谢旗:从基础研究走向田间和餐桌
谢旗,中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员,博士生导师,国家杰出青年基金获得者。
1987年本科毕业于中山大学生物系;1990年于广东省微生物研究所获得硕士学位;1994年于西班牙Universidad de Madrid大学获得博士学位。曾任“十二五”国家重大科学研究计划“植物蛋白修饰和降解研究”首席科学家和“十三五”国家重大科学研究计划“逆境与固氮蛋白质重大专项”首席科学家。2014年获国家自然科学二等奖。2016-2021年多次入选“科睿唯安”全球高被引科学家、获得国际国内专利近20项。
谢旗老师课题组近年在加强基础研究的同时,也致力于我国可持续农业最佳模式的探究,包括盐碱贫瘠土地的利用和改造,饲草作物甜高粱的新品种培育及规模化推广应用等等。
01
唤醒“沉睡”的盐碱地
盐碱地是一种土壤顽疾,被称为“地球之癣”。在一些地下水位高、蒸发强烈或地形低洼的地方,溶解在水中的盐类在土壤表层积聚,久而久之,土壤理化性质随之改变,影响植物生长。进一步细分,主要可以分为盐化土壤、碱化土壤,其中前者约占全球盐渍化土地的40 %,后者则占60%左右。“春天白茫茫,夏天雨汪汪,十年九不收,糠菜半年粮”,一则民谚道出盐碱地的危害。
我国的盐碱地大约有15亿亩,分布在西北、东北、华北的17个省区,总面积为世界第三。土地盐碱化是长期困扰我国农业生产的大问题。
2023年7月,习近平总书记在中央财经委员会第二次会议上发表重要讲话强调——“粮食安全是‘国之大者’,耕地是粮食生产的命根子,要落实藏粮于地、藏粮于技战略,切实加强耕地保护,全力提升耕地质量,充分挖掘盐碱地综合利用潜力,稳步拓展农业生产空间,提高农业综合生产能力”。
全国有15亿亩盐碱地,其中适宜种植粮食的有5亿亩,利用潜力十分巨大。如何唤醒沉睡的盐碱地?在研究人员们不断地努力下,他们发现相比于大豆、玉米等常见作物,高粱的耐旱、耐涝和耐盐碱能力都极为出众。因此,形容高粱的耐盐碱能力时,谢旗用了“超能力”三个字。
02
让盐碱地“开花”
在河套平原核心区域的宁夏银川市通规乡,远处高扬的甜高粱枝叶,成为地平线上一处惹眼的凸起。高粱曾是我国的主要粮食作物,却因口感粗糙、营养成分存在缺陷等原因退出了百姓的餐桌,甚至逐渐被人们淡忘。而现在,含糖量高的新型甜高粱,又逐渐在全国各地推广种植,不光能生长在耕地上,不毛之地的盐碱地里,也能茁壮成长。
白茫茫的盐碱地,开出了金灿灿的“花”。每逢秋季,新疆、内蒙古、山东、江苏等地的近50万亩盐碱地都会迎来这幅景象。
图1 为中科甜968品种,该高粱品种株高4.35米
在盐碱地里,甜高粱能长到一人多高。而让这些甜高粱更耐盐碱的“密码”,则是中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、国家玉米种业技术创新中心首席科学家谢旗团队解开的。
站在“得意之作”旁,60岁的谢旗兴奋得像个孩子,他扒开地头的碱蓬草,露出高粱根部的灰白色泥土,“这片地属于中重度盐碱地,我们的甜高粱仍能长到3米到4米。”
甜高粱其实是由大家熟知的红高粱突变形成的,因茎秆含糖量高而得名。从小在农村长大的谢旗,记忆里总有一份甜丝丝的味道。对农村家庭来说,高粱是制作扫把的主要原料,每家每户的地里总会种上那么一小片。夏天,甜高粱快速生长,在夜深人静时,甚至能听到它抽节的声音。到了秋天,外婆就会把家里田埂边种的几株甜高粱秆砍下来,递给年幼的谢旗。一口咬下去,汁水充盈,就像在吃甘蔗,因此其也被称为“甜秆儿”。
“我老家是江苏的,有甜高粱,我们当甜秆吃,五六岁就知道这个事。后来我走上了生物学研究的道路,我的任务就是让作物更好地为人类服务。”小时候的甜美记忆,冥冥中成了谢旗的研究方向。
于是2007年,谢旗就带领团队开始了高耐盐甜高粱品种的筛选,“先从我们江苏南通收当地的品种,后来觉得可能太小范围了,就收集国内外的品种开始做研究。我们不和主粮争地,我们要找的,就是能在普通作物难以生存的边际土地、贫瘠土地上生长的品种。”
谢旗表示,“除了在实验室做实验,我们都还要下地。要去的盐碱地,都是荒无人烟的地方,工作人员很辛苦。去高粱地采样,都是在夏天,七八月份,室外三十七八度,整天在地里,喝水就要喝四五升水。”张会丽是谢旗课题组的成员之一,她2018年入学,在实验室攻读博士学位,正式投入到耐盐碱基因相关课题研究。张会丽表示,研究过程中,难忘的事有很多。她说,“有很多时候实验进行不下去的时候,我们导师都会亲力亲为。碰到瓶颈期,实在没有办法进行下去,都是谢老师亲自上阵。对于我来说,我的运气非常好,碰见一位好导师。”
好在皇天不负有心人。2023年3月24日上午,他们及中国农业大学、华中农业大学、中科院生物物理研究所、北京大学现代农业研究院、山东大学、宁夏大学、中科院东北地理所、扬州大学等10家科研单位协同攻关发现并完成验证的耐盐碱基因AT1/ GS3相关研究成果先后在线发表在国际学术期刊Science和National Science Review上。谢旗课题组也育成了能够在含盐量0.8 %至0.9 %的中重度盐碱地上生长的 “中科甜3号”甜高粱,大大增加了可利用的农业土地面积。
03
盐碱地上的新农业
种植高粱只需少量施肥,且病虫害率低,可大幅节约灌溉用水。对农户来说,除去前期的种植成本,每亩地种植甜高粱的收益能达到千余元。
在收获高粱的同时,盐碱地也逐渐产生了变化。“通俗来说,这片地上生长的植物越多,盐碱就会更多地被‘压’回地下。其实这就是通过水的溶解作用,把浮在土地表面的物质带回地下去。”谢旗说,通过生物改良的方式,能极大地改善当地土壤的盐碱化,实现土地的长久利用。
近年来,高耐盐甜高粱在新疆、宁夏、山东、甘肃、内蒙古、吉林等地的多个盐碱地推广。在每个点位,谢旗都会坚持开展3年的种植实验,从50亩到5000亩、5万亩,逐步检验当地的土地环境、病虫害情况以及植株的适应性。谢旗和团队还通过网络与农户直接交流、远程指导,目前,多个种植点位的生产规模已达到了数万亩。
实现了大面积种植,就能够做到机械化收割和规模化运输,一台农机每天能完成500亩甜高粱的收割,每亩地的产量在4至8吨。即使是种植规模较小的个体农户,谢旗也专门为他们推荐了小型青贮饲料打包技术,种上两三亩地,也能用小型农机完成收割。
“科学探索,创新理念;跨越界限,破解难题”这几个词形容谢旗教授及其团队,再合适不过。谢旗教授说科学研究做到一定的时候,总想着能为国家、人民、社会做点贡献。他带领团队身体力行、深入田间,为高粱育种、盐碱地的利用和改造等做出了巨大贡献,育有多个国家审定、登记的特种高粱品种。尽管他讲得轻描淡写、诙谐幽默,但科研人都能体会到他对科研的高标准、严要求,值得每个科研人铭记于心。