文章來源：中國科學(xué)報

郭惠珊?受訪者供圖

走進中國科學(xué)院微生物研究所（以下簡稱微生物所）研究員郭惠珊的辦公室，一眼就能看到那些“特色”裝飾：地面上的盆栽棉花、茶幾上的棉花花束，就連窗簾上也有一幅枝葉伸展、桃鈴綻放的棉花圖。

郭惠珊團隊研究的正是棉花。過去15年，他們扎根新疆棉田，打破棉花生產(chǎn)中的一系列瓶頸，為助力植棉業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展、推動民族地區(qū)以棉增收提供了科技支撐。

2023年底，因為工作突出，郭惠珊被授予第九屆“首都民族團結(jié)進步先進個人”稱號。

另辟蹊徑，攻克“棉花癌癥”

“4月苗，5月蕾，6月花，7月鈴，8月陸續(xù)吐絮，10月收獲?！闭勂鹈藁?，郭惠珊如數(shù)家珍。

郭惠珊與棉田結(jié)緣是在2008年。那年秋天，她來到新疆石河子大學(xué)作報告，在隨后的考察中第一次走進棉田。

新疆是我國最重要的棉花產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的90%以上。那次考察，受棉花黃萎病影響，棉田里干枯的葉片和棉農(nóng)的滿面愁云給郭惠珊帶來極大的心理沖擊。

“我們家的棉花地黃萎病大暴發(fā)，光買藥就要幾萬元，成本大了，愁得我們都吃不下、睡不著?！泵揶r(nóng)的話刺痛了郭惠珊的心。

她深入了解后發(fā)現(xiàn)，我國每年棉花黃萎病發(fā)生面積超過千萬畝，造成的直接和間接經(jīng)濟損失累計超百億元。但40多年來，大量抗病育種工作證實，由于棉花沒有主效抗病基因，通過單獨轉(zhuǎn)入一個基因提高植株抗性以抵抗真菌的傳統(tǒng)育種和分子育種方法行不通。棉花黃萎病成了“棉花癌癥”。

“通過主效基因抗病的門被關(guān)上了，其他的路能走通嗎？”郭惠珊想試一試。

涉足棉花黃萎病研究之前，郭惠珊的研究是利用RNA干擾（RNAi）技術(shù)抗植物病毒。能否通過這種方式抑制黃萎病的致病性呢？

棉花黃萎病的病原大麗輪枝菌是一種典型的土傳病原真菌。此前，郭惠珊一直聚焦非細胞結(jié)構(gòu)的植物病毒研究，對真菌這種真核生物引起的病害了解不多，半路換道意味著很多地方需要從零開始。

郭惠珊毅然帶領(lǐng)團隊扎根棉田，“死磕”黃萎病。

他們冒著高溫頂著烈日，在干旱的棉田里年復(fù)一年地尋找抗病線索。終于，8年后，一個新發(fā)現(xiàn)讓他們看到了希望：棉花能夠?qū)⒆陨淼男NA傳遞到真菌細胞內(nèi)抑制真菌基因表達。

這個發(fā)現(xiàn)表明自然界存在天然的植物-真菌跨界RNAi途徑，也讓研究團隊決定給棉花轉(zhuǎn)入抗病RNA，抵御黃萎病。“這就像給棉花裝備上‘小剪刀’?！惫萆合颉吨袊茖W(xué)報》解釋，抗病RNA可以讓棉株在大麗輪枝菌入侵時將其核糖核酸剪斷，降低其致病性。

這一獨辟蹊徑的方法使棉花的黃萎病抗性提高了22.3%，盡管此前RNAi技術(shù)曾被用于植物-病毒、植物-昆蟲等研究，但自然界中天然的植物-真菌跨界“打靶”抗病在國際上尚屬首次。相關(guān)研究在2016年發(fā)表后受到國際矚目，成為抗棉花黃萎病研究的一個重要里程碑。

為了讓“小剪刀”更加便捷，郭惠珊還提出用有益微生物產(chǎn)生并輸出小RNA剪切病原真菌基因的想法。

“我們到新疆棉田里挖出一份份土樣帶回北京，經(jīng)過一次次分析，從中找到一種能產(chǎn)生小RNA的有益真菌，將其用于抗黃萎病的工程菌開發(fā)，實現(xiàn)了‘真菌-真菌’種間抗病?！蔽⑸锼毖芯繂T趙建華說，這種方式擺脫了作物缺少遺傳轉(zhuǎn)化體系或轉(zhuǎn)化周期長的束縛，或?qū)砣碌淖魑锊『Ψ揽啬Ｊ健?

目前，團隊培育的抗病棉抗病能力達到56.4%。由于抗病性增強，棉花的優(yōu)良性狀也能更好地體現(xiàn)出來，如棉桃更豐滿、棉纖維成熟度更高，產(chǎn)量和質(zhì)量也更高。

現(xiàn)在，郭惠珊團隊正在推動基于RNAi技術(shù)抗黃萎病棉花的落地。新技術(shù)從實驗室走向田間要通過中試、環(huán)境釋放、生產(chǎn)性試驗等多道程序。

2017年，郭惠珊團隊在新疆建成了9畝棉花黃萎病病圃，反復(fù)試驗收集數(shù)據(jù)，已經(jīng)獲得國內(nèi)首個RNAi棉花轉(zhuǎn)基因安全評價環(huán)境釋放證書，并完成了環(huán)境釋放試驗，正在向生產(chǎn)性試驗邁進。

“一定要把這項技術(shù)真正落實到地里，它關(guān)系著每一位棉農(nóng)的錢袋子。”郭惠珊心里憋著一股勁兒。

鹽堿地上開出“霸王花”

近年來，鹽堿地綜合改造利用成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向之一。我國約有15億畝鹽堿地，其中約5億畝具有開發(fā)利用潛力。新疆鹽堿地分布廣，面積約占全國的三分之一。

為了向鹽堿地要產(chǎn)能，近年來，郭惠珊團隊把目光投向一個新領(lǐng)域——耐鹽堿棉花培育。她帶領(lǐng)團隊跑遍天山南北，篩選高產(chǎn)、有抗病基礎(chǔ)的棉花種質(zhì)資源，培育新耐鹽堿種質(zhì)。

“培育好的品種就像‘選美’，千挑萬選才能選出性狀優(yōu)良的品系?！惫萆赫f。

2018年，郭惠珊和微生物所副研究員高峰帶著選育的種質(zhì)向地方政府租鹽堿地試種，種子播下去，一開始出了一些苗，但最后幾乎全軍覆沒。

白花花的鹽堿地，不僅鹽分高，高溫干旱也是常態(tài)。當(dāng)?shù)厝顺Ｕf：“鹽堿地里種莊稼，十年九不收。”

第二年，他們種上篩選到的新種質(zhì)，稀稀拉拉的苗長出來了。

第三年，新種質(zhì)的苗長得很整齊。

一步步的研究與實踐，為他們2021年在南疆創(chuàng)建的1500畝大面積示范田“基于鹽堿地的棉花高產(chǎn)體系”打下了基礎(chǔ)。

2023年，郭惠珊團隊的耐鹽堿棉花示范田從最初的200畝擴展到萬畝，他們培育的骨干親本——中科棉系列種質(zhì)，實現(xiàn)畝產(chǎn)417公斤、產(chǎn)值超3000元的顯著效益。此外，他們發(fā)現(xiàn)，棉花除了耐鹽堿，還有“拔鹽”的功能，最初種植的地塊鹽分含量顯著降低，土壤質(zhì)量顯著改善。

去年秋天，郭惠珊團隊來到示范田，一望無際的棉田里棉桃爭相綻放，與她在2008年初次見到的情況迥然不同。一些棉農(nóng)笑著說，團隊為新疆帶來了“霸王花”。

棉農(nóng)們的認(rèn)可讓郭惠珊最初面對棉花黃萎病時那股“初生牛犢不怕虎”的沖勁，變成了一份割舍不下的情懷。這兩年，她帶領(lǐng)團隊在山東建立了一個100畝的“鹽堿圃”，種了3000多個棉花品系，以期能夠創(chuàng)制更多具有優(yōu)良綜合性狀的新種質(zhì)。

把更多論文“寫在大地上”

以問題為牽引、以需求為導(dǎo)向，這是郭惠珊帶領(lǐng)團隊做科研的最大特色。

棉田里的問題是不間斷的。在新疆一些地區(qū)，當(dāng)蚜蟲大暴發(fā)時，密密麻麻的蟲子爬滿棉花葉子背面吸食汁液，讓棉花葉片萎縮變形、蕾鈴脫落，甚至死苗，嚴(yán)重影響產(chǎn)量。

“蚜蟲分泌的液體會讓一株株棉花變得黏黏糊糊，人一走進田里身上就會粘上蚜蟲，衣服也變得黏黏糊糊?！惫萆簩Υ撕苡懈杏|。

為了防治蚜蟲，郭惠珊帶領(lǐng)團隊利用RNAi技術(shù)創(chuàng)制了抗蚜蟲棉花。2019年以來，該團隊與新疆地方政府合作，在麥蓋提縣和策勒縣開展了靶向性防控體系集成與示范，示范田綜合防控次數(shù)減少50%，每畝防控成本降低45%。

他們還創(chuàng)建了“極端高溫干旱條件下的害蟲靶向性防控”技術(shù)規(guī)程，并請人翻譯成維吾爾語，走進村鎮(zhèn)講堂給棉農(nóng)授課，在喀什、和田兩地開展技術(shù)示范。

15年來，除了在新疆高溫、干旱的棉田里揮灑汗水，把技術(shù)送進農(nóng)民家中，郭惠珊和團隊里的青年科學(xué)家還從北到南跨越大半個中國到海南開展“南繁”工作。

有沖勁、有耐心、能吃苦，這是郭惠珊團隊成員的共同特點。最近，該團隊高級工程師張濤正在海南開展納米磁珠棉花轉(zhuǎn)化實驗，這項工作需要給一株株棉花挨個兒轉(zhuǎn)入極細微的納米磁珠，再一株株地系上紅線，待棉花成熟時以此判斷是否需要單獨采摘制種。每天早上5點多天沒亮，張濤就到棉田準(zhǔn)備材料，午飯后又戴著遮陽帽到田里繼續(xù)干。幾天下來，棉田里數(shù)千株棉花都系上了“紅頭繩”。

對于張濤和團隊里其他的科學(xué)家來說，棉田里流的汗、費的力都不算“苦”，棉農(nóng)臉上的微笑是對他們的最好回報。對于研究路上遇到的磕磕絆絆，他們總是迎難而上，在解決問題的過程中與石河子大學(xué)、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團等單位建立了良好的合作關(guān)系。

下一步，郭惠珊團隊希望把更多科研成果“寫在祖國的大地上”。

（原載于《中國科學(xué)報》?2024-03-27?第3版?綜合）