【編者按】在習(xí)近平總書記給全國涉農(nóng)高校的書記校長和專家代表的回信5周年、全校上下熱烈討論新時代南農(nóng)精神之際，由黨委宣傳部策劃采寫，陸續(xù)選推一批團隊和人物典型，他們，以貢獻擔(dān)當(dāng)回應(yīng)總書記殷殷囑托，以團隊精神回答“強國建設(shè)南農(nóng)何為”命題，以自信答卷擂響新時代新征程南農(nóng)人的奮進號角。

首期選推的馬正強教授團隊20余年科研長跑，執(zhí)著求索、問鼎前沿，“亮劍”小麥赤霉病這一世界級難題，麥田“繡花”、大海撈針，帶領(lǐng)團隊往返實驗室與田野，終于挖掘出重要抗性基因；與此同時，面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)實際應(yīng)用，繼續(xù)挺進種質(zhì)創(chuàng)新和品種選育攻關(guān)，邁出了從基礎(chǔ)研究到生產(chǎn)應(yīng)用的關(guān)鍵一步。

這樣一個20年孜孜求索的科研故事體現(xiàn)的是南農(nóng)人堅定理想信念、敬業(yè)奉獻的人格品質(zhì)，是南農(nóng)人追求真理、嚴謹治學(xué)、敢于突破的科學(xué)精神，是南農(nóng)人甘坐冷板凳、奉獻農(nóng)業(yè)科研事業(yè)的生動寫照。

三夏豐收，顆粒歸倉。在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)有這樣一支“麥田守望者”，他們?yōu)榱私鉀Q小麥“癌癥”赤霉病的世界性難題，圍繞抗赤霉病育種中“選什么基因、用什么親本、怎么選”的瓶頸問題連續(xù)攻關(guān)了20余年。

部分團隊成員與研究生在溫室中工作

“小麥抗赤霉病研究一直是熱點，也是世界公認的難題。”國家杰出青年基金獲得者、團隊負責(zé)人馬正強教授表示，隨著全球氣候變暖、耕作制度改變，赤霉病發(fā)病區(qū)域擴展、常發(fā)重發(fā)已成趨勢，嚴重制約我國綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，影響糧食安全。正因為如此，他帶領(lǐng)的團隊咬定小麥抗赤霉病這個難題，鑒定出18個抵抗小麥“癌癥”的遺傳位點，其中包括最重要的抗赤霉病關(guān)鍵基因Fhb1，建立了高效的抗赤霉病分子育種技術(shù)體系、創(chuàng)造出上百個抗赤霉病、綜合性狀優(yōu)異、適應(yīng)不同生產(chǎn)區(qū)的新種質(zhì)，并以此為基礎(chǔ)成功選育出高產(chǎn)抗赤霉病新品種。團隊不僅為解決抗赤霉病育種瓶頸問題、保障我國和全球小麥生產(chǎn)和食品安全作出了突出貢獻，還是將基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究結(jié)合的典范，是“頂天立地”的農(nóng)業(yè)科研樣本。

向小麥領(lǐng)域的世界性難題發(fā)起挑戰(zhàn)

“小麥赤霉太可怕，四個麥穗能爛仨?！毙←湷嗝共∈怯啥喾N鐮刀菌真菌引起的小麥病害，防治困難、極具毀滅性，它不僅會導(dǎo)致嚴重的產(chǎn)量損失，還影響籽粒品質(zhì)和食品安全。

然而，長期以來缺乏抗病基因和易用的育種種質(zhì)、表型選擇難、準確性差的問題，小麥高產(chǎn)抗赤霉病育種一直難以突破。

育成品種南淮麥193表現(xiàn)出優(yōu)秀的田間赤霉病抗性（左）。右為感病對照

預(yù)見到基因組學(xué)將在復(fù)雜性狀遺傳解析中發(fā)揮關(guān)鍵作用，1998年剛從美國留學(xué)回國的馬正強教授就選定了小麥赤霉病抗性這個極其重要的復(fù)雜育種性狀，以抗病遺傳基礎(chǔ)解析、抗病基因挖掘、優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)新和育種利用為團隊的主攻方向。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)地處的長江中下游麥區(qū)一直是小麥赤霉病重發(fā)區(qū)，長期的高壓環(huán)境孕育了一批以江蘇溧陽“望水白”為代表的高抗赤霉病地方品種。它和上世紀70年代由江蘇太湖地區(qū)農(nóng)科所育成的“蘇麥三號”，至今仍是世界上最好的抗赤霉病種質(zhì)。

然而，幾乎所有赤霉病抗源都存在育種中難于利用的問題。以望水白為例，馬正強教授將其稱為小麥中的“美女”，說的是外形特征上身材高挑細瘦，但在科研人員眼中，這是個帶有瑕疵的性狀：雖然抗性好，但產(chǎn)量低，極易倒伏，哪怕微風(fēng)吹過，都會東倒西歪。團隊要做的，就是挖掘出望水白中有用的基因，摒棄不良的累贅。

團隊帶頭人與同行專家現(xiàn)場交流（前左一:小麥育種家吉萬全教授；前左二: 小麥育種家劉建軍研究員；前左三：團隊帶頭人馬正強教授）

抗赤霉病與高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等其它育種目標往往難以兼顧，抗性鑒定條件苛刻、表型選擇效率低等問題難倒了不少同行。據(jù)團隊骨干、國家重大人才工程入選者賈海燕教授介紹，要想成功利用這些抗源，必須明確其抗性受多少基因控制、基因所在的位置和效應(yīng)、抗病的機制是什么、抗病基因是否影響其它育種目標性狀。

只有將這些謎團層層撥開，才有可能解決抗赤霉病育種中存在的困難。于是，團隊以育種應(yīng)用為導(dǎo)向，采用正向遺傳策略、挖掘優(yōu)異遺傳變異，開始了一場艱苦的科研跋涉。

據(jù)賈海燕介紹，對赤霉病抗性這類復(fù)雜性狀的研究，在當(dāng)時只能步步為營。普通小麥是部分同源六倍體，其基因組相較其他作物要復(fù)雜的多。在本世紀初，小麥基因組學(xué)研究還處于嬰兒期。雖然2002年水稻基因組草圖被發(fā)表，普通小麥基因組草圖到16年后才得以完成。

為了進行望水白基因組抗赤霉病基因的篩查，他們必須克服小麥基因組大、重復(fù)序列占比高、多態(tài)率低等一系列困難，還必須對作圖群體進行多年、多點的抗性鑒定，以獲取準確的表型數(shù)據(jù)。

賈海燕表示，抗赤霉病位點篩查僅僅是抗赤霉病基因挖掘和利用的第一步，在此基礎(chǔ)上，還需要進行抗病位點的精確定位、效應(yīng)分析和評價、基因克隆、分子育種技術(shù)體系的建立等。

“尤其對于赤霉病抗性這樣的復(fù)雜性狀，任何一項重要進展都不是一蹴而就的事”，馬正強說。

抗性鑒定實驗——麥田里的“繡花功夫”

在抗病基因挖掘中，抗性鑒定準確與否，直接決定了研究的成敗?？紤]到赤霉病抗性鑒定結(jié)果受材料生長狀態(tài)、接種后的溫濕度等影響，刮風(fēng)下雨等氣候變化也會直接影響鑒定的準確性，僅僅依靠個別植株的結(jié)果無法說明問題。

“對赤霉病抗性這個性狀，必須通過大規(guī)模、有重復(fù)的接種鑒定才能獲得可信的數(shù)據(jù)”，團隊骨干、國家優(yōu)秀青年基金獲得者李國強教授介紹，在田間鑒定時，如果碰上小麥揚花期雨水少或者氣溫偏低，當(dāng)年的努力可能就徒勞無功。

接種鑒定通常是每年3月底開始持續(xù)到5月底。針對不同的抗性類型還需要采用不同的接種方法。接種一定時間之后，科研人員需要調(diào)查每個接種穗子的病節(jié)長度、病小穗數(shù)，或者一定面積的病穗數(shù)。

記者來到了一塊大約2000平米的鑒定圃大棚，映入眼簾的是小麥植株上掛著的幾十萬個五顏六色的吊牌。據(jù)介紹，不同的吊牌顏色和形狀記錄著不同的接種時間。因為各個材料的開花期不同，接種工作通常要持續(xù)半個多月。五種顏色不夠用的話，科研人員就通過剪角的方式來區(qū)分。這樣的鑒定工作猶如大海撈針。

鑒定圃一瞥。（上）網(wǎng)室鑒定圃（下）田間鑒定圃

賈海燕告訴記者，在這期間，研究人員都是天剛亮就趕到地里。由于工作量太大，為了完成當(dāng)天的工作，田間地頭就是餐桌，手機照明加班接種是家常便飯。

“我們多流汗，育種家就會少流汗；我們的結(jié)果越準確，育種家用起來就越順手，效率才會高”。這是馬正強常說的一句話，也是團隊一直以來面向應(yīng)用做研究的初心。

在20多年的科研跋涉后，團隊克隆了小麥中目前已知的最重要抗赤霉病基因Fhb1，該基因具有最強的抗擴展效應(yīng)，還可降低籽粒中真菌毒素的積累。2018年，該基因及其應(yīng)用獲得中國和美國發(fā)明專利授權(quán)，2019年，部分研究成果發(fā)表在國際遺傳學(xué)權(quán)威期刊《自然-遺傳學(xué)》Nature Genetics上。這對小麥抗赤霉病研究而言，是質(zhì)的飛躍。

在這一重大突破后，團隊又采用分子育種策略將Fhb1導(dǎo)入到來自江蘇、山東、河南、四川等小麥主產(chǎn)區(qū)的中感或高感赤霉病小麥品種中。他們發(fā)現(xiàn)，這一基因的應(yīng)用能使小麥抗赤霉病擴展的能力提高76%以上，該基因不僅可以提高小麥對赤霉病的抗性，在玉米等其他作物中也可能提高其抗鐮刀菌病害的能力。

基礎(chǔ)研究的終極目標是服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

剛剛過去的5月，中國工程院院士趙振東研究員、中國工程院院士許為鋼研究員、中國工程院院士中國農(nóng)業(yè)大學(xué)校長孫其信教授、全國小麥產(chǎn)業(yè)體系首席科學(xué)家劉錄祥研究員，以及其他參加全國小麥抗赤病育種工作推進會議的近200位專家學(xué)者來到位于南京溧水的小麥抗赤霉病基因挖掘與種質(zhì)創(chuàng)新試驗基地進行考察。

團隊帶頭人在2024全國抗赤霉病育種推進會上向近200名小麥專家和同行介紹抗赤霉病種質(zhì)創(chuàng)新和育種成果（前右一:孫其信院士；前右二:趙振東院士；前右三:許為鋼院士；前右四：團隊帶頭人馬正強教授）

現(xiàn)場展示的材料中不僅包括大量的抗赤霉病育種新材料，還有已通過審定或正在進行的區(qū)試或預(yù)試的新品系。

專家們駐足在“南農(nóng)999”等一系列用分子育種技術(shù)育成的抗赤霉病品系和種質(zhì)前，對其田間抗性表現(xiàn)連連稱贊。小麥專家趙振東院士評價，“團隊在抗赤霉病小麥育種已走在世界前列”；小麥專家許為鋼院士表示，“團隊在抗赤霉病的理論和育種實踐上面，應(yīng)該說是雙豐收，田里展示的材料在黃淮麥區(qū)種植，不用擔(dān)心赤霉病抗性”；小麥專家孫其信院士高度評價了多基因聚合的分子育種策略在小麥抗赤霉病育種中的價值，“多個基因聚合的赤霉病田間抗性確實得到了顯著提高，希望團隊再大膽一些、步子再大一點，助力全國小麥抗赤霉病育種整體水平的提高”。

育成的抗赤霉病品種南農(nóng)999高產(chǎn)特性突出

據(jù)了解，根據(jù)綜合性狀表現(xiàn)和抗不同小麥病害的能力，團隊已創(chuàng)造了三代抗赤霉病種質(zhì)和育種材料。在2013年的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦試驗基地現(xiàn)場觀摩會和2017年全國小麥基因組會上，團隊創(chuàng)制的NMAS022等核心抗赤霉病種質(zhì)就被免費發(fā)放給全國60多家育種單位，為小麥抗赤霉病育種提供了好用的親本，這也成為該團隊從基礎(chǔ)研究邁向生產(chǎn)應(yīng)用的重要節(jié)點，邁出了從種質(zhì)創(chuàng)新到品種選育、從創(chuàng)新鏈到產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵一步。

采用分子育種技術(shù)創(chuàng)制的第一代高抗赤霉病種質(zhì)NMAS022。圖中展示在鑒定圃中人工接種20天后的表現(xiàn)

20年探索漫長而艱辛，如果僅僅滿足于發(fā)幾篇高水平論文，也許科研不用這么辛苦，但在馬正強教授看來，“基礎(chǔ)研究的終極目標是提高和培植生產(chǎn)力，服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，圍繞百姓口糧的農(nóng)業(yè)科研尤其如此”。

團隊的成果也得到了同行的高度認可。2022年，項目“小麥抗赤霉病的遺傳基礎(chǔ)解析與種質(zhì)創(chuàng)新”獲得了教育部自然科學(xué)一等獎并入選“江蘇省十大行業(yè)領(lǐng)域科技進展”；2021年，項目“我國特有種質(zhì)望水白抗赤霉病基因的發(fā)掘與利用”獲得大北農(nóng)科技獎一等獎。

馬正強表示，對小麥赤霉病這種由兼性寄生真菌引起的病害來講，現(xiàn)有的進展只是萬里長征的第一步。要根治小麥癌癥赤霉病，還需要多學(xué)科交叉和緊密合作，豐富抗病基因庫和育種材料的多樣性，闡明抗病機制，進一步創(chuàng)新育種方法和防治策略。