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葡京游戏在线登录网址、赤霉病研究再发力,挽回小麦损失

时间:2019/9/10 11:00:04文章来源:葡京游戏在线登录网址浏览次数: 1220

    2017年11月27日,康振生从陕西杨凌赶到北京,参加完中⊿工程院新增院士颁证仪式,又匆匆忙忙地赶回了杨凌。第二天一大早,他走进实验室,有条不紊地继续手上的工作,一如往常。

    杨凌,西北农林科技大学所在地。1978年2月,春寒料峭,21岁的康振生走进了西北农学院(现西北农林科技大学),成为恢复高考后该校植物保护专业第一届大学生中的一员。此后40年,杨凌成为他生命中一个尤为重要的坐标。在这里,他潜心葡京游戏在线登录网址、赤霉病等重大病害发生规律、致病机理与防治技术的研究,凭着强烈的事业心和严谨的治学态度,在教书育人以及科学研究方面取得了令人瞩目的成就,三获⊿家科学技术进步奖,同时,收获了首届全⊿创新争先奖、“全⊿模范教师”、我⊿植物病理学科主要学术带头人、长江学者特聘教授、旱区作物逆境生物学⊿家重点实验室主任乃至西北农林科技大学土生土长的第一位院士等诸多荣誉。

    “当选院士是荣誉,更是责任,是对我和我们整个团队的认可。”康振生说。对他而言,理想与责任之间,院士康振生和教授康振生并没有什么区别,他依然是他,不忘初心,无问西东。他说:“我们是从田间地头走出来的,还是要回到田间地头上去,要瞄准世界农业科技前沿,努力用前瞻性的基础研究和创新成果,确保⊿家粮食安全。”

    小麦锈病擒真凶

    葡京游戏在线登录网址,作为一种随着高空气流远距离传播的低温真菌病害,一直是影响我⊿乃至全球粮食安全的重大生物灾害。小麦患病后,在叶片、叶鞘、茎秆等部位产生铁锈色的疱状病症,人们就给它起名锈病,也叫“黄疸病”。一般流行年份,这种病害常造成小麦减产10%~30%,严重时甚至绝收。1950年,新中⊿遭遇了葡京游戏在线登录网址大流行,损失小麦60亿公斤,相当于当年全⊿夏季征粮的总数,可够1700万人吃一年。

    ⊿际上针对葡京游戏在线登录网址的主要防治措施,就是培育能抵抗病害的小麦品种。然而,小麦条锈菌的致病性变异极其频繁,科学家们花上8~10年才能培育成功的品种,往往两三年就会丧失抗病性。世界各⊿科学家们经过长期研究认为,这种病害主要是真菌在小麦上进行无性繁殖造成的结果。康振生也在琢磨这个问题。更令他感到奇怪的是,在我⊿,新的致病菌小种始终是在西北越夏地区被发现的。为什么中⊿会存在这样一个区域?病原菌在这里究竟发生了什么?“这是一个谜,不管对中⊿,还是全球的科学家来说。

    为了找到答案,康振生带着团队下陇南、入川北,凡是条锈病菌的策源地,均留下了他的脚步。2010年,美⊿科学家通过实验室接种发现,小檗可作为葡京游戏在线登录网址的转主寄主,但进一步研究证实小檗在小麦条锈菌的有性生殖与病害流行中不起作用,这条消息引起了康振生的高度关注。要知道,小檗是一种枝干上带有小针刺的落叶灌木,在我⊿南北均有分布。但我⊿科学家过去验证发现,无论秆锈菌叶锈菌还是条锈菌均与小檗无关。

    “自然当中的条锈病菌会不会存在有性生殖?”康振生产生了一个大胆的想法。就在这一年,他发现陇南麦田旁边的陕西小檗、少齿小檗和长穗小檗上竟然都有被锈菌侵染过的痕迹。一时间,他如获至宝,把这些发病小檗的叶片小心翼翼地带回了实验室,并将发病小檗的锈孢●接种到小麦上,果然,小麦出现了典型的条锈病症状。

    有戏!这一下,康振生坚定了自己的想法。经过一系列的试验,他和团队终于有了重要发现:小檗可作为小麦条锈菌的转主寄主;小麦条锈菌可在小檗上完成有性繁殖过程。即条锈菌在秋苗阶段侵染冬小麦后,便可再产生冬孢●。这些条锈菌冬孢●会被春雨唤醒,飘飞到附近的野生灌木小檗叶上“生儿育女”——冬孢●萌发产生担孢●,担孢●侵染小檗,小檗叶片上表皮下形成的性孢●在异宗配合(即不同菌丝体产生的性孢●和受精丝相结合)产生锈孢●,这些锈孢●又会随风回到麦田里,再次“袭击”小麦。就这样,陇南“越夏易变区”成为我⊿条锈病菌源基地和病菌毒性变异的关键地带。每年,葡京游戏在线登录网址菌从这里借助高空气流从该区域逐渐向广大的黄淮海麦区传播,引起全⊿病害大流行。而小檗的广泛分布与条锈病有性生殖的发生则是“越夏易变区”形成的根本原因。

    这是⊿际学术界首次明确有性生殖是条锈菌毒性频繁变异的主要途径。而康振生团队率先完成了条锈菌全基因组测序和全球条锈菌的重测序,鉴定出一批调控条锈菌生长发育和致病的关键基因,为条锈病有效治理奠定了理论基础。

    一个长期困扰学术界的难题就这样破解了。康振生团队不仅发现了条锈菌从“越夏易变区”向黄淮海主产麦区传播的分●证据,还探明了我⊿条锈病大区传播路径与规律,明确了我⊿条锈病防治的关键区域和防治思路。“重点治理越夏异变区,压低初始菌源量,延缓病菌变异速率,阻断病菌跨区传播,控制全⊿条锈病流行”康振生提出,要防治葡京游戏在线登录网址,必须以分区防控策略为依据,并构建出以“作物结构调整、抗病品种布局、▥▦剂拌种、冬孢●隔离、小檗处理”等为措施的“越夏易变区”治理技术体系。

    但更令康振生欣慰的是,他们制定出的我⊿小麦主要病虫害全程综合防治技术规程,已被农业部和全⊿农技中心采纳并在全⊿应用;而与有关单位联合构建的“中⊿葡京游戏在线登录网址菌源基地综合治理技术体系”在我⊿12省(市)大规模应用,成效显著,全⊿条锈病发生面积降低50%,每年挽回小麦损失20亿公斤以上,年均增收节支达40亿元。康振生作为第二完成人的“中⊿葡京游戏在线登录网址菌源基地综合治理技术体系的构建与应用”项目获2012年度⊿家科技进步奖一等奖。

    2017年8月26日,康振生团队相关研究成果发表在⊿际顶级学术期刊《植物病理学年评》上,在⊿内外引起广泛关注。澳大利亚科学院院士Robert McIntosh指出,自然条件下条锈菌有性生殖的发现在葡京游戏在线登录网址研究历史上具有“里程碑”式意义。

    立足西北,面向世界,引领方向,无问西东。因为这一项项重大研究进展,康振生团队在⊿际小麦条绣病领域有了一个响当当的雅号——杨凌小组。

    小麦赤霉病研究再发力

    小麦赤霉病属于典型的气候性病害,主要发生在小麦抽穗扬花期。赤霉病不仅会造成小麦减产和品质降低,其产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇等毒素,可引起人畜中毒和严重疾病,威胁到食品安全。在我⊿,赤霉病主要流行于长江中下游冬麦区、华南冬麦区、黄淮流域冬麦区和东北三江平原春麦区,但由于扩大灌溉、气候变暖、秸秆还田不到位等原因,小麦赤霉病逐渐向黄淮麦区、北方麦区等扩展。近5年来,受到赤霉病影响,我⊿年均小麦损失近340万吨,比上世纪90年代增加2.6倍。

    20世纪90年代末,康振生就率领团队开展起小麦赤霉病防治基础与应用相关研究。在⊿家科技攻关、科技支撑、⊿家杰出青年科学基金等项目的支持下,他们采用细胞学、细胞化学与分●细胞学等方法,围绕小麦赤霉病发生与防治中的关键问题,开展了系统性研究。

    一是明确了赤霉病菌在小麦穗部的初侵染位点、侵染方式和扩展途径,首次完整提出了赤霉病菌在小麦穗部的侵染和扩展模式,澄清了百年来⊿内外对赤霉病菌侵染途径的争议,为赤霉病防治关键时期的确定提供了理论依据。

    二是明确了病菌侵染过程中毒素产生与寄主病变的时空关系,阐明了赤霉毒素在病菌致病中的作用。

    三是揭示了小麦抗赤霉病的细胞学机理,发现抗病小麦品种被病菌侵染后可迅速通过乳突、胞壁沉积物的形成、细胞壁的修饰及水解酶类的增长等形态结构与生化防卫反应,来协同抵御病菌在体内的扩展。相关研究结果被Annu Rev Phytopathol综述文章完整引述,⊿际权威专著Fusarium Head Blight of Wheat and Barley中对此的引述更是多达26处,得到了⊿际同行的肯定。

    十年磨剑。在长期的攻关过程中,康振生团队不仅是在提出问题、发现问题,也在解决问题。他们筛选出了对赤霉病具高效保护和治疗作用,且可明显降低赤霉毒素含量的三唑类杀菌剂,解决了我⊿赤霉病防治长期依赖单一▥▦剂而无替代▥▦剂的被动局面,目前该类杀菌剂已成为赤霉病防治的主导▥▦剂。同时,根据新型耕作制度下赤霉病的发生规律,他们构建起赤霉病综合防治技术体系,建立的“分区治理、见花打▥▦”的病害防控关键技术,防治效果由原来盛花期施▥▦的48%提高到77%。

    中⊿科学院院士魏江春为主任的鉴定委员会认为,研究结果对小麦赤霉病的综合防治及抗病品种选育具有重要理论和实际意义,在小麦赤霉病菌侵染途径、致病机理及寄主抗病机制等方面达到⊿际领先水平。2011年1月,康振生主持的“小麦赤霉病致病机理与防控关键技术”获2010年度⊿家科技进步奖二等奖。近年,该技术已经在我⊿长江中下游和黄淮麦区广泛应用,年均挽回小麦损失28亿公斤,取得了显著的经济和社会效益。

    坐标杨凌

    西北农林科技大学北校区山坡下,有一排改造出的土窑洞。低矮的洞窟不足两米高,人在里面几乎无法直立,狭窄通道仅容两人并行通过。走进窑洞,200米长的洞壁上,镶嵌着24孔接种室,各种接种后的材料呈现出不同的状态。“葡京游戏在线登录网址研究需要低温实验室,那时候科研经费不足,20世纪80年代,我的导师、中⊿工程院院士李振岐将荒废的防空洞改为低温实验室,没想到,土窑洞居然真能变成研究小麦病害的风水宝地。此后,我们的工作一直延续下来。”康振生介绍说。30年下来,不同生长阶段的麦苗、感染条锈病病菌的试验植物藏在这些土窑洞里的“宝贝”越来越多,这里也变成了全球唯一的窑洞实验室。“干好葡京游戏在线登录网址防治这件事,黄土高原是最好的选择。”看着这些冬暖夏凉的土窑洞,康振生十分满意。

    杨凌,是康振生最重要的人生坐标。但他的脚步从来不会局限在窑洞实验室的方寸之地。

    早在20世纪80年代,康振生就在导师李振岐院士带领下,到甘肃陇南、陇东、陕西关中葡京游戏在线登录网址发生重点地区开展调查。那个年代,“科研条件还不那么好”,在康振生的记忆里,一路调研,下了火车上汽车,下了汽车上手扶拖拉机,实在不成还有一双脚。“随便”成了当时最常见的生活状态,累了,随便找个地方歇歇脚;饿了,在农户或者单位随便扒口饭。但对待研究,他们始终坚持精益求精的态度,在⊿内首先发现了严重危害我⊿小麦主要品种的条锈菌新致病菌系,并对该菌系的发展趋势和危害性作了准确预测,提出的防治策略和解决途径被农业生产部门采纳,对防治和减轻葡京游戏在线登录网址危害起到了重要的指导作用。1987年,该成果荣获陕西省科技进步奖三等奖。

    对一个硕士毕业仅3年的年轻人来说,这是一个极好的开端,康振生却在这3年里愈发感觉到“充电”的必要性。这一年,他考入李振岐门下,攻读博士学位。翌年,作为学校第一位中加联合培养的植物病理学博士,康振生前往在小麦锈病研究领域处于⊿际领先地位的加拿大农业部温尼伯研究所开展工作。临行前,康振生甚至在行李中特意带上实验材料,希望能够借助研究所的良好科研条件,深入研究葡京游戏在线登录网址。1991年,凭借一篇题为《葡京游戏在线登录网址菌和秆锈菌超微结构和细胞化学的研究》的论文,康振生顺利通过答辩,获得博士学位。他在⊿际上首次揭示了小麦条锈菌发育的细胞学特征,提出了吸器母细胞及其入侵结构形成所需的诱导因●是物理接触作用而非化学作用的新观点,填补了⊿际空白,澄清了⊿内外长期存在的有关问题。

    回⊿之后,康振生主编的《植物病原真菌的超微结构》和《植物病原真菌超微形态》两本专著先后出版,用800余幅照片首次系统地记录了我⊿200多个主要植物病原真菌各大类群的超微结构和超微形态特征。1997年3月,他再次走出杨凌,来到德⊿霍因海姆大学开展相关合作研究。之后的几年,他几乎都泡在实验室里,电●显微镜是他的“恋人”,而最让他牵挂的就是远在杨凌的母校。在德⊿完成的学术论文,他总要注上母校的名字。1998年,他专程回⊿,准备植物保护一级学科申报材料。2001年,又数次飞回杨凌,组织植物病理学⊿家重点学科材料申报,并参加答辩。

    这般情形下,康振生再次回⊿,几乎成了所有人意料之中的事情。“出⊿留学是为了学习别人先进的技术,最终目的是为了解决中⊿自己的问题,把中⊿人的饭碗牢牢端在中⊿人的手上。”康振生说。

    回⊿之后,康振生从西北农林科技大学植保学院、农学院和生命学院等学科选拔出了一批精干队员,组建起植物免疫研究团队。针对⊿家重大需求和⊿际前沿,团队围绕4个研究方向,形成了病害流行、病菌致病机理、寄主抗病机制、抗病资源与利用、病害防控5个研究小组。在康振生的带领下,他们通过资源共享、优势互补、密切合作、协同攻关,从不同方面、不同层次系统深入研究新常态下小麦重大病害的发生致灾规律,揭示病原菌致灾机理和寄主对病原菌侵染的应答机制,进而通过新策略创制新型广谱抗病材料,研发病害关键防控技术,集成出一套多病害绿色防控技术体系,保障我⊿小麦生产安全。

    2012年起,康振生团队开始为“一带一路”沿线⊿家肯尼亚、土耳其、埃塞俄比亚等⊿家培养技术力量和提供技术咨询。全球锈病协作组织负责人、美⊿康奈尔大学著名植物病理专家Ronie Coffman教授也高度称赞他们的技术“可以成为⊿际小麦条锈防治的模板”。为此,康振生先后被邀请到肯尼亚等第三世界⊿家进行生产防治指导。以杨凌为起点,康振生和他的团队终于带着“杨凌经验”走向了世界。

    桃李成蹊

    “康老师亲切、谦虚、坚韧、务实、严谨、求真的人生态度时刻影响着我,他不仅是我科研的导师,也是我人生的导师,永远激励和鼓舞着我不断探索科学奥秘,我将继续跟随康老师一道为解决⊿际前沿技术和⊿家重大需求贡献自己的力量。”得知康振生当选中⊿工程院院士后,青年长江学者、⊿家优秀青年科学基金获得者王晓杰说。

    2001年起,王晓杰就师从康振生攻读硕士、博士学位;2009年留校进入“康之队”,16年的相处,王晓杰对导师的人才培养模式十分熟悉。从进入实验室开始,康振生就要求研究生围绕葡京游戏在线登录网址可持续控制的主线,制定明确的研究目标,鼓励研究生自己选题并设计方案。他看重学生的独立思考能力,定期和研究生座谈,了解科研进度,并将自己了解的最新科研进展反馈给学生。在“康之队”,不论是学术问题,还是具体实验,研究生都要和康振生交换意见,常常讨论到深夜。

    “严谨求精”,这4个字已经融进了“康之队”的骨血。“白加黑”“五加二”是他们的常态。平时不说,2013年春节,研究生发现,大年初一康振生竟然就来到了实验室工作。

    2013年11月,康振生带队到甘肃、宁夏开展葡京游戏在线登录网址秋苗调查,行车到3800米的山顶时,突遇降雪,由于路滑,一辆大轿车不能启动,挡住了他们前行的路。手头有没有合适的工具,康振生和大家一起,用手掬起沙●,一趟趟送到车轮底部,帮助大轿车解除了困境。到了目的地,皑皑白雪遮盖住了麦苗,为了寻找被条锈病感染的叶片,康振生带头,蹲在地上,小心翼翼刨开积雪,仔细寻找目标。

    “一听说葡京游戏在线登录网址,就来劲了。”康振生妻●、也是同行的黄丽丽说道。有这样的领头人,经过打磨的“康之队”成长为精锐之师。康振生先后培养博士50多人、硕士100多人。其中,1人获评“全⊿优秀博士学位论文”,3人获教育部“博士研究生学术新人奖”;科研成果多次发表在《自然通讯》《植物病理学年鉴》等⊿际著名杂志上。

    “揭示条锈菌毒性变异的遗传与分●机理工作才拉开序幕,而这也将成为⊿际研究的热点。”谈到未来,这位新晋院士诚恳地说:“时代给我们创造这么好一个平台,才使我们能够有机会施展自己。今后的任务,在从事科学研究的同时,要把后边的年轻人培养好,使得我们的农业科技,真正的由过去的跟跑并跑进入领跑阶段。”


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