李振聲：從野草中尋找靈感

方玄昌

“糧食的增產是一系列綜合因素共同作用下的結果，其中，育種技術只起到30%的作用。而我僅僅是小麥育種這個領域的一個引導者”

2月27日上午，國家科學技術獎勵大會在北京隆重舉行。中國科學院院士、遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員李振聲榮獲2006年度國家最高科學技術獎。

李振聲是該獎項的第10位獲得者。而另一位農業(yè)科學家袁隆平獲得了2000年度、即第一屆國家最高科技獎。至此，“南袁北李”——中國農業(yè)科學領域兩大泰斗級人物，先后都獲取了國內科學界的最高獎項。

“以興趣始”

“以興趣始，以毅力終”，李振聲推崇顧炎武的這句名言，并認為這句話對加強科技工作者的個人修養(yǎng)很有幫助。其實這句話也正是李振聲與小麥研究結緣50余年、并在該領域取得卓越成績的寫照。

李振生說，他愛上小麥育種研究有幾方面的原因：他出身農民家庭，對農業(yè)比較熟悉，1942年山東大旱，他挨過餓，知道糧食的珍惜、可貴。考進山東農學院后，農學家沈壽銓教授上的小麥育種課和余松烈教授的遺傳課對他產生了重要影響。一個有意思的事情是，當時學校農場繁殖了幾個優(yōu)良品種，包括齊大195、扁穗小麥、魚鱗白等，年輕的李振聲將這些優(yōu)良品種引回家中，種植后發(fā)現(xiàn)確實比當?shù)乩掀贩N增產，附近鄉(xiāng)親們都來換種。這都增進了他對小麥育種研究的興趣。

大學畢業(yè)后，李振聲在北京從事種植牧草改良土壤的研究，曾經收集種植800多種牧草，對牧草有一定研究，這為他以后“從野草中尋找靈感”打下了基礎。

1956年，李振聲被調往西北農業(yè)生物研究所工作，恰巧碰上了小麥條銹病大流行，導致小麥減產20%～30%，整個黃河流域就減產100多億斤，李振聲就是從這個時候開始對小麥的研究。

引起小麥條銹病大流行的原因是，當時小麥的骨干品種幾乎失去了對條銹病的抗性，而育成新品種的速度(8年)又趕不上條銹病病菌變異的速度(平均5.5年)。這成為當時一個世界性難題。

在這種情況下，李振聲提出通過“遠緣雜交”——即以親緣關系很遠的兩種植物雜交，將草的抗病基因轉移給小麥，選育持久性抗病小麥品種的設想，并開展了這項研究。

講述小麥的故事

“科學分兩個步驟，首先是認識自然規(guī)律，然后運用自然規(guī)律去改造自然。”李振聲說，他“將草的抗病基因轉移給小麥”的想法正是在了解普通小麥的自然進化過程之后自然形成的。他開始對本刊記者講述小麥發(fā)展的歷史。

我們現(xiàn)在種植的普通小麥是由三種野生植物經過兩次自然的遠緣雜交，經歷了九千年的選擇，才形成的?？脊艑W家在中東地區(qū)古墓里挖出了九千年之前的小麥，叫“一粒小麥”——一個小穗上只結一粒種子，產量很低。

后來，這個一粒小麥遇到了一種田間雜草，叫擬斯卑爾脫山羊草，發(fā)生了天然雜交，這就是第一次遠緣雜交。這次雜交后，一粒小麥就變成了二粒小麥——一個小穗上長兩粒種子，產量提高了。

到公元前五千年左右的時候，二粒小麥又和另外一個山羊草相遇，進行了第二次自然的遠緣雜交，形成了普通小麥。

第二次雜交以后，小麥的面粉產生了非常大的變化?！耙涣Ｐ←満投Ｐ←溎コ鰜淼拿娣鄱际遣荒馨l(fā)面的，到了普通小麥，這個面粉才能夠發(fā)起來。我們今天能夠吃到饅頭、面包，就是因為能夠發(fā)面，這個基因哪里來的？就是它的第二個衍生親本叫粗山羊草貢獻了這個基因?！崩钫衤曊f，根據(jù)小麥的歷史，他也就自然產生了另一種想法，“普通小麥在人類的照料下成長了5000年，而野草完全接受大自然的選擇，不會像小麥那樣嬌生慣養(yǎng)。我們是否可以嘗試把野草頑強的抗病基因加入到小麥里面去？”

于是，李振聲的課題組從數(shù)百種牧草中選出了12種牧草和小麥做雜交，其中成功了三種，從培育出的后代來看，以長穗偃麥草做雜交最好，所以這以后就集中來做長穗偃麥草，這樣一做就做了20年。

有心人，天不負

遠緣雜交的難題，主要有三個：雜交不親和(即物種雜交不產生后代)、雜種不育和后代“瘋狂分離”。對小麥與長穗偃麥草的雜交來說，前兩個問題經過兩年的努力就基本上解決了，困難是第三個問題，即從外觀上看，雜種分離的類型很多，而且很不穩(wěn)定。有時一個雜種看著很好，而下一代卻面目全非了。

其次，就是對雜種的鑒定與篩選。李振聲說，這有時要靠機遇與細心的工作。比如小偃6號有一個非常重要的特性——耐強光和干熱風，這個特性的發(fā)現(xiàn)就有一定的偶然性，或者說運氣。

1964年，小麥成熟前連續(xù)40天陰雨，到6月14日天氣突然暴晴，一天的功夫，幾乎所有的小麥都青干了。1000多份雜種中除小偃6號的祖父小偃55-6和長穗偃麥草之外，其他的全部青干了，而小偃55-6仍保持著金黃顏色。

“這是一個十分難得的材料，我們抓住這個材料又經過兩次雜交，育成了一個具有相對持久的抗病性(作為陜西省小麥骨干品種長達15年以上)、高產、穩(wěn)產、優(yōu)質的小麥新品種——小偃6號?！?/p>

經過20多年時間的培育，小偃6號終于獲得成功，到80年代末，它在1.5億畝土地上種植，使小麥產量增產60億斤。如今，小偃6號經過進一步雜交培育，它的“直系”后代已經有53個品種，均被推廣種植。

“國以糧為天”

李振聲并不僅僅只是研制出了一種抗病害、使小麥增產的小偃6號，他還利用遠緣雜交獲得的“小偃藍?！睘椴牧?，在國際上首創(chuàng)了一套新的染色體工程育種系統(tǒng)，大大縮短了將外緣基因導入小麥的時間。

從上世紀90年代開始，李振聲選擇了一個新的研究方向：開展作物高效利用營養(yǎng)元素的育種探索。他對本刊介紹說，從上世紀80年代末、90年代初開始，化肥使用量的增長速度不變，而作物產量的同步增長卻幾乎停止了。李振聲前瞻性地開創(chuàng)了以提高磷、氮吸收和利用效率為主的小麥育種新方向。

李振聲獲得2006年度國家最高科技獎的另一個重要原因是，他在關鍵的時候提出了糧食需要實行恢復性生產的建議。

2004年，中國出現(xiàn)了糧食連續(xù)5年下滑的情況。在這一年的人文論壇上，李振聲發(fā)表了題為“糧食恢復性生產，時不我待”的講演，引起了各方面的關注。“實際上，在這之前我在一些場合就談過糧食下滑的問題，但未引起人們重視。這次人文論壇我覺得是個機會，就做了一些準備，發(fā)現(xiàn)問題確實嚴重?！?/p>

李振聲說，中國糧食總產量從1998年的10245.9億斤，到2003年已經下降到8613.4億斤，5年減少了1632.5億斤；人均糧食從821斤下降到667斤，相當于80年代初的水平，后退了20年?！巴瑫r，我分析了減產的原因，發(fā)現(xiàn)70%以上的因素是糧食播種面積的減少；不到30%因素是糧食單產的下降。即政策因素起了主導作用，因此提出爭取三年實現(xiàn)糧食恢復性增長的建議?！?/p>

李振聲的建議很快引起了中央的重視。由于中央采取了有利的支農措施，中國糧食生產連續(xù)三年實現(xiàn)了恢復性增長，2004年恢復到9389.4億斤, 2005年恢復到9680.0億斤, 2006年達到9949.0億斤。

引導者的角色

李振聲說，在生物學領域中，農業(yè)科學是中國科學家處在世界領先地位的學科。中國以占世界7%的土地，養(yǎng)活了占世界21%的人口。一組數(shù)據(jù)顯示，從1978年到1998年，中國水稻總產增加627億公斤，小麥總產增加694億公斤，說明小麥對中國糧食安全也發(fā)揮著重要作用。

“然而，不能過分夸大育種在其中所起的作用。我認為，糧食的增產是一系列綜合因素共同作用下的結果，其中，育種技術只起到30%的作用，而農藥、化肥的合理利用等其他因素要占據(jù)70%的作用?！睅缀醌@得過國內所有重大科學獎項(全國科學大會獎、國家科技發(fā)明一等獎、陳嘉庚農業(yè)科技獎、何粱何利農業(yè)科技獎)的李振聲在評論自己所做的貢獻時依然保持低調，“而我所做的工作，僅僅是在小麥育種這個領域起到了一個引導、帶頭的作用。”