从麦田里走来的科学家——记中国工程院院士康振生

2021-09-28 15:41:34 来源:西部大开发杂志
  上世纪五十年代出生于四川安岳(为教师家庭),70年代初父母参加三线建设,他跟随来到陕西石泉。17岁时,康振生高中毕业后来到陕西石泉一个偏僻的山村劳动锻炼,插秧、割麦、修梯田,学会了各种农活,3年多的知青岁月,还使他对粮食生产的艰辛有了更深的理解和体会,也直接影响了他一生的价值取向。
 
  1977年,20岁的康振生考入西北农学院(现西北农林科技大学)植物保护专业学习,先后获得学士、硕士学位,1984年留校任教,由此开启了科研报国的壮阔征程。
 
  幸运的是,当他雄心勃勃的渴望在专业上有所建树时,以他的硕士研究生导师李振岐院士为代表的科学家们已经在国内首先揭示了小麦条锈病的发生发展规律:甘肃陇南、天水地区为小麦条锈菌的菌源基地,与之毗邻的陕西宝鸡等地区则处于菌源基地与东部黄淮麦区的“桥梁地带”。
 
  小麦条锈病有“小麦癌症”之称,一直是影响全球粮食安全的重大生物灾害,具有发生区域广、流行速率快、危害损失大的特点。一旦流行起来,常常造成小麦大幅度减产,严重时甚至绝收。资料显示,1950年,新中国遭遇了小麦条锈病大流行,损失小麦60亿公斤,相当于当年全国夏季征粮的总数,可够1700万人吃一年。因此,新中国成立以来,党中央、国务院一直十分重视小麦条锈病防控。早在1964年,周恩来总理就提出要像对付人类疾病一样来抓小麦条锈病防控工作。
 
  但是,条锈病是怎么来的?发病机理是什么?如何进行科学防治?一直是困扰全球科学家的重大难题。长期以来,国际上普遍流行的观点是,条锈病的发生主要是病菌在小麦上进行无性繁殖的结果,主要防治措施就是培育能抵抗病害的小麦品种。但是,育成一个品种需要八年到十年,而小麦条锈菌却不断地变异,新品种用不了三五年,抗病性就会丧失。且不说培育品种的高额费用,就是如此频繁的挑战,也在考验着人类的智慧、意志和精神。
 
  粮食是关系国计民生的特殊商品,在我国这样一个人口众多的大国显得尤为重要。农业是基础,粮食是基础的基础。粮食足则天下安,粮食安全是国家重大战略问题。高层决策者一再部署:要确保中国人的饭碗牢牢端在自己手里,我们的饭碗应该主要装中国粮。一位作家曾经充满深情地写道:“我们就是靠着这样一些小颗粒维持生命,支撑地球上庞大众多的人群发明、创造、繁衍、爱情……假如有一天,大地突然不再生长出麦子,那该怎么办?”
 
  小麦条锈病的发生规律、致病机理是什么?
 
  谁能擒住导致小麦条锈病产生、蔓延的真凶?
 
  鼙鼓已闻,良将安在?!
 
  从20世纪80年代起,康振生在导师李振岐院士带领下,将这个号称“小麦癌症”的病种列为重中之重,深入甘肃陇南、陇东、陕西关中小麦条锈病发生重点地区开展调查,在实验室进行病菌致病性分析鉴定。通过艰苦卓绝的努力,在国内首先发现了严重危害小麦主要品种的条锈菌新致病菌系,并对该菌系的发展趋势和危害性作了准确预测,他们提出的防治策略和解决途径被农业生产部门采纳,对防治和减轻小麦条锈病危害起到了重要的指导作用。1987年,该成果荣获陕西省科技进步奖三等奖。
 
  1987年,康振生追随李振岐院士,攻读植物病理学博士学位。次年,康振生前往加拿大农业部温尼伯研究所开展工作。他抓住这里在小麦锈病研究领域处于国际领先地位的有利条件,如饥似渴地广采博纳,兼容并蓄地信手拈来。通过去粗取精、取精用弘的扬弃与采撷,逐渐形成了自己独到的见解。1991年,在博士论文《小麦条锈病菌和秆锈菌超微结构和细胞化学的研究》中,康振生在国际上首次揭示了小麦条锈菌发育的细胞学特征,提出了吸器母细胞入侵结构形成所需的诱导因子是物理接触作用而非化学作用的新观点。回国之后,康振生又主编了《植物病原真菌的超微结构》和《植物病原真菌超微形态》两本专著,用800多幅照片首次系统地记录了中国200多个主要植物病原真菌各大类群的超微结构和超微形态特征,为破解小麦条锈病这一世界难题奠定了坚实的基础。
 
  在长期的科研实践和田野调查中,康振生和他的团队有了一个重大发现:在我国,新的致病菌小种始终是在西北越夏地区被发现的。为什么中国会存在这样一个区域?小麦条锈菌的菌种为何年年频繁变化?病原菌在这里究竟发生了什么?而且变化总在中国西北地区发生?不管对中国,还是全球的科学家来说,这都是一个谜。
 
  带着这个不解之谜,1997年3月,康振生作为访问学者,前往德国霍恩海姆大学植物医学系,从事麦类病害研究工作。有了十多年追随导师潜心钻研的实践,有了十多年跋涉于田间地头对一垄垄麦田的踏勘、对一株株麦穗的查验,对于他来讲,打开书本知道国际前沿,走下地以后知道庄稼的长相,直面问题站在巨人的肩膀上开拓创新,提出解决小麦条锈病的方案,才是这次面壁三年图破壁的初衷和心愿。回国之后,康振生从西北农林科技大学植保学院、农学院和生命学院等学科选拔出了一批精干队员,组建起植物免疫研究团队。针对国家重大需求和国际前沿,围绕4个研究方向,形成了病害流行、病菌致病机理、寄主抗病机制、抗病资源与利用、病害防控5个研究小组。通过资源共享、优势互补、密切合作、协同攻关,从不同方面、不同层次系统深入研究新常态下小麦重大病害的发生致灾规律,揭示病原菌致灾机理和寄主对病原菌侵染的应答机制,进而通过新策略创制新型广谱抗病材料,研发病害关键防控技术,集成出一套多病害绿色防控技术体系,保障中国小麦生产安全。
 
  2010年,美国科学家通过实验室接种发现,小檗上出现小麦条锈病。这条不起眼的消息,却引起了康振生的高度关注。
 
  小檗是一种枝干上带有小针刺的灌木,在中国南北均有分布,但我国科学家过去在小檗上还从未发现条锈菌。
 
  为了查清事实真相,康振生和团队成员踏遍了甘、陕、川、滇4省的山沟。一路翻山越岭、艰难跋涉,任何困难都阻挡不住康振生对科学研究的步伐、对破解谜团的渴望。“自然界中的条锈病菌会不会存在有性生殖?”康振生产生了一个大胆的想法。功夫不负有心人,有一天,他发现陇南麦田旁边的陕西小檗、少齿小檗和长穗小檗上竟然都有被锈菌侵染过的痕迹。他如获至宝,把这些发病小檗的叶片小心翼翼地带回实验室,并将发病小檗的锈孢子接种到小麦上,果然,小麦出现了典型的条锈病症状。通过数千份样本采集、上万次实验研究,康振生团队得出结论:有性生殖是我国条锈菌致病性变异的主要途径。野生小檗广泛分布于西北山区,小麦条锈菌则在小檗上“生儿育女”,并不断变异。感染条锈病的小麦在夏末或冬初时可以产生冬孢子。这些条锈菌冬孢子被春雨唤醒,飘飞到附近的野生小檗叶上传宗接代。产生的锈孢子又会随风回到麦田里,再次“袭击”小麦。就这样,陇南“越夏易变区”成为中国条锈病菌源基地和病菌毒性变异的关键地带。条锈菌每年夏季在西北“越夏”,冬季随风传到湖北、陕西、四川等地,来年3月再传到江苏、河南、山东、安徽等小麦主产区,其根源在西北、危害在全国。而小檗的广泛分布与条锈菌有性生殖的发生则是“越夏易变区”形成的根本原因。
 
  这是国际学术界首次明确有性生殖是条锈菌毒性频繁变异的主要途径。康振生带领团队乘胜追击,率先完成了条锈菌全基因组测序和全球条锈菌的重测序,鉴定出一批调控条锈菌生长发育和致病的关键基因,为条锈病有效治理奠定了理论基础。很快,康振生团队不仅发现了条锈菌从“越夏易变区”向黄淮海主产麦区传播的分子证据,还探明了中国条锈病大区的传播路径与规律,明确了中国条锈病防治的关键区域和防治思路:“重点治理越夏异变区,压低初始菌源量,延缓病菌变异速率,阻断病菌跨区传播,控制全国条锈病流行”。在此基础上,康振生提出了分区防控的策略,构建出以“作物结构调整、抗病品种布局、药剂拌种、冬孢子隔离、小檗处理”等为措施的“越夏易变区”治理技术体系。《繁6及其衍生小麦抗条锈性变异及对策研究》,1997年荣获农业部科技成果二等奖;1999年荣获国家科技进步奖三等奖;《植物病原真菌与寄主互作关系的超微结构和细胞化学研究》,荣获2003年一等奖;《条锈病菌与小麦相互作用的分子基础》,荣获2010年陕西省科学技术一等奖。为保证农民对最新学术成果听得懂、学得会、用得上,康振生院士团队将阻止条锈菌有性生殖的防控技术概括为“遮、铲、喷”,即遮盖麦垛、铲除小檗和喷施杀菌剂,可以降低病原菌的变异速率。
 
  此后,康振生带领团队创新性地提出了以重点治理条锈菌越夏区为核心的全国条锈病分区防控策略,研发出了越夏区针对性防治关键技术,构建了以作物结构调整、抗病品种布局、药剂拌种、冬孢子隔离、小檗处理等为措施的“越夏易变区”治理技术体系。同时,康振生科研团队与有关单位联合构建的“中国小麦条锈病菌源基地综合治理技术体系”,在我国12个省(市)大规模应用。全国条锈病发生面积降低50%,每年挽回小麦损失20亿公斤以上,年均增收节支达40亿元。2012年,荣获国家科技进步一等奖。这是60多年来植物保护学科获得的国家最高成果奖项。
 
  至此,康振生全面回答了我国小麦条锈病致病菌从哪里来、到哪里去,如何致病、如何变异、如何防控等一系列问题。
 
  2017年8月26日,康振生团队相关研究成果发表在国际顶级学术期刊《植物病理学年评》,在国内外引起广泛关注。被澳大利亚科学院院士Robert McIntosh评价为具有“里程碑”式意义的工作,“可供全球借鉴”。西农大团队因此在国际上被称作“杨凌Group”(杨凌小组)。
 
  同年11月27日,康振生当选中国工程院院士。
 
  条锈菌有性生殖的发现,只是康振生科研征程上的阶段性成果。如何避免全国病害大流行,打好小麦条锈病的“防御战”,形成一套科学、成熟、可推广的防治模式,才是重点与难点。
 
  2020年,我国遭遇了近二十年来程度最重的一次小麦条锈病。面对条锈病重发态势,从1月起,康振生就带领团队,赴陕西宝鸡、四川绵阳和河南南阳等地开展病虫害普查,提前2个月发出条锈病大流行预警。他向有关部门提出的“春病冬治、控前压后;控西保东、打点保面”防治策略,为战胜此次条锈病作出了突出贡献。针对条锈病越冬的菌源基数比较大,发生范围比较广,加之年初的暖冬、春季的雨水条件等都有利于条锈病发展,使病害比常年早了20天到一个月的特点,按照康振生的建议,“控前压后、控西保东”,即在早期菌源基数小的情况下抓紧控制,把病害严重的西部地区控制住,为东部赢得时间。在全国范围内,把湖北西北部、河南南部、陕南、四川等冬繁区控制好,确保春季流行区的山东、河南等主产区的安全。根据病害流行程度、病害到达地点和时间,在不同阶段开展针对性阻击战,筑起了一道道防线,既保护了各地,也保护了广大主产区,保障了国家粮食安全。2020年全国的小麦是丰年,每亩增加6.8公斤,细算一下,也是非常可观的。
 
  此外,针对赤霉病在我国小麦生产上危害问题,康振生在大量研究实验的基础上,在国际上首次完整提出了赤霉菌在小麦穗部侵染扩展模式,澄清了百年来国内外对赤霉病菌侵染途径的争议;确定了赤霉病防治的关键时期,使田间药剂防效提高37.8%;构建的赤霉病绿色防控技术体系在我国主产麦区广泛应用推广,年均挽回小麦损失28亿公斤,成果荣获2010年国家科技进步奖二等奖。
 
  “我是一位从事植物保护教学科研的普通农业科技工作者,保障粮食安全是我们的首要任务。广袤的田野既是我的研究战场,也是我的力量源泉。不忘初心,砥砺前行,只有扎根田间地头,才能结出科研硕果。”这是康振生的夫子自道,也是一位华夏赤子的心声。
 
  康振生  1957年生于四川省安岳县,1981年毕业于西北农学院植物保护专业,1990年在加拿大农业部温尼泊研究所完成博士论文研究工作并获博士学位,现任西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室主任、农业部西北农林科技大学植物病理研究所所长。教育部“长江学者”特聘教授、教育部创新团队首席专家、国家杰出青年基金获得者、农业部国家小麦产业技术体系病虫防控研究室主任和锈病防控岗位专家,先后获国务院政府特殊津贴、农业部有突出贡献中青年专家、全国模范教师、全国先进工作者、全国优秀博士学位论文指导教师、宝钢优秀教师特等奖、全国优秀科技工作者等荣誉。2017年当选中国工程院院士。

  (文/王遂社  黄 明)
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