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钱前:站在农田上仰望星空

2024-04-09   新京报   阅读量:158

    研究水稻,一半在实验室,一半在田间,对钱前来说,还要在乡间田野寻找野生稻,在野生稻中发掘那些优异的基因和性状,把它们利用到育种中。

    走遍乡村田野,俯察品类之盛,登上万里高空,仰观宇宙之大。在科学家的世界里,农业不只是土地和田野,也有诗和远方,也有星辰大海的梦想。

    40年中,从南方的田野中走出,在无尽的山海间寻找一粒种子,在无垠的太空中种下一棵禾苗,中国科学院院士、中国农业科学院作物科学研究所研究员钱前觉得,他还是当初那个刚刚毕业,对农田和育种充满好奇的学生,“做水稻的这些年,让我明白吃苦的过程其实是人不断对抗自己,超越自己的过程,能吃苦才能做到更好的自律,人,越是自律,未来的发展空间才会越大。”他说。

    2023年12月21日,在清华大学附属小学,由北京市科协主办、北京科学中心、新京报社承办的“院士专家讲科学”活动中,钱前院士为年轻的学子们带来了一堂关于农业与梦想的科学课。钱前告诉学生们,农业是人类生存之本,不仅要立足大地,为人们的幸福生活耕耘,也要仰望宇宙,为未来的星海征途做准备。

    2023年12月21日,钱前在清华附小为孩子们讲述“种子的故事”。新京报记者 王远征 摄

    在乡间田野寻找野生稻

    1962年,钱前出生于安徽安庆,少年时曾对遗传育种产生兴趣,1979年考入南开大学生物系遗传专业,1983年毕业后,报考中国农科院作科所小麦育种专家的研究生未果,于是进入中国水稻研究所工作,成为水稻育种的一名年轻科研人员,踏入育种领域。从那时起,每年带着种子南下北上,参加南繁育种,冬天在海南三亚,夏天在浙江杭州,在40多摄氏度的高温下做杂交、做调查工作,40年未改其志。

    1989年,钱前获日本北海道大学遗传育种专业硕士学位,1995年获中国农业科学院研究生院遗传育种专业博士学位。此后,钱前长期从事作物种质资源研究,尤其是水稻种质资源发掘创新、重要农艺性状解析与分子育种等,研究成果先后获得国家自然科学一等奖、二等奖,国家科技进步二等奖等奖项。

    研究水稻,一半在实验室,一半在田间,对钱前来说,还要在乡间田野寻找野生稻,在野生稻中发掘那些优异的基因和性状,把它们利用到育种中。

    传统的杂交选育,需要人工在田间寻找那些表现优异的植株,再加以培育和选择,在众人都选择更加强壮的植株时,钱前常常反其道而行之,选择那些看似“瘦弱”的植株,有人和他开玩笑,说人家都去研究又高又壮的水稻,他怎么净挑这些奇形怪状的稻子?但钱前认为,基因是不会说假话的,它们的不同,决定了水稻的高、矮、胖、瘦,甚至是口感和品质。换句话说,一个品种高产或低产、口感好与坏、分蘖多与少,是由其内部基因序列的差异和表达调控的变化决定的。只有通过水稻性状、甚至是极端性状了解这些基因功能和作用方式,才能预测它们对水稻农艺性状的影响,进而培育最佳生长状态的水稻新品种。

    育成更多更好的水稻

    随着现代生物技术的发展,科学家们对基因的了解越来越深入,育种也变得越来越精准,这给钱前的研究带来了更大的便利。在众多的野生稻中,钱前和团队利用基因鉴定等技术,获得了水稻中的明星“小薇”以及它的姊妹材料,这是一种只有20厘米左右高的超矮秆水稻,适合工厂化生产,也适合未来的太空农场。2016年9月15日,“小薇”搭乘天宫二号空间实验室进入太空,探索太空植物培养的可行性。2023年7月25日,“小薇”再一次搭乘“问天”太空舱,一起在太空中,探索太空种植水稻的可能性。

    从微观的基因,到宏观的宇宙,钱前的水稻研究无所不至。如今,他又开始循着时间的脚步,探索那些藏在历史中的农耕智慧。

    就在2023年11月,钱前倡议建立了全国梯田科技联盟,致力于保护和开发传统梯田。梯田是传统时代农耕智慧的结晶,人们在高山上建成梯田,利用自然的流水,在梯田中种植水稻,千年不绝,至今犹在。钱前觉得,这些人们千百年建成的良田,不应该被淹没在历史中,而是需要以科技的力量,帮助梯田和梯田上耕作的人们,转型为现代农业,让古老的梯田重新发挥作用。

    这可能正是钱前的科研之路,从微观到宏观,从空间到时间,但他做的事情,却只有一件,那就是发掘和利用水稻资源,育成更多更好的水稻。“科学总是在进步的,人对科学的认知也是没有止境的。科研人员唯有日复一日、不畏艰苦地把一件事做到极致,才能在自己的领域有所收获。”他说。

    2023年12月21日,钱前在清华附小为孩子们讲述“种子的故事”。新京报记者 王远征 摄

    对话

    科学生涯 从充满好奇开始

    新京报:你是什么时候开始对科学感兴趣的?有没有什么特别的事情触动你,让你决心以后做一名科学家?

    钱前:我是恢复高考后的第三届大学生,我对科学的兴趣始于我年少时的好奇心,抱着这份好奇心,我考入了南开大学生物系,开始接触生命科学,觉得这是一个非常有趣但又充满未知的领域。彼时,中国农科院作科所的科学家鲍文奎先生,在小黑麦育种中,已经取得重要突破,他育成的小黑麦品种,不仅产量高,在耐寒性、耐贫瘠、耐旱、耐荫、抗病等各种抗性方面,也都明显优于普通小麦。那时候我知道了他的故事,就立志报考鲍先生的研究生,从事优异种质资源的发掘与创制。但很遗憾,我并未考取,据说鲍先生倾向于挑选农学专业的学生,认为有农学功底更能吃苦。考研的失利让我明白,想做农业研究,能吃苦是第一位的。

    新京报:但你还是走上了育种的道路,是什么样的契机让你坚持走这条路?

    钱前:对育种的兴趣是在我开始接触农业科学时逐渐培养起来的。1983年,我从南开大学毕业,接触到了育种工作,彼时恰逢中国水稻所刚刚建立,到南开大学招人,怀着对农业研究的坚持,我选择去了中国水稻所工作。也就是在中国水稻研究所,我才真正开始明白“做农业要能吃苦”到底是什么意思。为了做好育种工作,我在学中做,做中学,冬天到海南,夏天回杭州,一年当两年用,40多摄氏度的太阳下做杂交、做调查工作,低头一身汗,抬腿两脚泥,这是水稻人的常态。

    水稻田里 40年不变的初心

    新京报:育种是一件很艰苦的工作,你在之前并没有下过地,怎么坚持下来的?

    钱前:兴趣可能是最大的动力之一,到了水稻所以后,做小麦是不可能的了,但我感兴趣的方向从未改变,几十年来,我是一条道走到黑,把全部的精力和心血都投入到优异种质资源的创制与育种利用上。为了把这一件事做好,我东渡日本,北上首都,在水稻田里一待就是40多年。其实任何事情都一样,想做成就需要坚持,唯有日复一日、不畏艰苦地把一件事做到极致,才能在自己的领域有所收获。

    新京报:做科研会遇到瓶颈吗?怎么突破的?

    钱前:科技创新的道路,肯定会遇到瓶颈、难题。科研瓶颈期,看似困扰,实则契机。在我们追求科学真理的道路上,瓶颈期是常见的现象。这反而成为我们深入思考、超越自我的黄金期和转折期。要度过瓶颈期,我们必须认识到,个人的认知是有限的。因此,做科研一定要多交流、多讨论、多学习,掌握前沿动态,不能闭门造车。通过与同行交流,我们可以拓宽视野,发现自己的不足,同时也能从他人的经验中汲取智慧。人生不是百米冲刺而是漫长的马拉松,如何在顺境下泰然而处,抵得住诱惑,如何在逆境中不败雄心,扛得住压力,这些都需要有高尚的品格、稳固的三观、明辨是非的能力,才能走稳、走好人生路。

年轻时的钱前,在稻田里工作。受访者供图

    走进田野 感受土地的宽广

    新京报:还记得第一次下地吗?当时是什么情况?

    钱前:农业科学是实践科学,光坐在实验室是做不好农业科研的,肯定要下地的。我第一次下地是在我大学期间的实习中。那时,我被派往南开大学试验农场,温室外面就是农田,我也参与田间的农作物管理和观察工作。我记得当我第一次踏入农田时,感受到了土地的宽广和生命的活力。我看到了农作物在阳光下生长的奇迹,这给我留下了深刻的印象。

    新京报:你认为做农业科研,最重要的是什么?

    钱前:在田间做科研的确是辛苦的,中华五千年,老祖宗给我们留下了许多宝贵财富,其中我最推崇吃苦耐劳,谦虚谨慎,勤学奋进。一个人想要走得高,走得远,不仅要有丰富的学识,更重要的是有高尚的品德。做水稻的这些年,让我明白,吃苦的过程其实是人不断对抗自己,超越自己的过程,能吃苦才能做到更好的自律,人,越是自律,未来的发展空间才会越大。

    新京报:对年轻的科研工作者,有什么想说的话吗?

    钱前:1996年,我博士后出站。回来头两年没有科研经费——没钱搞研究对每个年轻的科研人员都是大问题,不过我还算幸运的。日本国际农业研究中心和中国合作改良中国的水稻品质,每年派一个专家常驻中国水稻所,我们这边需要有人主持这个项目,所里选择了我,可能是因为我会日语。每年大概有100万人民币的经费。假如没这笔钱,我的科研起步很难。你要想独立做一些东西、搞原创的东西,可能真是得三十几岁的时候就要独当一面,如果掣肘太多就很难做到。所以我现在带的团队,我会告诉他们,你要真有好的想法,该怎么做就怎么做。

    国之重器 种子是农业未来

    新京报:你是国家作物种质库的负责人,许多人都对这个被称为“种子银行”的地方充满兴趣,能否介绍一下?

    钱前:种子是农业的芯片,没有好的种子,粮食安全就无法保障,我们也不会吃到好吃的水果蔬菜。我国有全球容量最大的作物种质库,就在北京,可以容纳150万份种质资源。为什么说种质资源而不说种子呢?种质资源是指携带植物遗传物质的资源,种子是其中的一种表现形式,还有的是花粉、茎尖等。我国的国家作物种质库中,目前保存着53万多份种质资源,大部分是种子形态,还有一部分是花粉、茎尖等,还有DNA保存的。53万多份种质资源中,有很多地方品种,有些在外面已经找不到了,消失了,只有种质库中有保存。

    新京报:这些种质资源是如何利用的?

    钱前:这些收藏起来的种子,其实有很多性状并不太好,不符合现代农业生产的需求,或者产量比较低,或者某种抗性不高,所以慢慢消失了。可以说它们是“差生代表队”,但实际上,所谓的差生,只是环境不同,比如一种低纤维的水稻,不抗倒伏,容易断,但如果养鱼,就是非常好的材料。所以,种质资源其实是不分“好”和“坏”的,那些生产中不再使用的品种,可能藏着某些特别优秀的基因,可以说它们其实算是“偏科生”,科学家们通过育种的手段,把这些优异的基因导入栽培的品种中,就能获得非常好的新品种。如果没有这些,育种就没有材料,没有基础,所以说种子是农业的芯片,种质资源是育种的芯片,我们今天把14亿人的饭碗端在我们自己手上,都是从种质资源开始的。

    新京报:老品种可以直接再一次利用吗?

    钱前:也可以的,有些老品种,本身有非常好的品质,只是因为产量比较低,所以慢慢不种了。但随着生活水平的提升,人们对品种、口感的要求越来越高,许多老品种也重新有了用武之地。举例来说,有一种叫“遮放贡米”的地方品种,产于云南省芒市遮放镇,当地名为“毫目细”,在历史上长期作为贡米生产。随着社会的发展,遮放贡米消失于田间,前些年,当地申请将保存的种子取出,重新繁育种植,遮放贡米也得以再次出现在世人面前,如今在当地,这种消失而又复现的贡米,每斤可以卖到数百元,每年产值超过4亿元。再如,不少人说“现在的西红柿没有小时候好吃了”。现在,科学家在种质库中可以找到不同味道的种质资源,培育不同品种的西红柿,让人们可以寻回自己儿时的独家记忆。

    赶赴山海 去寻找一粒种子

    新京报:你长期从事水稻种质资源发掘和利用工作,是不是要经常到处去寻找野生稻资源?有没有记忆比较深刻的故事?

    钱前:作为水稻研究者,确实有机会看到野生稻资源。我第一次看到野生稻圃是在江西东乡,这里是中国最北的野生稻保存地,现在已经成为野生稻原生境保护点。我还记得当时的兴奋,因为野生稻品种具有抗逆性和丰富的遗传资源,每一株野生稻都可能蕴藏着宝贵的基因资源,对于改良栽培稻具有重要的意义。

    新京报:在野生稻中,你有没有发掘出让你觉得特别惊艳的基因或者材料?又是怎么利用它们的?

    钱前:野生稻是水稻种质资源天然的基因库,在长期的自然选择压力下,积累了诸多优良性状决定基因,为新基因发掘和种质创新提供了新机遇。通过开展规模化的种质资源精准鉴定,创造有利性状表达的环境条件,高效发掘资源中蕴藏的控制多年生、抗病虫等重要农艺性状基因,明确这些基因的育种利用价值,从而加快育种利用和遗传改良进程,全面提升我国种业科技竞争实力,为实现种业振兴提供有效支撑。我们在广西野生稻里发掘到耐冷性特别强的品种,这个基因对解决作物的耐冷问题具有重要意义。我们打算进一步研究和利用这些基因和材料,将其转移到栽培稻中,提高水稻的耐冷性和产量。

    在海南岛 建设野生稻家园

    新京报:这些搜集来的野生稻也会保存在种质库中吗?

    钱前:从上世纪中叶开始,我国科学家就有意搜寻和收集野生稻,我国是水稻原产国,从海南到广西,从广东到江西,野生稻资源十分丰富。钱前介绍,我国在广西、广东和云南,分别建有野生稻种质圃,同时在国家种质资源库中,还以种子的形式保存着10万份水稻资源。我们的种质库是一个大系统,国家作物种质库是一个长期库,每年也会给科研单位提供各种种质资源,但它的主要功能是长期保存和鉴定。除长期库外,我们还有15个国家级中期库,建在全国各地,主要功能是分发利用,还有种质圃,专门保存那些需要活体保存的种质资源。2023年,我国建成了世界上最大的野生稻种质圃,在海南三亚,可以容纳4万份野生稻种质资源,全球22种野生稻,在这里都可以找到。

    新京报:野生稻有怎样的作用?为什么要活体保存?

    钱前:在人类长期的驯化和选育中,栽培水稻的遗传基因会出现明显的同质化。表面上看,它们的产量更高,甚至品质也更好,但长远看,它们实际上缺乏应对风险的能力。而野生稻长期生活在自然界,有很多特殊的本领,比如普通野生稻,它是匍匐的,结实也不多,而且还有落粒的问题,但它的抗病性非常强。后来,科学家们从普通野生稻中找回了一个抗病基因,重新导入到栽培水稻中。最典型的例子还是杂交水稻的突破,1970年,袁隆平和他的团队,在海南三亚找到了一株雄性不育的野生稻,踏出了杂交水稻最重要的一步。再比如,多年从事水稻育种的云南大学教授胡凤益,利用一种来自非洲的野生稻,育成了多年生水稻新品种,这种水稻种一年,可以收四到五年,就像韭菜一样,割了一茬,又长起来一茬。而多年生水稻利用的野生稻,就保存在海南的野生稻种质资源圃中。