了防治,农民不得不大剂量使用农药,造成了严重的环境污染,也对身体健康带来危害。“白天给棉花打药,晚上自己打吊针”,成了当时很多种棉户的生活写照。 棉铃虫猖獗,当时不仅困扰中国,也是困扰世界的一大难题。在这种情况下,国家启动了“863计划”,而赵国忠的工作也就相应地从研究怎么提高棉花亩产量,转变成如何对抗棉铃虫了,赵国忠成了一个半辈子“与虫子打交道的人”。 为了实现突破,育种专家赵国忠与中国农科院生物技术研究所的基因专家一拍即合。为了加快进程,赵国忠像只候鸟,每年10月在北方收了棉花后赶紧拿着棉种再到海南种一季,次年4月再把在海南繁殖的种子带回来马上播种,一年收两季棉花,两年干出四年的活。在石家庄-海南的这条路上,赵国忠一跑就是三十年。 终于,赵国忠与他的同事们研究出了棉铃虫的克星——“双价转基因”抗虫棉。当时美国的“单价转基因”抗虫棉已经是世界领先了。“单价转基因”抗虫棉的弊端是棉铃虫经过几年便会产生抗药性,还会再生;而“双价转基因”抗虫棉彻底使棉农摆脱了棉铃虫的困扰,被称为“历史性的突破”,也使我国抗虫棉研究一跃领先世界水平。 而赵国忠的研究成果,也直接为国家创造了经济效益。以前每年国家都要花大笔外汇,从美国引进棉种。“当时买一斤种子,美国就要从中拿走相当的利润,最后中国才有仅仅百分之十几的利润率,真成了辛辛苦苦干一年,给美国人打工了。”赵国忠对此很不甘心。 赵国忠的“双价转基因”抗虫棉研究成功后,中国不但不用再引进美国棉种了,而且还对外出口到越南、印度、巴基斯坦等主要产棉国。同时,“双价转基因”抗虫棉省去了大量的农药,也有效地控制了环境的污染。 他在棉花地里度过了30个春秋 “五一劳动奖章获得者”、“全国先进工作者”、“三届全国人大代表”……这是罩在赵国忠头上的光环。然而在这些光环的背后,是在棉花地里与虫子打交道的30年,他过得更像农民,甚至民工。 赵国忠的试验基地,除了石家庄周边的一些棉地,还有一处在海南的三亚,距石家庄3000多公里。这30年,赵国忠多是在河北、海南的棉花地里度过的。 三十年前,交通远不如现在这样发达,到海南仅路程就得半个月。当时海南的自然条件和人文条件都非常恶劣。赵国忠除了要学着和黎族同胞打交道,还学会了用硫磺熏蛇,习惯了住潮湿低矮的草棚。 搞实践科研项目,最大的实验室就是田间地头。赵国忠天天长在棉花地里,从播种到灌溉再到收获,都是自己的事。“那时候哪有民工啊?”赵国忠苦笑着说,“都得自己干”。 比干农活更令人怵头的是毒蛇。海南当时还未开发,地里的蛇特别多,而且都是剧毒蛇。赵国忠在田间地头干活时,经常会碰到眼镜王蛇。最恐怖的一次是,前后不足两三米处同时遭遇两条眼镜王蛇。“那两条蛇就立着身子、吐着芯子看着我,要说不怕是假的。”赵国忠嘿嘿地笑着。“现在说起来轻松,当时真是吓出一身冷汗。有时摘棉花还会遇到竹叶青蛇缠绕在棉秆上。那时白天一看到蛇,晚上肯定做噩梦。”赵国忠说,他现在看电视都不能看演蛇的节目。 赵国忠除了做农民,还要做民工。 棉籽收获了,要从海南三亚运回石家庄,这在上世纪八十年代可不是件容易的事。棉种要从海南运回石家庄,要经过公路、水路和铁路。赵国忠每次押送棉种,都是在后车挂上和棉种坐在一起。一次翻越五指山时,连着遭遇8个陡坡急转的险情,他差一点就被甩到车外的悬崖下。 一次他把108个麻袋的棉种运回石家庄,这108个麻袋要搬到汽车上,然后再从汽车上卸下来,再搬到火车站的站台上,这些搬运的活儿都得他自己干。这时他更像壮劳力甚至苦力,没人会相信自己眼前站的是一位科学家。 交完300多元的运费,再买张车票,兜里已经没钱了。经过了一路的颠簸,赵国忠衣服又脏又破,头发又长人又瘦,上车后他实在太累了,一头扎在车座下面就睡着了。直到第二天早晨列车员打扫车厢,才把他从座位下“掏”出来。被拖出来的赵国忠差点被当成“盲流”,幸好他随身带着人大代表的证件,才证实了自己的身份。“一路经过生死险情、苦力般劳累都没怎么样,一进家门看到妻儿,才感到心酸。”记者注意到,57岁的赵国忠说到这儿时眼睛红了,有泪光闪动,他掩饰地看了看窗外,吸了吸鼻子。 经过30年艰苦的南繁北育,赵国忠培育出了国审冀棉8号、国审冀棉17、石远321这些享誉中外的优秀品种,这些都像赵国忠的孩子一样。其中冀棉8号在当时打破了北方棉区单产不能超过150公斤大关的局限,出现了大面积超150公斤的奇迹,最高亩产达176公斤,在北方棉区竖起一块高产的历史丰碑。而集高产、优质、早熟、抗病等于一体的冀棉17号,在黄河区试中产量夺得三连冠。 “南袁北赵,没必要比较名气” 如果说袁隆平解决的是吃的问题,那么赵国忠解决的则是穿的问题,一个搞水稻,一个搞棉花,都是攻克了世界性难题。 虽然赵国忠没有袁隆平的名气大,没有袁隆平的家喻户晓,但仍有人给予了“南袁北赵”的说法。对此赵国忠农民般憨厚地嘿嘿一笑:“低调,低调,别这样比较,只要培育出好品种,棉农增收了,我就幸福,真正给我打分的是产棉区的农民。” 产棉的棉农们果然没有忘记赵国忠带给他们的收获。抗虫棉育成了,棉农们高兴了。陕西一位棉农写的信发表在了陕西日报上,题目就叫《感谢科学家》。湖北仙桃创下了单株结铃596个的记录,仙桃市人大给了赵国忠“仙桃荣誉市民”的称号。 专家评论认为,赵国忠育种成功的“石远321”不仅仅在于获得了优种本身,更重要的还在于开创了我国生物技术研究从实验室走向生产实践的成功之路,对我国棉花育种和棉花生产影响深远。 “就这么一个小小的棉花,终其一生都研究不完” “就这么一个小小的棉花,终其一生都研究不完”,这是赵国忠经常挂在嘴边上的话。“咱们就得吃一看二观三”。生产实践不断地给赵国忠提出新的课题,现在他就在提高抗病性基础上,研究如何提高棉花品质。另外,还在立项研究抗盲椿蟓的杀虫机理。 “现在种植的土地越来越少,得想办法在单位面积上达到最大的利用率。现在棉花的绒长多为29毫米,如果把绒长提高到31毫米,也就实现了从中绒棉向长绒棉的进化”。看得出来,赵国忠不是一个很擅于言谈的人,但一说起棉花,他有说不完的话。 俗话说“十年磨一剑”,赵国忠是三十年磨一剑。30年间迈出了三大步,冀棉8号、石远321品种、双价转基因抗虫棉屡屡拿下中国科研大奖。现在,在全国一说起河北的棉花育种界,没有不竖大拇指的。 赵国忠说,他这一生目标很简单,他不想在人们心中编织一个神话,而是尽力为棉农的钱袋里增加一些实惠。还有就是让作为产棉大国的中国在技术上永远领先。

“棉布寸土皆有”,“织机十室必有”,明代宋应星的《天工开物》中如实记载着。自宋末元初,棉花始在内地种植,已过去700余年。而今,这历史悠久的如雪“花朵”早已搭上了高科技的快车,变身为“百毒不侵”的抗虫棉,继续履行着造福于民的重大职责。

中国种业十大功勋人物郭三堆:为农民做了点事

只见过“虫吃棉”,没见过“棉吃虫”,这是大多数棉农对国产抗虫棉最初的印象。20多年过去了,正是这不被众人所接受与看好的小小棉花,带着早已融入其体内的抗虫基因,走进了千家万户,悄无声息地改善着亿万棉农的生活,更记录着一个植棉强国的快速崛起。

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内忧外患“逼”出抗虫棉

棉铃虫经常被比喻成棉花植株上的“癌症”,郭三堆的出现,使棉花植株上的顽固病痛消退了。

“那是给逼出来的!”追溯抗虫棉诞生的原由,中国农科院生物技术研究所的郭三堆研究员如是说。

把外源基因成功转移到棉花中,创造了育种奇迹。中国农业科学院生物技术研究所研究员郭三堆在我国抗虫棉花育种上开创了先河。1993年,郭三堆和他的同事利用我国独创的花粉管通道法和农杆菌介导法,将具有自主知识产权的抗虫基因导入棉花品种,首次培育出中国转基因棉花植株。郭三堆被誉为“中国抗虫棉之父”。

20世纪90年代初,我国北方棉区棉铃虫连年大暴发,全国棉花总产下降43%左右,农民们吃尽了种棉治虫的苦头。原本在棉花种植期间只需喷洒1到3次农药就能制住的棉铃虫,那时喷药20多次依然无济于事。当气坏的棉农把害虫扔到农药原液中时,抗性变强的小虫却自得地游起泳来。据不完全统计,1992年至1996年因超量使用农药而中毒的人员多达数万人次,由于土壤环境受到严重污染,棉田几乎无法再种……棉农一度“谈虫色变”。

抗虫棉的推广,最终降低了农药使用所带来的污染,保护了生态环境,降低了生产成本,提高了棉花产量,增加了农民收入,提升了棉花产业的业态,改变了棉花产业的命运。

而棉花作为我国重要的战略物资,其生产遭到破坏也危及着我国的国家安全。多年的棉铃虫暴发使得国家经济损失高达数百亿元,作为我国出口创汇支柱产业之一的棉纺织业的大宗出口也受到了严重影响。

截至目前,我国育种家培育的国审、省审抗虫棉品种大概有300多个,每年在国内推广面积达5000多万亩,从1999年到2013年,累计推广5.4亿多亩,减少农药施用9000多万公斤。到2013年,抗虫棉种植面积达到我国植棉总面积的80%以上,累计为棉农增收节支900亿多元。

与此同时,大洋彼岸的美国孟山都公司已于1988年成功研制出Bt抗虫棉,并将这个先进的理念引入了中国,旨在占领中国极富潜力的植棉市场。在与孟山都公司谈判破裂后,生物技术研究所的范云六院士和郭三堆研究员不禁感慨:“我们能不能开展自己的分子育种项目?”

“抗虫棉的诞生,是内煎外熬逼出来的。”郭三堆这么说。

内忧外患的双重危机使得抗虫棉的研发迫在眉睫!1991年,在科技部“远瞻前沿,背靠土地”的精神激励下,国家863计划正式启动了棉花抗虫基因工程的育种研究,中国作为植棉大国无抗虫棉的历史从这一刻开始被改写。

上世纪90年代棉铃虫大暴发,导致整个国家出现“棉荒”,纺织业受到严重困扰。这,是内煎。国外种业步步紧逼,对引进抗虫棉技术漫天要价。这,是外熬。

单价抗虫棉:千呼万唤始出来

棉农艰辛的种植苦痛,让郭三堆的心头刺痛。棉农大量使用农药,开始的时候还可以,后来害虫产生了抗性,根本毒不死……原本在棉花生育期只需喷洒1—3次农药就能治住的棉铃虫,喷药20多次依然无济于事,人畜中毒数量却不断增加,棉田几乎无法再种,棉农无不“谈虫色变”。

“我们即将面对的仿若是自己从未谋面的孩子,心情兴奋而不安。当放在抗虫棉植株上的棉铃虫全部死光时,大棚里一片欢呼雀跃……” 回想起1994年单价抗虫棉小规模田间试验的那一幕,时任863计划生物技术领域专家委员会委员的黄大?教授仍然激动不已。

“一定要研制出有我国自主知识产权的抗虫棉。”郭三堆和同事顶住压力,夜以继日待在实验室,困了,就轮流在行军床上打盹……

1994年,拥有我国自主知识产权的单价抗虫棉研育成功,这使中国成为了世界上第二个成功研育抗虫棉的国家,打破了美国抗虫棉对我国市场的垄断格局,更为1997年后国产抗虫棉的迅速发展奠定了坚实基础。而这份胜利却充满了艰辛和挑战。

1991年,国家863计划正式启动了棉花抗虫基因工程的育种研究,中国作为植棉大国无抗虫棉的历史从这一刻开始被改写。1992年底,郭三堆领导的研究小组首次在国内合成了杀虫蛋白基因。1993年底,首次培育出中国转基因棉花植株。

由于当时我国在分子育种领域仍处于起步阶段,自行研制抗虫棉并不被外界所看好。美国的研究团队有上百名科学家,我们却只有六七个人。到底能不能成功?什么时候能成功?这样的疑问迫使原本就单薄的小组再次“缩水”,只剩下两三个人继续研究。“做了就不能半途而废,拼了命也要把它搞成!” 作为课题组的负责人,郭三堆的心中满是坚定。

为了提高抗虫棉后期的抗虫性,并进一步证明中国人有能力研制出更好的抗虫棉,1995年,郭三堆与同事们开始了双价抗虫基因研究。1997年,双价抗虫棉首次研制成功,1998年获得国家专利并通过安全性评价,1999年双价抗虫棉先后在河北、河南、山西、山东等9省区得到推广,棉农在省工、省药的同时,亩均增收节支200元以上。

24小时“耗”在实验室,行军床就是他们全部的“家当”。功夫不负有心人,经过一年零八个月的刻苦攻关,郭三堆和组员们成功合成和改造了Bt杀虫基因,研制出具有国际先进水平的表达载体,并以中国特色的花粉管通道法将杀虫基因导入了棉花植株。

“双价抗虫棉成果是出来了,但还不够,还要提高棉花产量,降低生产成本。”郭三堆暗暗努力着。1998年,他开始了三系杂交抗虫棉生物育种研究。2005年,第一个通过国家审定的三系杂交抗虫棉品种“银棉2号”,在全国区试中增产26.4%。这是三系杂交抗虫棉在国际上首次研究成功并应用于生产。三系杂交抗虫棉生物育种技术水平整体达到国际领先,是棉花杂交育种的又一重大突破,标志着中国已跻身抗虫棉培育强国之列。

“这不是一个人在战斗,最后的成功源自多位科学家的共同努力。” 郭三堆强调说。

“我的一生是幸运的,为国家、为农民做了点事情。”郭三堆说,自从推广抗虫棉以来,全国再没大面积暴发棉铃虫危害。

的确,转基因抗虫棉的研制成功融入了若干专家的辛勤工作。无论是倡导我国自行研制抗虫棉花的范云六院士,还是将转基因抗虫棉力推为863计划重大关键技术项目的责任专家贾士荣教授,或是日夜攻关、奉献所有在法国所学知识的课题组负责人郭三堆研究员,以及许许多多不为外人所知的无名英雄们。

长期从事高强度的研究工作,郭三堆病倒了,结肠癌在折磨着他。但郭三堆仍在不停地思索着如何解决棉花抗病、抗除草剂、优质高产、早熟等难题,他主持的耐旱耐盐碱新品种培育项目正在进行中。(原标题:“为农民做了点事”——记“中国抗虫棉之父”郭三堆)

2001年12月,当郭三堆接过世界知识产权组织和中国国家知识产权局联合为国产单价抗虫棉颁发的专利金奖时,他的心中满是自豪。这沉甸甸的奖杯标志着我国转基因抗虫棉培育技术的重大突破,中国不再是依赖国外抗虫棉的植棉落后大国,而跻身为享誉海外的抗虫棉培育强国。

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1996年,是我国抗虫棉发展历程中极为重要的一年。国产双价抗虫棉的诞生宣告着:在中美的又一次对决中,我们领先了!

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1999年,双价抗虫棉通过安全评价并获准生产,比美国双价抗虫棉应用于生产早了整整5年。

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在国产单价抗虫棉研育成功后,来自各界的质疑声一直不绝于耳,甚至有人认为项目组使用了国外的材料。为向国内外证明我国科学家具备成功研育抗虫棉的实力,郭三堆和组员们又在1994年开始了双价抗虫棉的研制工作。经过两年的技术攻关,生物技术研究所的科学家们率先研制出具备Bt和CpTI两种杀虫蛋白的双价抗虫棉。“双管齐下”有效地增强了杀虫效果,也大大延缓了棉虫产生抗性的时间。“国产双价抗虫棉的研制成功使我国在国际上占有了一席之地。” 郭三堆如是说。

在向各界证明了自己的实力后,郭三堆带领的科研团队并未就此止步。他们大胆地向含有融合杀虫蛋白的抗虫棉发起了冲击。“所谓融合杀虫蛋白就是把Bt和CpTI两种杀虫蛋白‘揉’在一起,成为一个蛋白,使两个蛋白的独立功能能够同步发挥作用,切实提升融合抗虫棉的杀虫效果。这一技术已走在了世界前列!” 郭三堆开心地说道。

2002年,融合抗虫棉研制成功;次年,进入安全评价并生产试验。课题组提供的数据表明,融合抗虫棉对敏感性棉铃虫的校正死亡率可达94%,其对抗性棉铃虫的校正死亡率也是单价抗虫棉的三倍还多。

三系抗虫棉:有“身份证”的高产抗虫棉

“看到这个分子标记了么?这就像三系抗虫棉特有的‘身份证’,有了这个依据,别人再也不敢乱谈我们的棉种是他们的了。”郭三堆自豪地说。

这是我国转抗虫基因三系杂交棉首次采用分子标记技术。科研人员可借助差异序列获得特殊的SCAR标记,用于辨别种子的真伪和归属。为保护育种者的自主知识产权提供了有力的科学依据。

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