发表时间:2024-01-03 12:59:09 来源:华体会体育登录地址
褐飞虱是亚洲水稻生产中的头号害虫。武汉大学生命科学学院杂交水稻全国重点实验室何光存教授,长期从事水稻抗褐飞虱的研究,取得了原创性和系统性的成果,找到了帮助水稻对抗褐飞虱的“疫苗”。其成果在全国得到了广泛利用,推动我们国家抗褐飞虱育种实现了零的突破和大面积生产应用。在《自然》等权威期刊发表论文100余篇;获得发明专利20件;曾以第一完成人获国家技术发明奖二等奖、大北农科技奖特等奖、湖北省自然科学奖一等奖和技术发明奖一等奖等奖项。
对线年度颁奖大会在北京钓鱼台国宾馆举行,何光存教授获2023年度科学与技术进步奖,是全国农学领域三位获奖科学家之一。
何光存:像我们武大的朱英国院士那样,很多老一辈农业科学家都是小时候吃过挨饿的苦,从而投身农业,立志要解决粮食问题。我的故事就很简单,可以说就是命运的安排。
我出生在湖北麻城黄土岗镇,是村里第一批高中毕业生之一。那个年代不能考大学,毕业后就当了民办老师。一年后,公社认为有文化的人应该服务农业,我就成了一名农业技术员,相当于有干部待遇的农民。干了3年,直到1976年,有了推荐上大学的机会,当时父亲认为我年龄不小了,该结婚成家,不同意我去读书。多亏了当时的乡党委书记坚持,我才得以去华中农业大学读书,一直读到硕士毕业。当然,那时候是不能选专业的,送我去就是学农学。
何光存:我在华农读硕士时研究水稻耐冷;去菲律宾国际水稻研究所进修学的是水稻抗病;后来去考取日本爱媛大学读博士,研究稻米品质;在湖北省农业科学院工作时,从事的是水稻育种研究;后来去英国做博士后工作,主要是做体细胞杂交。1995年回国后来到武汉大学,我还是做水稻研究,但是选择了一个全新的领域。
武汉大学在野生稻利用研究方面有雄厚基础和优势,创造了一大批材料。我加入了舒理慧教授课题组,选择抗褐飞虱为研究方向。当时不少人觉得抗虫研究可能出不了成果,很少有人去研究这个。但是我是当过农业技术员的,曾经最主要的任务就是防治害虫,我知道农村最需要这个,国家最需要这个。当时选择这个方向也是很需要勇气的,记得在国家项目答辩时,专家问我有什么经验,我只能如实地回答没有,要边学边做。但国家还是支持了我的想法,说明它真的是国家需要的。
何光存:褐飞虱是一种体长仅几毫米的小飞虫,喜欢蛰伏在水稻基部吸食汁液,造成水稻干枯死亡。褐飞虱有很强的抗药性,所以像无人机打农药这种方法,对它用处不大。褐飞虱不仅繁殖快,还能随着季风大规模迁移,成了整个亚洲水稻生产中的头号害虫。有权威统计显示,过去十年褐飞虱每年造成我国100多万吨粮食减产,那就是上百亿元的损失。所以,我们想先解决这一个最严重、最紧迫的问题,其他虫害可以复制经验。
何光存:是的,一开始我们是没有饲养褐飞虱的经验的,就向华农的张启发院士、杨长举教授还有省农科院的陈其志研究员学。最初只能小规模的养,现在我们的温室和大棚里,常年大规模饲养褐飞虱。我们要保证它们一年四季每天都有水稻吃,还要控制它们的天敌。
何光存:我们得知褐飞虱的唾液中含有一种蛋白,我们叫它BISP,会让水稻失去反抗能力,就像蚂蟥吸食人类的血液时,会让血液不易凝固一样。但是,有一些野生稻并不怕这个,它们有一种基因,像哨兵一样,发现褐飞虱唾液中的BISP蛋白后,就会给水稻“报警”,激活水稻的防御系统。这种基因让水稻识别危险后可以产生多种不同的抗虫反应,使褐飞虱不能吸食水稻汁液,因而生长受阻、死亡率上升。哪些水稻能够这样“反杀”褐飞虱?我们就得通过大量精细的实验去寻找。
何光存:我们搜集和鉴定了3000多份野生稻和农家品种,获得了200多份高抗褐飞虱原始资料材料,并成功克隆了第一个抗褐飞虱基因Bph14。但后来的研究又发现,超量表达的BISP会持续激活抗性反应,就像人体“免疫风暴”一样过度反应,最后导致水稻的生长发育受到严重影响。怎么能达到精细调控抗性水平,使植物生长和抗性达到平衡?我们继续研究,找到了一种可以造成BISP的自噬降解的蛋白。它就像打扫战场的人,当水稻已经很好地抵御了褐飞虱的攻击,它就会及时降解BISP,解除警报,让水稻回到正常状态生长。
何光存:是这样的。今年我们的成果登上《自然》杂志,就是因为弄清楚了三种蛋白互作调控植物抗虫反应分子机制,提出了在不降低产量的前提下实现抗虫育种的新策略。就好像我们得知了一种天然“疫苗”,它可以让水稻很好地抵抗褐飞虱的攻击,又不伤害到自己。现在我们已找到了5个抗性好的水稻抗虫基因。水稻育种科学家通过大量实验,证明了这些基因的有效性与重大利用价值。
何光存:我们找到了抗褐飞虱基因,并且知道了抗虫机理,下一步就是由育种专家通过杂交的手段,让更多水稻品种拥有这种“打疫苗”的效果。水稻育种需要的时间相对来说比较长,此外还需要一个推广的过程,我认为经过十年努力,应该能摘掉褐飞虱“水稻首要害虫”的帽子。
何光存:首先是要选对方向,做研究就是要做国家需要的项目,科学尚未突破的项目。然后就是坚持,坚持不懈地朝这个方向去努力。我跟学生讲过,50岁前,我很少在晚上10时前回过家。在学院任院长期间,平时太忙,往往是白天在实验田里忙完,晚上去实验室,每个周六开课题组组会。这些年,我从来没有停止过这项研究项目。
还有一点很重要,那就是我非常幸运,就是课题得到了国家项目的持续支持,在学校我们从始至终有实用的养虫设施条件,让我们大家可以心无旁骛脚踏实地做研究;我们的研究生非常认真刻苦,富有创新精神和能力。此外,我们研究的各个时期都得到了很多同行专家的慷慨帮助和指导,这样才可以从野生稻和古老品种中找到抗虫基因,让这些基因在育种和生产中发挥作用。
何光存:听起来学农是辛苦,但很有价值。而且,从事农学相关研究也没有人们想象中那么艰苦,下田是必须的,其目的是掌握基本技能。我们实验室和其他很多实验室一样,配备了经验比较丰富的工人师傅协助和辅导研究生种好水稻和饲养褐飞虱。与此同时,我们要看到现代的农学研究已经不单单是田间试验,而是要深入到分子细胞水平,探求机制;也要开展学科交叉研究,有效解决农业生产中的科学与技术难题,做出世界领先和学科前沿的成果。国家格外的重视农业研究,科研条件和经费已经有了很好的保障,未来我们要寻找新的抗虫途径,还要把水稻中取得的成果应用到其他农作物上去。这些都等着年轻一代去实现,做出对国家对人民有用的成果,造福全人类。