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绿色革命的一次轮回——记水稻抗倒伏新技术的兴起

媒体:科技日报  作者:刘志伟
专业号:柘珉 2013/4/25 15:30:21

    阳春三月,风和日丽。在湖北公安县青吉工业园,湖北移栽灵农业科技股份有限公司新厂区内,工人们正在加紧调试“立丰灵”生产设备,迎接这一新型水稻抗倒伏剂的工业化生产。

    公司董事长牟立明说,为了这天的到来,他们已经磨砺了10年,仅研发费用就投资了上千万元。他指着占地100多亩的厂区说:“2010年征了这块地,计划投资2亿元,分三期建设。第一期投资5000万元,建成年产500吨‘立丰灵’制剂生产线和年产50吨原药生产线,目前即将投产。二期、三期也正在筹备,全部投产后年销售收入可过5亿元。”

    袁隆平的担忧

    我国超级稻亩产越过了900公斤大关,正在向1000公斤迈进。然而,产量越高,水稻植株越高,倒伏,成为袁隆平院士最担忧的一个问题。

    袁隆平曾说过,要实现超高产,生物产量是一个基础。植株需要一定的高度,生物产量才高,但植株高了以后易倒伏。

    水稻的倒伏不仅带来产量的严重损失,降低粮食品质,还给收割带来很大困难。

    上世纪五六十年代的绿色革命中,水稻育种和栽培技术中抗倒伏就是一个核心的内容。农业科学家采取培育矮化水稻品种和肥培技术来对抗“倒伏”,使得粮食产量大幅提高。

    伴随着人口增加和耕地面积减少,单位面积粮食产量的提高成为农业科研攻关的首要目标。袁隆平培育的杂交稻为此作出了重要贡献。

    最近,农业部“千公斤超级稻攻关计划”正式启动,将集中全国水稻育种优势力量联合协作,选育出在水稻主产区百亩片实现亩产1000公斤以上的超级稻品种。

    袁隆平预测,有望率先实现大面积亩产1000公斤的第四期超级杂交稻,首先须进行株型改良,使水稻植株从目前的半矮秆、半高秆向高秆乃至超高秆转变,以增加单位面积的生物产量;同时还须保证三个前提,即每亩穗数不降低、收获指数要提高、抗倒伏性要增强。

    中国农业大学水稻专家苏宝林教授说,除了高产、高秆带来倒伏,目前在我国华中、华南稻区广泛流行的水稻直播栽培技术也面临严重的倒伏问题。一些地方直播稻甚至达到80%以上,其栽培过程中如何抗倒伏,成为“令人头疼的问题”。另外,目前市场上受欢迎的大部分优质稻品种也都是倒伏品种。

    水稻生产又回到了高秆时代。现代水稻栽培的高产、优质等目标,无一例外地受倒伏问题制约。可以说,第一次绿色革命已经解决的水稻倒伏问题,经过半个世纪的轮回,又成了我国水稻栽培技术的瓶颈难题。

    失误中的偶然发现

    上世纪九十年代末,从日本留学归国,到中国农业大学任教的张军博士,透过对植物抗逆诱导剂的长期研究,诞生了他的第一个革命性的成果“移栽灵”。

    “移栽灵”就像疫苗一样,通过唤醒和强化水稻本身的抗性去抵御病虫害和环境灾害。10多年来,张军与湖北移栽灵公司合作,把这项技术推广到大江南北,应用范围不断的扩大。  

    在湖北移栽灵公司的支持下,张军在研究抗逆诱导剂过程中,发现国外一种新药——调环酸钙兼具抗逆诱导和抗倒伏多重性质,同时受研究水稻倒伏机理的同事王善本博士影响,他萌生了进行调环酸钙抗倒伏技术研究的念头。

    2000年,张军的老师苏宝林带着他到海南三亚,找到在海南热带作物资源研究所做试验的老朋友——福建农科院水稻所所长李义珍。

    听了介绍后,李义珍非常支持这项研究,便在自己很紧张的试验田里拨了一分田给张军做试验。

    由于不熟悉当地的气候和水稻生长状况,错过了水稻拔节前处理的最佳时机,大部分水稻已经拔节。但千里迢迢来了,无论如何试验还是要做,于是,张军便在已经开始拔节的水稻上喷了调环酸钙和各种药剂组合。

    张军刚回到北京,便接到李义珍打来的电话。他问张军喷施的是矮化剂还是促进剂,怎么预期要抑制节间伸长的药剂反而表现出促进节间伸长的反常效果?

    张军立即返回试验田,现场的景象让他也觉得十分费解。经过反复试验和大量查阅资料,张军终于搞清楚了这种反常现象的生理机制,并突破性地发现了调环酸钙促进水稻生殖生长的现象。

    张军敏锐地意识到,一把开启水稻抗倒伏化学控制的钥匙已经掌握在手中。经过大量试验,他逐渐完善了利用调环酸钙实现水稻倒伏化学控制的应用基础研究,并成功申请了国家发明专利。这标志着一项重要的水稻栽培技术——水稻抗倒伏化学控制新技术诞生了。

    张军给这个药剂起了一个好听的名字——“立丰灵”,取意立而不倒,丰产增收之意。

    实验室到田间走了10年

    虽然有了这样的新发现,并做了很多基础研究,但是张军很清楚,要真正把这种技术付诸田间应用,还有漫长和艰苦的道路要走。

    首先遇到的一个难题就是大田试验必须解决大量药剂和制剂供应。

    张军找了很多专家、企业,搞了数年合作、试验,但最终都因为种种原因没有成功。

    接二连三的失败,多年时间和心血付之东流,让郁闷的张军思索再三,问题到底出在什么地方?最后他痛下决心:自己搞合成。

    尽管张军的专业远离农药合成,但凭着刻苦的努力和钻研,他最终改良文献的合成途径,成功合成了调环酸钙,并在中试水平上进行了工艺参数的摸索。

    原药制剂生产的难关攻克,新的课题又摆在了面前。要拿到农业部的市场准入“牌照”——农药原药和制剂两张登记证,必须经过严格的药检试验和全国范围内大面积的试验示范。

    中国地域辽阔,土地、气候差异大,要实现不同地域的相同效果,并不是一件容易的事。

    10多年来,张军带领着湖北移栽灵公司的技术人员走遍了大江南北。

    2007年,张军在苏宝林介绍下,结识了袁隆平超级杂交水稻研究团队的专家马国辉博士。从事超级稻栽培研究的马国辉此时正在进行水稻抗倒伏研究,两人一拍即合把“立丰灵”引入超级稻。2009年1月19日,国家杂交水稻工程技术中心与湖北移栽灵公司签署密切合作协议,把移栽灵公司的“抗倒伏”技术纳入杂交水稻产业创新联盟。

    张军与马国辉合作攻关,经过两年在超级早稻、中稻和晚稻的抗倒伏试验示范,取得了十分明显的效果。

    “立丰灵”这一新型抗倒增产剂在农业部全国农技推广中心主持下,3年时间在国内14个省、2万多亩田地里进行试验示范。从统计分析情况看,正确使用新型抗倒增产剂不仅可以抗倒伏,还能使每亩水稻增产5%—15%。

    2010年末,来自全国的水稻专家齐聚长沙国家杂交水稻工程技术中心,参加由袁隆平主持召开的“超级稻抗倒伏栽培技术研讨会”。会上,袁隆平难以抑制内心的喜悦:“张军的研究就很好嘛!”

    这句话让张军激动得一个晚上都没睡好——10年研究,上千万元投入,换来了一项重要的水稻栽培技术,换来了一句高度的评价!

    今年1月,袁隆平接受湖北移栽灵公司邀请,担任公司顾问。牟立明激动地说:“我们是一家小公司,我们的抗倒伏技术能被袁院士相中,给了我们很大信心。”

    袁隆平在今年的全国两会上说,希望亩产1000公斤目标早日实现,希望培养一些年轻人向更高的1100、1200公斤奋斗。

    牟立明说,听了这些话大家都很振奋。水稻优质高产对于保障粮食安全和农民增收意义重大。经过严格试验、示范,“立丰灵”今年即将大面积推广使用。我们要加倍努力,让这一来之不易的成果造福广大农民。

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