走遍鄉(xiāng)村田野,俯察品類之盛,登上萬里高空,仰觀宇宙之大。在科學(xué)家的世界里,農(nóng)業(yè)不只是土地和田野,也有詩和遠方,也有星辰大海的夢想。
40年中,從南方的田野中走出,在無盡的山海間尋找一粒種子,在無垠的太空中種下一棵禾苗,中國科學(xué)院院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員錢前覺得,他還是當(dāng)初那個剛剛畢業(yè),對農(nóng)田和育種充滿好奇的學(xué)生,“做水稻的這些年,讓我明白吃苦的過程其實是人不斷對抗自己,超越自己的過程,能吃苦才能做到更好的自律,人,越是自律,未來的發(fā)展空間才會越大。”他說。
2023年12月21日,在清華大學(xué)附屬小學(xué),由北京市科協(xié)主辦、北京科學(xué)中心、新京報社承辦的“院士專家講科學(xué)”活動中,錢前院士為年輕的學(xué)子們帶來了一堂關(guān)于農(nóng)業(yè)與夢想的科學(xué)課。錢前告訴學(xué)生們,農(nóng)業(yè)是人類生存之本,不僅要立足大地,為人們的幸福生活耕耘,也要仰望宇宙,為未來的星海征途做準備。
2023年12月21日,錢前在清華附小為孩子們講述“種子的故事”。新京報記者 王遠征 攝
在鄉(xiāng)間田野尋找野生稻
1962年,錢前出生于安徽安慶,少年時曾對遺傳育種產(chǎn)生興趣,1979年考入南開大學(xué)生物系遺傳專業(yè),1983年畢業(yè)后,報考中國農(nóng)科院作科所小麥育種專家的研究生未果,于是進入中國水稻研究所工作,成為水稻育種的一名年輕科研人員,踏入育種領(lǐng)域。從那時起,每年帶著種子南下北上,參加南繁育種,冬天在海南三亞,夏天在浙江杭州,在40多攝氏度的高溫下做雜交、做調(diào)查工作,40年未改其志。
1989年,錢前獲日本北海道大學(xué)遺傳育種專業(yè)碩士學(xué)位,1995年獲中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院遺傳育種專業(yè)博士學(xué)位。此后,錢前長期從事作物種質(zhì)資源研究,尤其是水稻種質(zhì)資源發(fā)掘創(chuàng)新、重要農(nóng)藝性狀解析與分子育種等,研究成果先后獲得國家自然科學(xué)一等獎、二等獎,國家科技進步二等獎等獎項。
研究水稻,一半在實驗室,一半在田間,對錢前來說,還要在鄉(xiāng)間田野尋找野生稻,在野生稻中發(fā)掘那些優(yōu)異的基因和性狀,把它們利用到育種中。
傳統(tǒng)的雜交選育,需要人工在田間尋找那些表現(xiàn)優(yōu)異的植株,再加以培育和選擇,在眾人都選擇更加強壯的植株時,錢前常常反其道而行之,選擇那些看似“瘦弱”的植株,有人和他開玩笑,說人家都去研究又高又壯的水稻,他怎么凈挑這些奇形怪狀的稻子?但錢前認為,基因是不會說假話的,它們的不同,決定了水稻的高、矮、胖、瘦,甚至是口感和品質(zhì)。換句話說,一個品種高產(chǎn)或低產(chǎn)、口感好與壞、分蘗多與少,是由其內(nèi)部基因序列的差異和表達調(diào)控的變化決定的。只有通過水稻性狀、甚至是極端性狀了解這些基因功能和作用方式,才能預(yù)測它們對水稻農(nóng)藝性狀的影響,進而培育最佳生長狀態(tài)的水稻新品種。
育成更多更好的水稻
隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展,科學(xué)家們對基因的了解越來越深入,育種也變得越來越精準,這給錢前的研究帶來了更大的便利。在眾多的野生稻中,錢前和團隊利用基因鑒定等技術(shù),獲得了水稻中的明星“小薇”以及它的姊妹材料,這是一種只有20厘米左右高的超矮稈水稻,適合工廠化生產(chǎn),也適合未來的太空農(nóng)場。2016年9月15日,“小薇”搭乘天宮二號空間實驗室進入太空,探索太空植物培養(yǎng)的可行性。2023年7月25日,“小薇”再一次搭乘“問天”太空艙,一起在太空中,探索太空種植水稻的可能性。
從微觀的基因,到宏觀的宇宙,錢前的水稻研究無所不至。如今,他又開始循著時間的腳步,探索那些藏在歷史中的農(nóng)耕智慧。
就在2023年11月,錢前倡議建立了全國梯田科技聯(lián)盟,致力于保護和開發(fā)傳統(tǒng)梯田。梯田是傳統(tǒng)時代農(nóng)耕智慧的結(jié)晶,人們在高山上建成梯田,利用自然的流水,在梯田中種植水稻,千年不絕,至今猶在。錢前覺得,這些人們千百年建成的良田,不應(yīng)該被淹沒在歷史中,而是需要以科技的力量,幫助梯田和梯田上耕作的人們,轉(zhuǎn)型為現(xiàn)代農(nóng)業(yè),讓古老的梯田重新發(fā)揮作用。
這可能正是錢前的科研之路,從微觀到宏觀,從空間到時間,但他做的事情,卻只有一件,那就是發(fā)掘和利用水稻資源,育成更多更好的水稻?!翱茖W(xué)總是在進步的,人對科學(xué)的認知也是沒有止境的??蒲腥藛T唯有日復(fù)一日、不畏艱苦地把一件事做到極致,才能在自己的領(lǐng)域有所收獲?!彼f。
2023年12月21日,錢前在清華附小為孩子們講述“種子的故事”。新京報記者 王遠征 攝
對話
科學(xué)生涯 從充滿好奇開始
新京報:你是什么時候開始對科學(xué)感興趣的?有沒有什么特別的事情觸動你,讓你決心以后做一名科學(xué)家?
錢前:我是恢復(fù)高考后的第三屆大學(xué)生,我對科學(xué)的興趣始于我年少時的好奇心,抱著這份好奇心,我考入了南開大學(xué)生物系,開始接觸生命科學(xué),覺得這是一個非常有趣但又充滿未知的領(lǐng)域。彼時,中國農(nóng)科院作科所的科學(xué)家鮑文奎先生,在小黑麥育種中,已經(jīng)取得重要突破,他育成的小黑麥品種,不僅產(chǎn)量高,在耐寒性、耐貧瘠、耐旱、耐蔭、抗病等各種抗性方面,也都明顯優(yōu)于普通小麥。那時候我知道了他的故事,就立志報考鮑先生的研究生,從事優(yōu)異種質(zhì)資源的發(fā)掘與創(chuàng)制。但很遺憾,我并未考取,據(jù)說鮑先生傾向于挑選農(nóng)學(xué)專業(yè)的學(xué)生,認為有農(nóng)學(xué)功底更能吃苦??佳械氖Ю屛颐靼祝胱鲛r(nóng)業(yè)研究,能吃苦是第一位的。
新京報:但你還是走上了育種的道路,是什么樣的契機讓你堅持走這條路?
錢前:對育種的興趣是在我開始接觸農(nóng)業(yè)科學(xué)時逐漸培養(yǎng)起來的。1983年,我從南開大學(xué)畢業(yè),接觸到了育種工作,彼時恰逢中國水稻所剛剛建立,到南開大學(xué)招人,懷著對農(nóng)業(yè)研究的堅持,我選擇去了中國水稻所工作。也就是在中國水稻研究所,我才真正開始明白“做農(nóng)業(yè)要能吃苦”到底是什么意思。為了做好育種工作,我在學(xué)中做,做中學(xué),冬天到海南,夏天回杭州,一年當(dāng)兩年用,40多攝氏度的太陽下做雜交、做調(diào)查工作,低頭一身汗,抬腿兩腳泥,這是水稻人的常態(tài)。
水稻田里 40年不變的初心
新京報:育種是一件很艱苦的工作,你在之前并沒有下過地,怎么堅持下來的?
錢前:興趣可能是最大的動力之一,到了水稻所以后,做小麥是不可能的了,但我感興趣的方向從未改變,幾十年來,我是一條道走到黑,把全部的精力和心血都投入到優(yōu)異種質(zhì)資源的創(chuàng)制與育種利用上。為了把這一件事做好,我東渡日本,北上首都,在水稻田里一待就是40多年。其實任何事情都一樣,想做成就需要堅持,唯有日復(fù)一日、不畏艱苦地把一件事做到極致,才能在自己的領(lǐng)域有所收獲。
新京報:做科研會遇到瓶頸嗎?怎么突破的?
錢前:科技創(chuàng)新的道路,肯定會遇到瓶頸、難題。科研瓶頸期,看似困擾,實則契機。在我們追求科學(xué)真理的道路上,瓶頸期是常見的現(xiàn)象。這反而成為我們深入思考、超越自我的黃金期和轉(zhuǎn)折期。要度過瓶頸期,我們必須認識到,個人的認知是有限的。因此,做科研一定要多交流、多討論、多學(xué)習(xí),掌握前沿動態(tài),不能閉門造車。通過與同行交流,我們可以拓寬視野,發(fā)現(xiàn)自己的不足,同時也能從他人的經(jīng)驗中汲取智慧。人生不是百米沖刺而是漫長的馬拉松,如何在順境下泰然而處,抵得住誘惑,如何在逆境中不敗雄心,扛得住壓力,這些都需要有高尚的品格、穩(wěn)固的三觀、明辨是非的能力,才能走穩(wěn)、走好人生路。
年輕時的錢前,在稻田里工作。受訪者供圖
走進田野 感受土地的寬廣
新京報:還記得第一次下地嗎?當(dāng)時是什么情況?
錢前:農(nóng)業(yè)科學(xué)是實踐科學(xué),光坐在實驗室是做不好農(nóng)業(yè)科研的,肯定要下地的。我第一次下地是在我大學(xué)期間的實習(xí)中。那時,我被派往南開大學(xué)試驗農(nóng)場,溫室外面就是農(nóng)田,我也參與田間的農(nóng)作物管理和觀察工作。我記得當(dāng)我第一次踏入農(nóng)田時,感受到了土地的寬廣和生命的活力。我看到了農(nóng)作物在陽光下生長的奇跡,這給我留下了深刻的印象。
新京報:你認為做農(nóng)業(yè)科研,最重要的是什么?
錢前:在田間做科研的確是辛苦的,中華五千年,老祖宗給我們留下了許多寶貴財富,其中我最推崇吃苦耐勞,謙虛謹慎,勤學(xué)奮進。一個人想要走得高,走得遠,不僅要有豐富的學(xué)識,更重要的是有高尚的品德。做水稻的這些年,讓我明白,吃苦的過程其實是人不斷對抗自己,超越自己的過程,能吃苦才能做到更好的自律,人,越是自律,未來的發(fā)展空間才會越大。
新京報:對年輕的科研工作者,有什么想說的話嗎?
錢前:1996年,我博士后出站?;貋眍^兩年沒有科研經(jīng)費——沒錢搞研究對每個年輕的科研人員都是大問題,不過我還算幸運的。日本國際農(nóng)業(yè)研究中心和中國合作改良中國的水稻品質(zhì),每年派一個專家常駐中國水稻所,我們這邊需要有人主持這個項目,所里選擇了我,可能是因為我會日語。每年大概有100萬人民幣的經(jīng)費。假如沒這筆錢,我的科研起步很難。你要想獨立做一些東西、搞原創(chuàng)的東西,可能真是得三十幾歲的時候就要獨當(dāng)一面,如果掣肘太多就很難做到。所以我現(xiàn)在帶的團隊,我會告訴他們,你要真有好的想法,該怎么做就怎么做。
國之重器 種子是農(nóng)業(yè)未來
新京報:你是國家作物種質(zhì)庫的負責(zé)人,許多人都對這個被稱為“種子銀行”的地方充滿興趣,能否介紹一下?
錢前:種子是農(nóng)業(yè)的芯片,沒有好的種子,糧食安全就無法保障,我們也不會吃到好吃的水果蔬菜。我國有全球容量最大的作物種質(zhì)庫,就在北京,可以容納150萬份種質(zhì)資源。為什么說種質(zhì)資源而不說種子呢?種質(zhì)資源是指攜帶植物遺傳物質(zhì)的資源,種子是其中的一種表現(xiàn)形式,還有的是花粉、莖尖等。我國的國家作物種質(zhì)庫中,目前保存著53萬多份種質(zhì)資源,大部分是種子形態(tài),還有一部分是花粉、莖尖等,還有DNA保存的。53萬多份種質(zhì)資源中,有很多地方品種,有些在外面已經(jīng)找不到了,消失了,只有種質(zhì)庫中有保存。
新京報:這些種質(zhì)資源是如何利用的?
錢前:這些收藏起來的種子,其實有很多性狀并不太好,不符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求,或者產(chǎn)量比較低,或者某種抗性不高,所以慢慢消失了??梢哉f它們是“差生代表隊”,但實際上,所謂的差生,只是環(huán)境不同,比如一種低纖維的水稻,不抗倒伏,容易斷,但如果養(yǎng)魚,就是非常好的材料。所以,種質(zhì)資源其實是不分“好”和“壞”的,那些生產(chǎn)中不再使用的品種,可能藏著某些特別優(yōu)秀的基因,可以說它們其實算是“偏科生”,科學(xué)家們通過育種的手段,把這些優(yōu)異的基因?qū)朐耘嗟钠贩N中,就能獲得非常好的新品種。如果沒有這些,育種就沒有材料,沒有基礎(chǔ),所以說種子是農(nóng)業(yè)的芯片,種質(zhì)資源是育種的芯片,我們今天把14億人的飯碗端在我們自己手上,都是從種質(zhì)資源開始的。
新京報:老品種可以直接再一次利用嗎?
錢前:也可以的,有些老品種,本身有非常好的品質(zhì),只是因為產(chǎn)量比較低,所以慢慢不種了。但隨著生活水平的提升,人們對品種、口感的要求越來越高,許多老品種也重新有了用武之地。舉例來說,有一種叫“遮放貢米”的地方品種,產(chǎn)于云南省芒市遮放鎮(zhèn),當(dāng)?shù)孛麨椤昂聊考殹?,在歷史上長期作為貢米生產(chǎn)。隨著社會的發(fā)展,遮放貢米消失于田間,前些年,當(dāng)?shù)厣暾垖⒈4娴姆N子取出,重新繁育種植,遮放貢米也得以再次出現(xiàn)在世人面前,如今在當(dāng)?shù)?,這種消失而又復(fù)現(xiàn)的貢米,每斤可以賣到數(shù)百元,每年產(chǎn)值超過4億元。再如,不少人說“現(xiàn)在的西紅柿沒有小時候好吃了”。現(xiàn)在,科學(xué)家在種質(zhì)庫中可以找到不同味道的種質(zhì)資源,培育不同品種的西紅柿,讓人們可以尋回自己兒時的獨家記憶。
趕赴山海 去尋找一粒種子
新京報:你長期從事水稻種質(zhì)資源發(fā)掘和利用工作,是不是要經(jīng)常到處去尋找野生稻資源?有沒有記憶比較深刻的故事?
錢前:作為水稻研究者,確實有機會看到野生稻資源。我第一次看到野生稻圃是在江西東鄉(xiāng),這里是中國最北的野生稻保存地,現(xiàn)在已經(jīng)成為野生稻原生境保護點。我還記得當(dāng)時的興奮,因為野生稻品種具有抗逆性和豐富的遺傳資源,每一株野生稻都可能蘊藏著寶貴的基因資源,對于改良栽培稻具有重要的意義。
新京報:在野生稻中,你有沒有發(fā)掘出讓你覺得特別驚艷的基因或者材料?又是怎么利用它們的?
錢前:野生稻是水稻種質(zhì)資源天然的基因庫,在長期的自然選擇壓力下,積累了諸多優(yōu)良性狀決定基因,為新基因發(fā)掘和種質(zhì)創(chuàng)新提供了新機遇。通過開展規(guī)模化的種質(zhì)資源精準鑒定,創(chuàng)造有利性狀表達的環(huán)境條件,高效發(fā)掘資源中蘊藏的控制多年生、抗病蟲等重要農(nóng)藝性狀基因,明確這些基因的育種利用價值,從而加快育種利用和遺傳改良進程,全面提升我國種業(yè)科技競爭實力,為實現(xiàn)種業(yè)振興提供有效支撐。我們在廣西野生稻里發(fā)掘到耐冷性特別強的品種,這個基因?qū)鉀Q作物的耐冷問題具有重要意義。我們打算進一步研究和利用這些基因和材料,將其轉(zhuǎn)移到栽培稻中,提高水稻的耐冷性和產(chǎn)量。
在海南島 建設(shè)野生稻家園
新京報:這些搜集來的野生稻也會保存在種質(zhì)庫中嗎?
錢前:從上世紀中葉開始,我國科學(xué)家就有意搜尋和收集野生稻,我國是水稻原產(chǎn)國,從海南到廣西,從廣東到江西,野生稻資源十分豐富。錢前介紹,我國在廣西、廣東和云南,分別建有野生稻種質(zhì)圃,同時在國家種質(zhì)資源庫中,還以種子的形式保存著10萬份水稻資源。我們的種質(zhì)庫是一個大系統(tǒng),國家作物種質(zhì)庫是一個長期庫,每年也會給科研單位提供各種種質(zhì)資源,但它的主要功能是長期保存和鑒定。除長期庫外,我們還有15個國家級中期庫,建在全國各地,主要功能是分發(fā)利用,還有種質(zhì)圃,專門保存那些需要活體保存的種質(zhì)資源。2023年,我國建成了世界上最大的野生稻種質(zhì)圃,在海南三亞,可以容納4萬份野生稻種質(zhì)資源,全球22種野生稻,在這里都可以找到。
新京報:野生稻有怎樣的作用?為什么要活體保存?
錢前:在人類長期的馴化和選育中,栽培水稻的遺傳基因會出現(xiàn)明顯的同質(zhì)化。表面上看,它們的產(chǎn)量更高,甚至品質(zhì)也更好,但長遠看,它們實際上缺乏應(yīng)對風(fēng)險的能力。而野生稻長期生活在自然界,有很多特殊的本領(lǐng),比如普通野生稻,它是匍匐的,結(jié)實也不多,而且還有落粒的問題,但它的抗病性非常強。后來,科學(xué)家們從普通野生稻中找回了一個抗病基因,重新導(dǎo)入到栽培水稻中。最典型的例子還是雜交水稻的突破,1970年,袁隆平和他的團隊,在海南三亞找到了一株雄性不育的野生稻,踏出了雜交水稻最重要的一步。再比如,多年從事水稻育種的云南大學(xué)教授胡鳳益,利用一種來自非洲的野生稻,育成了多年生水稻新品種,這種水稻種一年,可以收四到五年,就像韭菜一樣,割了一茬,又長起來一茬。而多年生水稻利用的野生稻,就保存在海南的野生稻種質(zhì)資源圃中。
二十世紀七十年代,錢前(右一)在江西省東鄉(xiāng)縣尋找野生稻。受訪者供圖
詩和遠方 農(nóng)業(yè)也有星海夢
新京報:你的新品種“小薇”登上太空,這是一次和普通航天育種不同的試驗,能介紹一下這個試驗嗎?
錢前:“小薇”是我培育的嘗試在太空中種植的新種質(zhì)。我相信,農(nóng)業(yè)的未來不僅僅局限于地球上的土地。太空是微重力的,農(nóng)作物不能高,所以它一定是矮的?!靶∞薄钡姆敝诚禂?shù)高,它的植株非常矮,只有10-20厘米,可以一層一層地種,在植物工廠里實現(xiàn)立體栽培。中國有很多邊際土地,我們把水稻層層疊加起來,在溫室里面能做到24層,從而實現(xiàn)邊際土地的利用?!靶∞薄鄙谝卜浅6蹋荒昕梢宰龅搅?。在太空中,重力、環(huán)境和資源都與地球上不同,通過在太空中進行種植試驗,探索新的農(nóng)業(yè)技術(shù)和方法,為未來可能的宇宙農(nóng)業(yè)奠定基礎(chǔ)。
新京報:“小薇”在目前培育到什么階段了?未來的前景如何?
錢前:現(xiàn)在是只帶了種子去,植株能帶回來,還沒有在太空中結(jié)出種子帶回來。我們還要繼續(xù)改良和摸索小型水稻在太空中的栽培,而不只是進行太空誘變育種,我們希望以后能在太空里建植物工廠,為太空生產(chǎn)糧食。以前我們只知道高產(chǎn),或者只知道優(yōu)質(zhì),但在我們這個時代,一定要讓水稻從藝術(shù)到科學(xué),“小薇”只是一個起點,我希望“小薇”作為先行者,能夠在太空生根發(fā)芽,逐漸實現(xiàn)全生命周期,希望在未來,人類向太空移民的時候能夠有飯吃。
同題問答
新京報:你怎么看院士做科普?
錢前:我經(jīng)常參與科普活動和科普講座。我認為科普的目標是讓更多的人了解和認識科學(xué),特別是農(nóng)業(yè)科技。我通常面向?qū)W生、農(nóng)民以及廣大公眾進行科普,希望能夠激發(fā)他們對農(nóng)業(yè)科學(xué)的興趣,并傳遞先進的農(nóng)業(yè)技術(shù)和知識。我最希望向大眾講述的科學(xué)故事是農(nóng)業(yè)科技的進步如何改善人們的生活和糧食安全。我希望普通人能夠了解到,通過科學(xué)的手段和創(chuàng)新的農(nóng)業(yè)技術(shù),我們可以提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì),減少農(nóng)藥的使用,保護環(huán)境,實現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展。我希望能夠鼓勵更多的人加入到農(nóng)業(yè)科學(xué)研究和實踐中,共同推動農(nóng)業(yè)的進步,為人類的未來提供更好的糧食和資源保障。
錢前院士寄語青少年。受訪者供圖
新京報:你覺得科學(xué)家應(yīng)該具備的關(guān)鍵素質(zhì)是什么?
錢前:其實任何事情都一樣,想做成就需要堅持,唯有日復(fù)一日、不畏艱苦地把一件事做到極致,才能在自己的領(lǐng)域有所收獲。
新京報:你覺得科學(xué)對國家和民族的重要性是什么?
錢前:我是恢復(fù)高考后的第三屆大學(xué)生,那時候我們的國家百廢待興,我們每一個同學(xué)都像上滿發(fā)條的鬧鐘,不敢有絲毫懈怠,因為大家都知道,未來建設(shè)祖國的任務(wù)要落在我們肩上。
新京報:如何讓小朋友們愛上科學(xué)?
錢前:如今,我們的祖國迎來了新的機遇和挑戰(zhàn),年輕人的肩上一樣擔(dān)著中華民族復(fù)興的偉大使命。我希望年輕的學(xué)生盡早明白,為什么讀書非常重要,明白人的格局有多大,未來的成就就有多大。