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国际首次!中国青年科学家突破水稻低温减产难题!

来源:共青团中央2022-05-16 20:26

  他皮肤黝黑,大部分时间里都是在稻田与实验室之间独来独往;他将北方粳稻耐冷基因克隆到南方籼稻种子基因中,迄今共培育出16个水稻新品种;他为“中国碗”装“中国稻”增添底气,为“中国稻”增添“中国芯”。他叫 周雷,第26届“中国青年五四奖章”获得者。

  与水稻为伴

  “没时间去想孤不孤独”

  5月2日下午,从湖北洪湖看望父母返回武汉后,周雷换上胶鞋,戴了顶草帽,钻进湖北省农业科学院的试验田里。他蹲下身子,拨开团队此前插上的早稻秧苗,观察长势。

  这位80后青年科学家、湖北省农科院粮食作物研究所研究室主任有一双农民般粗糙的手:晒得黢黑、上面总带有细微的小伤口。这是常年与水稻“亲密接触”留下的印记。

  事实上,每年超过300天里,周雷都“泡”在田间地头和实验室,围绕水稻遗传育种开展科研攻关。

  十多年来,周雷带领团队在国际上首次成功克隆水稻生殖生长期耐冷基因CTB4a并解析其分子机理,攻克籼稻花药培养力低下等“卡脖子”难题;培育出16个水稻新品种,累计推广面积5000多万亩、增产粮食30多亿斤。

  今年,为“中国碗”装“中国稻”增添底气、为“中国稻”增添“中国芯”的周雷,被授予第26届“中国青年五四奖章”。

  周雷是“农民的儿子”,水稻曾伴随他整个童年。

  1983年,他出生在洪湖一个农村,父母每年插秧、割稻,常常连午饭都来不及回家吃。一度,不到10岁的周雷做好饭菜送到田里,最忙时他也要下田帮忙,一天插秧下来,“腰都直不起来”。

  这样辛苦的农活儿,收入却不高。周雷自小埋下一颗梦想的“种子”:他希望将来能通过技术改变农业现状,“让千千万万像咱爸妈这样的中国普通农民,能过得好一点。”

  1999年,周雷当时就读的母校——荆州中学传出一位从事水稻基因组研究的校友当选为中国科学院院士的消息。周雷儿时埋下的那颗种子瞬间生根发芽,最终驱使他报考了华中农业大学。

  “原来,农学不仅仅是种田,还和生物学紧密相关。”本科期间,在做“孟德尔的豌豆杂交实验”时,他第一次感受到了用实验探索生物学的魅力,从此对遗传学实验产生了浓厚兴趣。后来,他考入中国农业大学硕博连读,开启在遗传育种领域的求索之路。

  2010年,周雷博士毕业进入湖北省农科院工作。水稻良种是水稻产业的“芯片”,想起童年关于水稻的记忆,加之水稻是湖北最主要的农作物之一,他选择聚焦水稻遗传育种开展科研。

  研究常年需要辗转于实验室和农田之间。夏天,为了避开最热的时间段,周雷天刚蒙蒙亮就得起床,到地里时往往还不到清晨6点。稻叶割手,起初周雷有点为难:衣服穿多了,40度的高温天气里,一上午下来整个人被汗水湿透,还容易中暑;穿得少,胳膊又容易被割伤。他想出个法子:给手臂套上冰袖。稻田里蚊虫多,就套上胶鞋、长裤。

  冬天,湖北的气温就不适合做水稻繁育实验了。周雷前去海南陵水基地开展“南繁”工作。试验田里,同事徐华山注意到,周雷常常在稻丛间一蹲就是几个小时。头顶太阳晒,脚下水汽蒸,身边蚊虫绕,周雷却能聚精会神地把住穗头,剪颖、去雄、套袋、授粉、封口、记录、建档……除了中午吃饭休息、晚上收工,周雷其他时间都在地里。

  科研任务重,周雷经常春节不能回家。他倒不觉得孤独:“认准了要做的事情,其实就没时间去想孤不孤独这回事了。”相反,他将“南繁”看作学习交流的好机会:各省的科研工作者吃住都在同一个小镇上,有时甚至就在同一个基地里,“相互交流学习非常方便”。

  首次克隆水稻耐冷基因

  化解水稻低温减产风险

  水稻遗传育种是极具探索性的过程。与国内外的学者交流学习,是周雷积累经验、寻找“灵感”的方法之一。

  2018年,得知美国威斯康星大学有个关于水稻遗传育种的科研项目,周雷决定前去访问交流。不巧,等赶到时,项目组已离开了威斯康星。他并未气馁,而是跟随华人学者、国际植物染色体生物学研究领域领军科学家蒋继明教授学习相关知识。

  基础研究是科技创新体系的源头,所有技术问题的“总开关”。“做出来的东西首先要能说服自己。”老师的话让他印象深刻。周雷后来也一直用这句话来要求自己和学生认真对待科研、对待农业理论基础研究。

  回国后,他和同事创造性地构建出分子标记与花药培养相结合的高效籼稻育种技术体系,花药培养效率提高了7倍,达到国际领先水平。基于这一技术,团队的科研项目“长江中游优质中籼稻新品种培育与应用”获得2020年国家科技进步奖二等奖。

  周雷清楚,“农业科研大多数时都没什么‘重大突破’,而是克服寂寞之后、水到渠成的过程。”他坦言,一个新品种可能会有上百种配方,他和团队要做的就是筛选出那个最优化的配方。

  粮食低温减产问题,曾困扰我国农学研究者多年。周雷从研究生阶段就跟随导师李自超教授展开攻关,前后花费十余年,终于在2017年首次成功克隆并解析分子机理的水稻生殖生长期耐冷基因CTB4a。这一研究结果也宣告了我国在水稻耐冷基因克隆领域的领先地位。

  “我们现在做的就是把北方粳稻里的耐冷基因克隆到南方籼稻种子的基因里。大概5年后,水稻就可以从品种上解决低温减产问题”,周雷有些自豪,“这样我们国家就再也不用担心低温造成的粮食风险了。”

  破解鄂稻高产不优质难题

  助力农民增产增收

  作为湖北省博士服务团成员,周雷从参加工作起便对口帮扶荆门市京山县和宜昌市远安县,包括21个贫困村和30多家企业。

  湖北虽是水稻大省,但长期以来稻米品质不优、品牌不响。这也直接导致湖北稻价低、农民收入少。为此,周雷和同事坚持收集种质资源、选配育种亲本,培育优质高产水稻新品种。 在数以万计的杂交组合中,育成了“巨2优60”等16个优质水稻新品种,兼顾了高产与品质。

  “看改种新品种的人赚钱了,其他农户自然愿意跟着种了。” 2017年推广巨2优60时,周雷告诉种粮大户,这一新品种施肥量只需达到常规品种的三分之二,对方对此犹豫不决。双方约定同步种植试验。结果,新品种果然丰收了、品质也很高,最终得以成功推广。

  前些年,在湖北省潜江市,看到小龙虾市场火爆,很多农民“重虾轻稻”。周雷很是心急:只养虾不种稻,容易导致粮食安全隐患;小龙虾价格波动大,也会造成农民收入不稳定。

  周雷和团队展开为期3年的调研。在发现虾稻田虫害多、水稻易倒伏的缺点后,他带领团队培育抗倒抗病的新品种。2015年,团队向湖北省有关部门提交报告, 提出“虾稻共作”的绿色发展模式。

  如今,这一模式已在湖北推广,并辐射至江西、湖南,实现了每亩虾稻田的水稻产量提升30%、农民收入增加50%。

  常年行走在田间,周雷晒得黝黑,也锻炼出一副好身板。空闲时,他会约上好友打羽毛球。碰上学农的青年找他探讨行业前景,他这样解答, “希望在田野上。它需要面向产业,把自己的事业和国家的需要结合起来,可能会很累,但一定会有收获。”

  如今,周雷已成为首批“湖北实验室”——洪山实验室的固定研究人员之一。他正努力培育出更优质的水稻品种,也希望能从原理上更好地解释它,为培育出不怕冷、少生病、有保健功能的水稻做准备。

  “我现在在做的就是‘藏粮于技’,通过科学育种把水稻的产量、品质再提升。”周雷期待,继续为我国乃至世界粮食安全贡献力量。

  编辑丨黄妍雯  校对丨李之媛  校审丨贾文程   值班编委丨金芙蓉

[ 责编:陈畅 ]
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