与水稻“顽疾”死磕,破解育种瓶颈——2022年上海“最美科技工作者”何祖华 | 最美

作者:李俊

图片:中国科学院分子植物科学卓越创新中心提供

他长期坚持一线科研工作、踏实敬业,

建立了国际前沿的研究体系,

解决了国家农作物育种重大需求,

科研成果大面积推广应用,

经济与社会效益显著。

他是我国优秀科技工作者的代表性人物,

入选2022年上海“最美科技工作者”。

他就是

中国科学院分子植物科学卓越创新中心

研究组长何祖华。

粮食安全始终是关系我国国计民生的重大问题,作物病害严重威胁我国粮食生产,植物抗病性是前沿科学问题,也是作物改良的目标。因此,开展作物抗病研究,发掘关键抗病基因,为作物抗病育种提供理论与核心技术,既是生命科学前沿,也是我国作物双减和绿色生产的重大战略需求,何祖华是这个领域的杰出科学家。

何祖华于 2000 年 10 月响应中科院百人计划号召回国建立实验室,二十多年来面向我国农业重大战略需求,选择关键科学问题长期攻关。

不忘初心,与水稻病害斗争到底

水稻作为我国主要的粮食作物,其产量和品质受到多种病原菌的威胁。其中,稻瘟病作为水稻的“癌症”会造成水稻的减产甚至绝产,是水稻生产中最严重的病害之一。

据统计,全球范围内每年因稻瘟病造成的损失高达水稻总产量的10%。我国不同稻区均是稻瘟病的易发区,每年因稻瘟病发病直接损失稻谷约30亿公斤以上。因此,防治稻瘟病是我国粮食安全生产的主要任务之一。

何祖华来自农村,对水稻生产常受稻瘟病侵害而颗粒无收的状况深有感触,立志要解决这个问题,并不辞劳苦,潜心科研。

几十年如一日,何祖华与水稻“顽疾”死磕,破解育种瓶颈。针对稻瘟病这个水稻“癌症”,他从上世纪 80 年代开始,坚持不懈研究水稻抗瘟性,挖掘了持久高抗基因并解析其机理,突破了高抗与高产耦合的瓶颈。

秧苗都被打上编号,便于学生观察水稻的具体情况

目前利用化学农药对田间病害进行防治的方法,已经造成了严重的环境污染和食品安全问题。因此,挖掘和培育新的广谱持久抗病品种是控制稻瘟病最为经济、安全和有效的方法,也是实现绿色生态农业的重要保障。

据悉,研究团队通过对3000份水稻品种的基因组数据进行分析,挖掘到pici1优异的田间抗病变异位点,为水稻抗病育种提供了新的思路和靶点。

何祖华表示,通过加强水稻“nlr-pici1—蛋氨酸—乙烯”化学防卫代谢网络,有望达到水稻广谱持久抗稻瘟病的目的,并降低农药的施用,为农业生产的可持续发展提供新的策略。

稻曲病是水稻抽穗后发生的一种真菌性病害。近年来,在各地稻区普遍发生,而且逐年加重。但稻曲病的防治非常困难。何祖华介绍,稻曲病的发病因素与气温和湿度相关。比如在上海白天是26-28℃,晚上是22-24℃,加上一点毛毛雨,假如有10天左右的窗口期,在9月底10月的时候,稻曲病就特别容易爆发。

何祖华说:“稻曲病对人体是有害,尤其对动物的生殖系统有危害。所以我们这十几年一直在攻关,就是希望能够把这个育种瓶颈问题解决掉。”

勇于创新,不断开拓科研新领域

何祖华对科研有敏锐的眼光,不盲目跟踪国外,敢于创新,发现农业科技中的重大科学问题。能沉淀下来,用十年磨一剑的精神,系统研究新的科学问题,建立了特色研究体系,为我国学科发展和农业科技创新做出了重要贡献。

从农业实践出发,勇于创新,引领学科前沿。针对作物在田间总是容易感染不同病害这一长期困扰生产的难题,他独辟蹊径,发现作物与病原菌“军备竞赛”的新机制和多病原菌抗性的遗传网络,发表了 cell 等文章,建立了创新的植物免疫前沿领域。

从作物育种重大需求出发,研究抗病与高产的协调机制,服务种业发展。

他敏锐抓住抗性与产量拮抗的关键问题,系统挖掘关键调控基因,剖析抗病—产量、抗病—高温逆境等交互作用机制,发表了 science、多篇 nature 和cell子刊系列文章,为分子设计育种奠定了基础。

尤其重要的是,他注重基础研究密切结合农业需求,研究成果具有重要育种价值。如挖掘的广谱抗病基因 pigm 应用潜力巨大,已被隆平高科、荃银高科等 40 多家育种单位应用并审定多个新品种,抗病新品种已累计推广超过 3000 万亩,经济与社会效益显著,是一个基础研究密切结合需求的范例。

植根农业,常年奔波田间地头

面朝黄土背朝天,虽然大汗淋漓、腰酸背痛,但在何祖华看来这大大提高了研究精度和科研的质量。这些坚持是值得的,

为了抢季节,何祖华曾一年三季奔波:4 月在杭州播种,7 月收获后马不停蹄转到厦门天马镇做水稻翻秋,到冬季转到海南陵水。那时绿皮火车、客轮和长途汽车是主要交通工具,有时一坐硬座就是 30 多个小时,再转轮船 30 个小时到海口。为了不错过水稻季节,他有时就在海南基地过年。

曾经有一年为了避开水稻检疫性病害—细菌性条斑病,他先把材料种到广西南宁西塘做研究,再带上收获的种子通过层层转车和轮船,花了整整 5 天时间到达三亚的羊栏镇种植,并且为了能及时观察水稻的抗病性和完成杂交选育,他在羊栏镇的一个农药仓库住了整整 3 个月,为课题的顺利开展获得了至关重要的数据与南繁种子。

这种不怕辛劳的工作精神一直是他长期工作与培养学生的支柱。建立自己的实验室后,他带领助手与学生辗转全国不同稻区,分别在湖北、浙江、湖南、江西、福建、佳木斯等地建立自然鉴定病圃,结合上海和海南陵水农场。在水稻生长的重要节点,他必亲自去田间,往往在田里就是一整天,手把手教学生做科研,很多学生说在田里都跟不上何老师的步伐。这种学农爱农,把成果留在田里的科学精神是他科研不断有重要产出的基础,也是他培养优秀学生的法宝。

何祖华坚信“中国人的饭碗要牢牢端在我们中国人自己手里”,为保障国家粮食安全,他一直在坚持不懈地努力着。

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上观号作者:上海科协