(南方人物周刊)追赶粮食瘟疫的人

2021-08-04 14:38:19作者:赵景宜 来源:国重实验室 点击数:

  

“你见过水稻吧?”在四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室,陈学伟操着一口四川话,拿着电脑正在讲解。图片拍摄的水稻植株上,攀附着几处梭形的病斑,清晰得像是一道道伤口。这些病斑便是被称作水稻“癌症”的稻瘟病。

47岁的陈学伟教授如今是国家重点实验室主任。他出生于重庆梁平,从小体弱、个矮,一直处于某种不确定性中。考上四川农业大学后,他了解到农药不一定能很好地防控水稻病害;读研究生期间,在导师周开达院士、李仕贵教授、朱立煌研究员、黎汉云研究员等的指导下,开始在广谱抗病水稻地谷中,寻找抗病基因。六年后,陈学伟成功克隆了两个抗病基因,取得了突破性进展。但实践的过程中,陈学伟却发现稻瘟病远比想象中复杂。他于2004年前往美国开展博士后研究工作。2011年,他决定回国,重回母校,继续开展稻瘟病研究。

陈学伟似乎在一种“可能不会有太大突破,回报不会太高,但却不得不做”的预期下坚持做科研。但他很有信心,他说,在科学中,失败也是完全有可能的,一旦开始,就会全力投入在实验中,“反正认真做,一步一步地做。”

2017年,陈学伟意外走进了舆论场,随之而来的还有一份大奖。

文 | 赵景宜

渴望找到一把尺

陈学伟渴望成为找到一把尺的人。

找到“尺子”,其实就是找到水稻面对稻瘟病的抗病基因,将之导入到产量高、品质好的其它水稻材料中。

陈学伟的故乡重庆梁平,那里的稻田,是人类直面稻瘟病的一个切片。他生在延绵的丘陵地带中的一处农户家庭,家中有两亩水田、一亩地,七口人。小时候,农民种植的稻米产量少,平日里一家很少能吃到稻米,一般是玉米晒干之后,用磨子碾碎,混着红薯一起煮,熬粥喝。农忙、丰收的时候,家里会煮干饭,底部垫有大多数的红薯,上面薄薄一层,少量稻米和大量玉米混在一起。

图 | 陈学伟

孩童时代,他在水田中看到过很多次这些梭形的病斑。在靠种植维生的农户家中,即使是不谙世事的孩童,也知道稻田里出现了稻瘟病,意味着稻米要减产,一家人得挨饿了。陈学伟的身体有过饥饿的记忆,饿得发慌时,会留着口水,身体反胃。这些情况,在1980年后期好转,因为家里人种上了产量更高的杂交水稻。稻瘟病依旧在,人们靠提高收成,弥补了水稻染上稻瘟病所产生的损失。

“自己是小娃娃,又不懂,根本没有管这些”,陈学伟说,那时懵懂,只听大人说是火烧瘟来了,知道大人会去田里打农药。很长一段时间,农药成为了唯一干预稻瘟病的办法。但再有经验的农民,也很难完全预防稻瘟病,同时还会受到农药本身的伤害。

陈学伟了解到打农药很难防住稻瘟,是念大学后的事。他本科考上了四川农业大学,了解到更多农业知识后,他得知市面上大多数农药药效最多管两周。药效褪去后,病害可能会悄悄到来。

图 | 陈学伟在四川农业大学。

现在想来,陈学伟发现那时候大人们打药的时间可能不对。在整个水稻的种植期,人们大约会打四次农药。人们有了些经验后,分别会在栽秧之前、苗子的分裂初期、出穗之前打上药,遇到了稻瘟病发作,再追打农药。然而天气也会捉弄农民,有时刚打了药就下雨,白费一场功夫。

陈学伟开始把寻找“尺子”作为目标,最初的渊源在1997年,攻读硕士研究生期间。

当时,他接触到了一种叫地谷的材料。这是一种高抗稻瘟病水稻品种,由福建省农业科学院培育出。“地谷”引起了陈学伟的兴趣。

图 | 陈学伟、观察学生正在进行的OD值测定。

此前,陈学伟深知农药的危害,知道大多数农药不仅有污染土地和水源的副作用,也会伤害农民。他记得父母在田地打药的时候,从没有任何防护措施:“现在回想起来,那个对身体有极大的伤害。他们可能没有经过正确的辅导,但也有可能是没有那么在乎,觉得无所谓。”

“地谷A、地谷B刚推出来时,还是挺不错的。”陈学伟说。“地谷”的出现降低了农民抵御稻瘟病时对农药的依赖。但随着水稻产业发展,“地谷”的缺点开始凸显,它品质一般,子粒比较小,产量也不怎么高。在农业生产中,水稻的抗病性只是农民考虑的事情之一,他们更为关心米质与产量。因此,农民们为了水稻高产,甘愿舍弃稻种的抗病性。“地谷”在农民中的受欢迎程度日渐冷却。

图 | 人工气候室一角。

然而,“地谷”植株体内的抗病性,成了陈学伟眼中待挖掘的金子。“我们必须把抗病性用起来,导入到产量高、品质好的其他水稻材料中。”陈学伟决定通过将地谷材料和不同水稻品种做杂交,尝试在地谷材料的基础上,培育出新的水稻品种。

过程非常繁琐。首先,杂交并不意味着地谷中的抗病基因一定会转入新的水稻中。最初,科学家们只能通过天然发病条件来筛选鉴定新品种是否具有抗病性,有一种盲人摸象的感觉。在杂交转移过程中,不利的基因也会进入后代株,育种工作者很难筛选出来。

图 | 陈学伟在人工气候室,对水稻材料情况做检查。

每一次,他们要在数万个后代株中选择,很多时候要靠着经验和运气,选到的未必是更好的那些植株。很多时候,培育出一个新品种,需要花费十年时间。数万个后代株,会种在“病窝子”的水田里,没有发病的那些将保留下来。这些水稻的下一代有的再接着种,有的再和其他材料杂交培养出新植株,再筛选出没发病、长势好的部分,不断培育。

选种的过程要有足够的耐心,接下来只能交给时间。这个过程常伴有偶然性。陈学伟解释道,“很可能这个材料并没有抗病性,只是各种因素导致它刚好没有染病。但这会让育种师误判它具有抗病性。”

无解的难题

当时,育种工作者评判一个品种是否具有抗病性,更多来自结果,而不理解背后的原因。这样一来,哪怕掌握了再多的经验,还是停留在盲人摸象的阶段。因此,一年后,陈学伟决定要找到地谷材料中的抗病基因,理解它背后的奥秘。

他要做的工作说起来很简单,利用几种带有抗病性的水稻样本,比对它们杂交之前的水稻,来找到遗传中的关键变异基因。在这个过程中使用生物分子标记的技术,不断去缩小它的区间。

图 | 陈学伟和学生在日常做实验的地方。

陈学伟做了一个比喻:我们知道有一个海岛上生活了一只非常奇特的野生动物。想要知道它具体在哪里,我们只能慢慢缩小地域范围,利用各种技术,加上敢于去假设,逐步缩小范围,直到找到它。“你要一点点地,从某几个岛群,再到几十个岛,慢慢到几个岛上,最终就是这个岛了。但也得确实找到了这个动物才算结束。”

这个比喻很好地解释了寻找抗病基因的工作方式。但其困难程度却不完全对等。地球上的岛屿数量约有五万多个,但水稻的12对染色体上,分布着约4.3亿对碱基,陈学伟要找的“尺子”基因,就藏在这4.3亿对碱基里。

当时陈学伟24岁,这样的工作对年轻科研者来说非常困难。前辈告诉他,完成这些,最起码要花上好几次博士毕业的时间。陈学伟不畏惧踏入无人区,他很渴望成为找到一把尺的那个人。

图 | 陈学伟在实验室。

实验室24小时开放,不分昼夜,陈学伟醒了就会去做实验,累了就回宿舍睡一会。这样的生活持续了好几年。

幸运的是,六年后,陈学伟成功克隆出了两种抗病基因,在面对稻瘟病时,他们终于有了一把尺——这之后育种工作者有了参照标的,培育出的新水稻,可以检测DNA中有没有对应的抗病基因。“那些没有抗病性的,就能直接扔掉不种了,节约很多时间。”“我们用先进的技术,和田间育种结合起来,大大缩短了时间,节约了很多工作量。”

胜利带来的喜悦,没有持续太久。陈学伟发现,稻瘟病就像是流行感冒,每一次来得都不太一样。稻瘟病的病菌群落里有数千个小种病菌,小种优势群落也在不断的变化。带有抗病基因的水稻品种,往往只对某一种或几种小种有效,对于其它小种则无用。

“在大田里,一旦发病了,我们也感到痛心。”“后来,大家都习惯了。知道一个新品种出来后,能管个五年、三年,很正常。”结果就是,有些抗病品种,有几年管用,有几年又不管用,找不到规律。陈学伟先觉得奇怪,后来知道自然环境也在变化,稻瘟病中的小种优势群落,也在相互竞争。“这就像在一个团队里面,有个小子一天都不声不响的,但突然有一天,他突发奇想,也跳出来调皮捣蛋了。”

图 | 陈学伟与学生在实验室。

直到现在,科学家们还在寻找稻瘟病在病原菌、群落上的流行性规律。对于十几年前来说,尽管市面上陆续有抗病性水稻品种推出,但就像是中奖牌一样,无法对稻瘟病进行对症下药。农民们为了保险起见,还是会打农药。

如何有效抵御稻瘟病,留下了一道无解的难题。在取得关键进展后,陈学伟却没有立即回应这个难题。

“过去,我觉得农学不如医学,

现在不这么想了”

许多人知道陈学伟这个名字时,他已经是一名笃定寻找水稻抗病属性的科学家,并且有所建树。殊不知,他一度也曾想过改换跑道,投身医学。

“有一点好高骛远,去了也发现不顺利。”加入乳腺癌实验室已是往事。“那时候,大家都是这样的,做植物的,出国后做医学去了。我那时也觉得医学要比农学更重要些。”

当医生一直是陈学伟的理想职业。中学时,他想过没有考上大学的话,就跟着干爹李明宽医生学医,去乡镇当一名医生。少年时,陈学伟得过一个怪病。在看了《少林寺》等武术电影后,他和一个朋友迷恋了气功,成天练习单手走路等功夫。一段时间后,他突然站不起来,无法走路。

父母带他去了很多家医院,查血、化验了各种指标,都显示正常。病没有治好,也不知道所以然,病情不断加重。经人介绍,家人找到了医生李明宽先生,很幸运的是陈学伟在李明宽医生的精心治疗下逐渐恢复健康。之后每逢寒暑假,陈学伟就会去拜望后来成为义父的李明宽医生。义父为人善良、乐于助人、百折不挠的品质对陈学伟影响深远。“他很喜欢我,因为他救了我。他会教我做人的道理,并不断鼓励我在学业上努力上进。”

高中的时候,李明宽或者爱人来梁平县城开会,一定会来看陈学伟,把他当亲生儿子一样。“有时候也托人来给我生活费,五块钱,十块钱的,那时这个钱很多的。”

平日里,他们一直通信,陈学伟得到了很多鼓励。中考结束后,陈学伟没有如愿读中专,非常伤心。那时,他一直是年级的尖子生,应该被择优录取。“我听老师说,因为我身高的原因,也体弱多病,体育老师没给我体育成绩,档案没有送到中专,最后不可能录取。那时读中专很吃香。”在信中,作为义父的李明宽,跟陈学伟提到了晏子使楚的故事,他说晏子个子矮,但人很有志气,嘱咐陈学伟不要因为身高而苦恼。

现在来看,错失中专学位的意外,改变了陈学伟的人生。初中成绩最好读中专的,现在大多成为了技术工人,或者乡镇上的基层公务员。整个高中三年,陈学伟的成绩一样优异,但总忧心忡忡。“很伤心,很绝望,高中都不想读了。当时想,我初中成绩那么好,中专没有读成。这以后,高考成绩再好,大学也不一定会录取我。会嫌我个子矮,就是这种心理。”

好在他最终还是考到四川农业大学,成为一名大学生。上大学后,陈学伟渐渐对自己的身高没那么在意,他在体育中找到了自信。他喜欢马拉多纳,也喜欢过过罗伯托·巴乔,还有坎波斯。“他个子不高,只有一米六几。在足球场上,他既是很好的守门员,还可以当前锋,攻到别人的禁区里面。”陈学伟这样描述他被足球吸引的原因。

那时,陈学伟也想要出人头地,为了让义父感到高兴,回报他长久的期待和鼓励。陈学伟考取了研究生,考取了博士,顺利找到了地谷中的抗病基因。得知考取博士后,人在北京的陈学伟,第一时间去买了IC卡,去电话亭给义父打电话。

“他高兴得不得了。当我博士毕业,要出国的时候,他更加高兴。我只要取得一点点成绩,我就会向他汇报,让他也开心,让他满意,因为他很看重我。”

图 | 陈学伟在办公室,阅读最新的水稻方面学术论文。

陈学伟只花了不到一年时间就离开了医学实验室。短暂的医学研究之旅后,陈学伟成为加州大学-戴维斯分校项目科学家,从事水稻抗病分子机理研究。随着新工作深入展开,他也找到了和义父医生职业的共通性。“他很能干,专治疑难杂症,救治了很多病人。但我渐渐改变农学不如医学这个想法。我们的工作也很像是医生,会了解多种抗病的分子途径,更注重预防,比如说水稻,不能等到它生了病后,再去救治。”

陈学伟也会在电话里讲在科研上取得的成果,义父听得津津有味,这样的通话时常要持续一两个小时。很多时候,是李明宽的妻子在旁边打断,提醒丈夫说“学伟还有工作”,他才挂上电话。

那段时间,陈学伟常会想到地谷材料,他想到了一种新的可能性:除了更多的抗病基因外,应该也会存在一个具有广谱抗病性的基因位点。如果能找到它,那么稻瘟病的难题将会迎刃而解。

在美国呆了七年后,陈学伟决定回到四川农业大学,最终找到了对抗稻瘟病的克星。

一直去找新的武器

2013年陈学伟去拜望袁隆平,袁隆平嘱咐他,一定要解决稻瘟病难题。袁隆平先生把稻瘟病称作水稻的“癌症”,觉得它是危害水稻产量最重的病害。在中国,稻瘟病每年导致500万公顷以上的水稻减产,直接损失稻谷达到15亿-30亿公斤。世界各大稻区都面临着稻瘟病的危险,稻瘟病一般会让水稻会减产10-20%,严重的时候甚至有减产50%的情况出现。

从找到抗病性基因,到最终找出广谱抗病性基因的位点,看似一步之遥。但背后蕴含着思维和信息变得广阔后科学家所抱有的巨大信心。

图 | 学生正在进行质粒转化的实验。

七年之后,又一个七年过去,陈学伟和团队找到了一个基因位点,不仅能抵抗目前已知的稻瘟病,还能满足增产、米质优的需求。实现这个目标,陈学伟花了21年的时间,有媒体报道,陈学伟为解决稻瘟病,找到了一劳永逸的方法。

2017年,陈学伟和团队基于此成果的论文,发表在国际生物学期刊cell上,引起了世界稻瘟病学者的关注。同时也给他带来了争议:“一篇论文奖励1350万”的消息在互联网传遍。”实际上,这笔金额只有50万元给了团队,其余的钱是为期五年的科研经费——这篇论文也表明,陈学伟和团队,找到了对抗水稻稻瘟病的广谱抗病性基因,代表了科学家在稻瘟病问题上有了关键突破。这意味着水稻可能不需要再施打农药,也不会对稻米的产量和品质有影响。

2019年,为了肯定陈学伟在水稻广谱抗病机理及抗病与产量间协同调控机制等方面取得的成绩,由腾讯基金会出资支持、科学家主导的公益性奖项——“科学探索奖”颁给了陈学伟,他获得300万人民币奖金,可自由支配。

图 | 2019年,陈学伟获得“科学探索奖”。

一直以来,公众常会质疑中国科研经费投入。一方面,中国科技成果转化率仅有10%,远低于发达国家。另一个重要的原因是,普通人并不理解科学家做了什么,难以评估其重要性。哪怕是种水稻的农民,在今天也不一定会关心最新的科学成果。水稻遇病害了,就打药,种地不挣钱了,那就把地承包出去。举一个简单例子,杂交水稻能达到每亩一千公斤,因为要精耕细作,个体的农民并不愿意更多时间投入在地里,打工有着更好的收益。

科学家有着光鲜的一面,但他们很少谈论,在实验室会坐十多年的冷板凳,新成果出来前,要经过漫长的等待。享受研究和摸索的过程,这恰好是工作本身。“科学不会马上实现某个目标,也不会知道这后面有多大的价值。”

尹俊杰博士和陈学伟一起工作了十多年。成果出来之前那几年,他们几乎天天一起下田。他记得水稻田距离学校几公里,陈学伟和学生们天天骑电动车往返。有一天,他们在田里忙到了中午,学生们回学校吃饭、午休去了,陈学伟摆摆手,说等会一个人自己回去。下午两点多,尹俊杰和其他学生再去田里时,发现陈学伟没有回去,在旁边小卖部买了方便面,吃了饭在田边休息了一会,就继续一边工作一边等学生回来。

开始研究地谷时,陈学伟是年方24岁的青年,如今他已步入47岁。年岁渐长,他的爱好从踢足球,变成了游泳和打兵乓球。他还是忙碌在田间、实验室,但学术生涯的黄金岁月也会慢慢进入尾声。陈学伟对这个判断不以为意。一方面他还觉得自己很年轻,更重要的是,他和同行的科研人员拥有共识:科学是注重传承的,人的生命是短暂的,对于科学来讲这并不重要。一路走来,每一代科学家都担负了自己的使命。

以袁隆平、周开达等为代表的一代科学家,主要工作是让水稻增产,消除饥饿。陈学伟这一代科技工作者,使命是在粮食增产的同时,想办法提高抗病性,争取能不打农药。而比陈学伟这代人更年轻的工作者,则需要研究能够兼顾抗病、高产、优质、营养等多种需求的品种。

图 | 8月1日,陈学伟在青年科学家50 论坛上作关于“稻瘟病”研究的报告。

陈学伟常去拜望袁隆平。有一次在三亚,他们讨论起一个既能抗病,又能增产的材料。“跟袁老汇报之后,他非常兴奋,他也知道这个材料的编号、这个材料的特点,一五一十都能说出来。他觉得水稻方面的事情,比什么事情都重要。这么大年纪了,听说一个好东西,还是很兴奋。”

大学时,陈学伟读茶学专业,很执着想要跨专业考取遗传学研究生,这个决定和学校的周开达院士有关,“当时知道他做学问的能力和水平,为人也很好,所以我报考了他的研究生,进入了水稻研究所,才有了后面陆续的事情。”

至今,陈学伟的研究还在继续。稻瘟病菌很难完全灭绝,它的致病过程和机制就会不断进化。陈学伟深知,很有可能稻瘟病在经过某种变异、流行后,地谷材料的广谱抗病性,也不再有用。因此,包括陈学伟在内的科学家无法放松警惕。 “我们要一直去找新的武器。”陈学伟说。

新闻来源:https://new.qq.com/omn/20210803/20210803A05J8900.html

 

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