“今年的小麥真是太旱了,你看旱得連病菌都長不起來!”
2025年5月下旬,記者第一次見到陳萬權時,已過花甲之年的他頂著35度的高溫,正在河南新鄉的試驗田里一株一株查看小麥發病情況,豆大汗珠緊貼著頭皮從帽檐縫隙往外滲,后背已濕了一片。
“在小麥眾多病害中,如果條銹病稱第二,沒哪種病害能排第一。這么說吧,如果不防治條銹病,每兩碗面條就有一碗會被它奪走,嚴重時顆粒無收!”
陳萬權是全國麥類作物病害研究與防控協作組組長,一說起與全國植病同仁一起戰斗了40多年的小麥條銹病,皺緊的雙眉就再也沒松開。
流行病菌,恰似候鳥,春去秋來,輾轉危害
1950年春夏之交,才剛半歲的新中國遭遇了一場空前的大災難,小麥條銹病史無前例的大爆發,西北告急、華北告急,黃河流域麥區、長江流域麥區,無一幸免,因條銹病導致小麥損失60億公斤。當年全國小麥的總產量才145億公斤,損失的糧食相當于1700萬人一年的口糧。
1964年,小麥條銹病又一次大流行,損失了32億公斤糧食,好不容易剛從“三年自然災害”緩過勁來的人們再度面臨餓肚子的風險,急得周恩來總理親自批示:“對小麥銹病的防治,要長期堅持調查研究,不斷改進提高,力求減少損失。”
一場針對小麥條銹病的糧食保衛戰,就此拉開序幕,沈其益、陳善銘、汪可寧、曾士邁、李振岐等老一輩科學家帶著各自的團隊前赴后繼投入到了這場“銹病殲滅戰”戰中。
這場戰爭并不好打。小麥條銹病是一種流行性病害,麥子收完后病沒了,新苗一出土,病又來了。各麥區只能疲于應付,苦不堪言。
科學家們研究發現,小麥條銹病的病原菌孢子極其細小,只比PM2.5略微大一點兒,肉眼根本看不見,它能跟隨氣流直上3000到5000米的高空,穿越山川河流,飄落各地感染小麥。
擒賊得先擒王,如果能找到這些病原菌最先發生的“老巢”,或許能有一絲勝算。
1983年,剛大學畢業分配到中國農業科學院植物保護研究所的陳萬權,被派往四川阿壩州和甘肅隴南地區蹲點,直奔條銹病的發源地開展實地調研。
(陳萬權在麥地察看小麥染病情況)
彼時,前輩們已經查明,我國東部小麥條銹病的發病菌源每年都是從西部吹過來的。從地理位置和生態條件來看,甘肅南部、青海東部、寧夏南部、陜西西部、四川西北部的大片區域,理論上可形成一個條銹菌藏身越夏的“越夏易變區”,這就是所謂的小麥條銹病 “老巢”,但菌源藏在什么地方?哪些地點最為關鍵?病菌在此如何生存?這些問題并不十分明確,只能靠人到現場進行實地勘察,一點一點地查清楚。
阿壩州海拔兩三千米高,山高路險,經常發生泥石流和山體滑坡。有次,陳萬權從汶川縣趕往松潘縣,突遇到山體滑坡,碎石滾滾而來,與陳萬權搭乘的公共汽車擦邊而過,人雖幸免遇難,但道路被堵死。
為了完成當天的定期觀測任務,陳萬權冒著再次發生滑坡的危險,翻過山石,背著行囊一路邊走邊下麥田調查和采樣,走了十幾個小時終于摸黑走到縣城。
小麥條銹病的觀測點分布在不同海拔高度地區,很多地方偏遠,有時天晚了,陳萬權就在附近村寨的藏民家里打地鋪,隨便糊弄過夜,久而久之,身上經常生瘡。有一年病瘡發作,他忍著疼痛堅持到冬天調查完,背著沉甸甸的數據和樣本回北京,火車上痛得沒法坐,只好躺在硬座椅下,熬了一天兩夜趕回北京海淀醫院做了手術,至今身上還留下許多大大小小的疤痕。
歷經20多年,靠著堅韌與執著,陳萬權帶領團隊與康振生、馬占鴻等全國麥類作物病害研究與防控協作組成員一起,查明了小麥條銹病菌源基地的具體范圍與關鍵作用,終于把小麥條銹病菌的“老巢”摸清楚了。
這一下,防治小麥條銹病的戰斗形勢得到了扭轉,由原來的被動挨打“應急防治”轉向了主動出擊的“源頭治理”。
根據甘肅隴南等菌源基地的地理生態環境以及病害發生發展規律,陳萬權他們研究提出了“兩種(zhǒng)(抗病良種、藥劑拌種)兩種(zhòng)(退麥改種、適期晚種)”等綜合治理技術措施,通過“控制西部菌源區、保護東部廣大麥區,控制局部發病點、保護大面積小麥不受災”的“控西保東,控點保面”策略,對全國小麥條銹病防治起到了很好的效果,實現了“有病無災”和病害持久控制。
(“中國小麥條銹病菌源基地綜合治理技術體系的構建與應用”獲得“國家科學技術進步獎一等獎”頒獎現場照片)
2012年,“中國小麥條銹病菌源基地綜合治理技術體系的構建與應用”獲得了“國家科學技術進步獎一等獎”,這是新中國成立以來,我國植保界僅有的三個國家級一等獎之一。
然而,小麥條銹病并沒有那么輕易被打敗。
病菌變異,借巢生娃,抗病失效,另謀良策
2017年,小麥條銹病再一次大爆發,全國發病面積543.52萬公頃,實際造成小麥減產4.28億公斤。這次爆發讓很多人發現,有些原本抗條銹病的小麥品種都不抗病了,一些高效藥劑的防病效果也不如從前了。
為何曾經的抗病品種不再抗病了?研究發現主要原因是小麥條銹菌出現了新小種,意味著病菌發生了變異。
條銹菌為何會變異?又是通過什么途徑發生變異?這些疑問不解決,猶如兩軍對壘中的“軍備競賽”,不管科研人員花多大代價研發的抗病品種和新藥劑,條銹菌都會讓它很快失效。
康振生是西北農林科技大學教授也是中國工程院院士,從1982年開始跟隨老師李振岐投身于小麥條銹病的研究與防治,他和團隊一直想解開條銹菌致病性的變異之謎。
(康振生院士察看小麥染病情況)
2010年,有位美國學者發現在一種名叫“小檗”的植物上,小麥條銹菌可以寄生。這引起了康振生極大的關注,因為教科書上記載條銹菌只寄生在活的小麥或禾本科雜草上,小檗并不屬于禾本科,為何會感染條銹病?
康振生懷疑這很可能跟條銹菌的變異有關。
小麥條銹病是一種國際性病害,既然國外小檗上有,很可能國內小檗上也有條銹菌。康振生走進大山,如海里撈針般尋覓染病的小檗植株,當時“甚至不確定海里有沒有針”。
有一次,康振生在西北采集染病小檗標本,因為滿臉塵土且攜帶有鐵鍬、GPS等物品,被高速收費站人員誤認為盜墓賊和文物販子,幸虧他及時出示證件,才澄清誤會。
小麥條銹菌是一種真菌,理論上存在無性生殖和有性生殖階段。但長期以來,小麥條銹菌的有性生殖階段都沒有被發現。
功夫不負有心人,通過數千份樣本采集、上萬次實驗研究,2017年8月,康振生團隊在世界上率先獲得了在自然條件下,小麥條銹菌侵染野生感病小檗完成有性生殖階段的直接證據,揭示了有性生殖是我國小麥條銹菌致病性變異的主要途徑之一。
小麥條銹菌轉主寄主—小檗的發現,在小麥條銹病的研究和防治中具有里程碑意義,改寫了原有教科書的內容。
野生小檗廣泛分布于西北山區,夏季麥子收割后,小麥條銹菌就跑到小檗上“生兒育女”,等到秋冬,新麥苗出來,小麥條銹菌的兒女們又從小檗上跑去禍害小麥,這從源頭上揭開了中國西北越夏易變區形成之謎。而小麥條銹菌在有性生殖階段會不斷發生變異,這也是導致原有抗病的品種和高效藥劑失效的根本原因。
根據這一研究成果,康振生他們推出了“遮(遮蓋收割后的麥垛)、鏟(鏟除麥田附近小檗)、噴(噴施殺菌劑)三板斧防控技術,以阻止條銹菌有性生殖,在陜西當地測試,對小麥條銹病的防效高達95%,這讓很多人都看到了希望。
但小麥條銹菌很不服氣,又進化出了新招術。
暗度陳倉,菌源遷移,釜底抽薪,基因出擊
2020年春夏,小麥條銹病又一次大流行,全國發病面積439.52萬公頃,實際造成小麥減產2.49億公斤。
此外,中國農業科學院植物保護研究所、西北農林科技大學和青海大學等科研團隊,通過系統研究,發現我國小麥條銹菌主要流行小種在平均溫度26-27℃下均能生長,大大超出了之前23℃的認知。
小麥條銹病適宜在涼爽氣候下生存,以往研究認為,小麥條銹菌只能在夏季最熱一旬(7月下旬或8月上旬)旬均溫度22度及以下的地方才能越夏,到秋冬季再去侵染秋播麥苗。
但隨著全球氣候變暖,我國氣溫上升,小麥條銹菌通過生態環境適應性進化發生變異,產生耐高溫的菌株,原來不能越夏的地方也可以越夏了,菌源的地盤越大,菌源數量增加,秋季小麥苗期條銹病爆發的風險也會更高。
2020年9月,中國將小麥條銹病列為一類農作物病害防治對象,進行統防統治。新一輪的戰役,又吹響了號角。
(得條銹病的小麥)
但傳統的技術武器幾乎已經悉數上陣,人類與小麥條銹病的這場戰役到底該怎么打了呢?
王曉杰是西北農林科技大學的博士生導師,也是康振生的學生,一直在研究小麥與條銹菌互作的分子機理。2007年,他在做條銹菌侵染小麥后的基因表達實驗期間,找到了一個在小麥中從未見過的基因。
經過反復試驗,他發現,這個基因可能決定著小麥能不能感染條銹病。但礙于當年的技術水平和硬件設施的限制,王曉杰始終沒揭開這段基因的神秘面紗。
2018年,王曉杰作為博導,招收了第一位博士生王寧,第一時間把那個讓他一直惦念的基因“拿”出來,作為禮物送給王寧,期待她能揭開“潘多拉魔盒的秘密”。
2022年,在導師團隊的指導下王寧終于在全球率先挖出了小麥中的“間諜”,被條銹菌利用的小麥感病基因TaPsIPK1——編碼胞質類受體蛋白激酶。
研究發現,當條銹菌飄落在小麥葉片上時,會釋放毒性蛋白,這個感病基因接收到毒性蛋白傳來的信號,就會打開門讓病菌進入。而只要通過基因編輯技術,把小麥的這個“間諜”基因去除掉,條銹菌就無法感染了。研究結果發表在國際頂尖期刊《細胞》雜志上。
而就在這周,又一個好消息傳來。
2025年6月9日,四川農業大學劉登才教授團隊聯合中國科學院遺傳與發育生物學研究所劉志勇研究員團隊和其他5家單位,在《自然-遺傳學》發文,揭示了小麥NLR pair協同調控條銹病抗性新范式,拓展了小麥NLR抗病蛋白抵御病原菌的科學認知。
這些基于基因層面上的研究成果,開辟了抗病小麥育種新途徑,為實現小麥條銹病經濟、高效、綠色防控提供了新方法。
從1950年因條銹病流行損失60億公斤糧食降到2020年損失2.49億公斤,這背后是75年的時間里,一代又一代的農業科研人員默默辛苦的付出,就像陳萬權所說:“做農業科研工作,沒有驚天動地的故事,只有一年又一年的堅持;沒有高樓大廈的奢華,只有田間地頭的守望;沒有激情澎湃的刺激,只有孜孜不倦的試驗。”
今年夏收即將結束,小麥豐收已成定局,但糧食保衛戰遠沒有落幕。作為自然界中的一員,條銹菌是不可能被完全消滅的,這意味著小麥條銹病也將永遠存在。在這場動態博弈的戰爭中,人類只能不斷提高技能,以達到“魔高一尺,道高一丈”的“有病無災”狀態。
記者告別的時候,陳萬權帶著弟子們依然在麥田里忙碌,而全國麥類作物病害研究與防控協作組40多家成員單位數百名科研人員正散落在全國各地研究應對著小麥各種各樣的病害。
回程返京,路邊起伏的麥浪讓人忍不住心生喜悅,突然理解了陳萬權最后說的那句話:“當你真正熱愛這項工作時,它就好比你的生命,也就什么也不在意了。”
記者 | 曾麗清
編輯 | 趙寧寧
欄目主理人 | 曾麗清
監審 | 楊 巍
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