什么是南繁育种「农民好苦」
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杂交水稻之父袁隆平老人生前最常忙碌的地方之一，叫“南繁基地”，正如中国大多数追寻作物种子的人，最终也总会在“南繁基地”相遇，在这个每年有“两个夏天”的地方，播种、耕耘、收获……
实际上，海南岛是全国育种科学家最密集的地方。他们在海南南部进行种子繁育的工作，被称为“南繁”，他们的试验田，则称为“南繁基地”。“南繁基地”并不是一块固定的地方，也不是一个机构的名字，而是全国500多家科研机构在海南各个试验田的统称。有人说那里是“育种天堂”，也有人说那里是“种业硅谷”，来自全国各地的育种科学家们，每年冬天聚集在海南，种下他们精心找到的种子，有等待，有煎熬，更有来自土地的馈赠。
位于三亚宁远河岸边的南滨农场及周边的大片耕地，都是各个研究机构的南繁基地。新京报记者 周怀宗 摄
和袁隆平的交流总在“南繁”的田间地头
从5月18日到5月20日，新京报记者探访了海南的多个“南繁基地”，这些基地对外人来说神秘而陌生，但对所有为了中国种子而奋斗的人来说，却是再熟悉不过的地方。
2020年12月，九旬的袁隆平像往年一样再次前往海南三亚南繁基地开展科研。这是他数十年来都在重复的事情，每年来这里三四个月，身体状况好的时候，天天都要到田里查看稻谷种子的生长细节。老人对南繁有很深的感情，改变中国杂交水稻命运的野生稻“野败”，就是上世纪70年代袁隆平团队在三亚发现的。
北京大学现代农学院院长刘春明，一直从事植物种子发育和水稻营养品质改良研究，他的试验田紧邻袁隆平的试验田，和袁老的交集也总是在“南繁”的田间地头。
大概2000年左右，刘春明在三亚荔枝沟的一个试验田里第一次见到袁隆平老先生本人。瘦小的身材、黝黑的肌肤，喜欢背着手在田间走来走去，逢人就喜欢聊一聊水稻，和蔼、平易近人是刘春明对袁隆平的第一印象。
2018年刘春明跟袁隆平先生在三亚水稻南繁基地的合影，左五是袁隆平先生，左一是他的儿子袁定阳，左二是刘春明。受访者供图
之后多年，刘春明常会在试验田看到袁隆平的身影。他向记者回忆，“三亚的天气热，所以老人很早就会到田里去，大多数时候都是他一个人，他经常在地里一待就是半天，太阳到头顶了，老人也依旧没有离开地里的意思。”刘春明说，他常到袁隆平的地里去看他选育的超级杂交水稻，袁隆平也会到他的地里看看，老人从不吝惜对后辈的鼓励，有一次，刘春明在做一个新的水稻诱变品种，袁隆平看到后显得非常开心。
从最北到最南，候鸟一样的育种者
袁隆平生前讲过的“禾下乘凉梦”，已被国人所熟悉，那个梦的本质，就是水稻高产梦。实际上，在南繁，育种人与他们的每一粒种子，都有自己的梦想。
2021年5月18日，三亚南滨农场，中国农科院作物科学研究所的院子里，搭着几排架子，架子上晒着刚收获的玉米、大豆，外面还罩着一层黑色的纱网，这层网不是为了防鸟，而是防止过强的紫外线晒伤种子，影响种子的发芽率。
一旁的棚子下，更多晾晒好的种子，装在一个个只有半个巴掌大的小纸袋中，上面标着不同的名称。这些宝贵的种子，将在几天中，发往各地，以供实验、种植。
中午十二点左右，刚刚吃完午饭的谷勇哲，在院子里查看种子的晾晒情况，他戴着眼镜，皮肤黝黑，神情有些疲惫。几天前，他刚从遥远的呼伦贝尔回来，那里的冬天刚刚结束，正是大豆播种的时候，在那里种完了大豆，他又回到三亚，在这里收获最后一茬大豆。
谷勇哲正在查看晾晒的大豆种子，这批种子不久就会发往全国各地进行种植。新京报记者 周怀宗 摄
谷勇哲是中国农科院作物科学研究所大豆基因资源研究组的一员，主要负责大豆种质资源保护工作。2017年，他博士毕业后，就加入了这个团队，每年在东北、海南、北京三地定期“迁徙”，春天在东北种大豆，夏天在北京做研究，冬天到海南进行“南繁”。
每年十月份，三亚的试验田就启动灭草整地，到十一月上旬，谷勇哲会和他的老师、同事们一起来到三亚，开始种植大豆。与育种单位不同的是，他们的种子不只是来源于一个地区，而是来自我国各个省份的品种、地方品种以及国外引进的种质，都是小包的，每包一份，全靠人工点播，每一份都要做好标记，以方便观察和记录不同种子的生长情况。
次年二月份，播种的大豆就能收获，长成的种子，经过筛选将保存至国家种质库，用于向国内科研单位和企业提供支撑育种和基础研究。
谷勇哲每年在三亚工作的时间，大约在半年左右。今年为了扩繁种子量，选择在海南连续种植两季。6月份之前，他要回到北京，将三亚收获的部分种子，种在北京的试验田里，入夏后的北京，气候正好适合大豆种植。
从东北到海南，从海南到北京，谷勇哲和他的种子，像候鸟一样，随着气候变化而迁徙，寻找更适合播种的地方。由于每年春节前后正是收获调查的季节，4年来，除了去年因为疫情影响，剩下的春节他都是在三亚过的。
“加代”，种子家族的扩张
对于袁隆平、谷勇哲这样的研究者来说，海南南端的三亚、乐东、陵水等地，是得天独厚的育种基地，地处热带，常年高温，在别处只能种一季到两季的作物，这里能种两到三季。
从上世纪五六十年代开始，科学家们就开始在这里进行育种，袁隆平则是1970年就来到了南繁，尤其是冬天，海南岛肯定是全国育种科学家最密集的地方。他们在海南南部进行种子繁育的工作，被称为“南繁”，他们的试验田，则称为“南繁基地”。南繁基地并不是一块固定的地方，也不是一个机构的名字，而是全国500多家科研机构在海南的试验田的共同名称，走在这里，可以看到各种前缀不同的“南繁基地”，比如“中国农业大学南繁基地”、“吉林省农科院南繁基地”等。
南繁基地的重要功能之一，就是育种的“加代”。“加代”是一个学术词汇，意思是在育种过程中，增加种子繁衍的世代，简单解释，就是一年之中，让种子多繁衍一代。
“作物育种是一个复杂的过程，不管是传统的杂交育种，还是现在利用生物技术进行育种，都需要多代的繁殖、选育，才能最终育成一个新的品种，”中国农业科学院国家南繁研究院副院长谷晓峰解释，“一个品种，可能需要六七代甚至更多代才能育成，由于作物本身的特性，需要时间去成长和繁衍，比如水稻，在北方一年一般只能种一代，冬天是不能生长的，但在南繁基地可以，这里的冬天气温很高，适合水稻种植，所以到了冬天，育种的科研人员，就会来到这里，再种一代，相当于每年增加了一代，这就是加代”。
加代不仅适用于育种，也适用于野生种质资源和扩繁。就在南营农场附近，记者见到了一块种着野生水稻的稻田。稻田中的稻子长得有些凌乱，没有普通稻田那么整齐，稻穗也普遍比较小，上面套着防鸟的纱网。
位于南繁基地的野生稻田，旁边的稻田都已经收割，只留下片块尚未成熟的野生稻。新京报记者 周怀宗 摄
这片稻田是中国农科院作物科学研究所杨庆文团队的，从上世纪九十年代开始，他就一直在从事野生稻的搜集、保护和利用工作，也是在那个时候，就开始了他的“南繁生涯”。
“每一个做水稻种质资源或育种的科学家，最开始工作，都是从南繁开始的，”杨庆文研究员说。他告诉记者，我国现在保存着2万份以上的野生稻资源，在广西和广东还有两个活体保存的野生稻种质资源圃，三亚的南繁基地，则主要是用来扩繁和研究。
扩繁，既是保护也是培育
和普遍种植的栽培品种相比，种在南繁基地的野生稻，表现并不好，这也是野生资源的普遍现象，但并不意味着它们不珍贵。
“和育成的栽培稻相比，野生稻的农艺性状，普遍具有产量低、落粒性强、有芒等缺点，但它们是栽培稻的祖先，因长期在自然界中生存繁衍，经历过各种自然灾害，最终能够生存下来，必然有各自的优点，携带着优良的基因，如抗病、抗虫、耐涝等。科学家们通过杂交等育种技术，利用这些基因，培育成更好的品种。大家都知道的袁隆平院士，最初就是从发现的一株野生稻‘野败’，从而开启了杂交水稻的大门，为解决中国人吃饭问题，做出了重大的贡献”。
生物的多样性，是生物繁衍、壮大和进化的基础。在科研中，那些或许不具备经济价值，但却拥有珍贵基因的作物，则被称为“种质资源”，也就是携带生物遗传信息且具有实际或潜在利用价值的载体，包括种子、花粉、芽等多种形态。
位于海南三亚的野生棉种质圃，保存着来自全球的700多种野生棉，占全部野生棉种类的三分之二。新京报记者 周怀宗 摄
在三亚，还有一个我国最大的棉花种质圃，和水稻、小麦等作物不同，三亚炎热的气候，恰好适合棉花这种起源于热带、亚热带的作物。种质圃由中国农科院棉花所负责，这里的负责人刘记告诉记者，这个种质圃中，保存着700多种活体的野生棉花，其中绝大部分是国外引进的。引进的时间最早则从上世纪五六十年代开始，延续了半个多世纪。
位于三亚的野生棉花种质圃中，生长着一棵五六十年树龄的锦葵科的杨叶肖槿，这是棉花的近缘种，科学家们可以用它的花粉和其他棉花杂交，培育新品种。新京报记者 周怀宗 摄
在种质圃中，记者见到了许多形态不同的棉花，有的高大如树，花朵艳丽，有的匍匐在地，有的光开花不结棉桃，有的花朵和棉桃同时存在……
“野生棉形态非常多，每一种都有自己的特点，”刘记告诉新京报记者，“有的花非常艳丽，这是为了吸引昆虫为它授粉，有的叶片上有茸毛，害虫就无法在上面产卵，还有紫色叶片的，这是一种害虫讨厌的颜色。有一些花和棉桃同时存在，这是因为，棉花本身是无限生长的，只是在北方无法越冬，所以只能种一季，而在南繁基地，常年的高温，使得它可以一直生长，不断地开花、结桃、吐絮”。
育种，一个品种改变一个产业
在这个野生棉花种质圃中，还有一种著名的野生棉花，它叫做瑟伯氏棉。这种野生棉花，本身的经济价值并不高，几乎没有纤维。但在我国棉花育种中，却发挥过至关重要的作用。在南繁有一句话，“一个品种可以改变一个产业”，这句话在棉花上体现得尤其明显。
从事棉花育种近20年的中国农业科学院生物技术研究所研究员孙国清说，“上世纪八十年代，石家庄市农林科学研究院和中科院遗传与发育生物学研究所的科学家们，把瑟伯氏棉、海岛棉、陆地棉进行远缘杂交，经过20个世代的南繁北育，最终育成兼具多种优点的棉花新品种石远321，这种新品种具有高产、纤维优质、抗病性能好等多种特点，是1982年到2000年整整19年间，国家黄河流域棉花品种区域试验中霜前皮棉增产幅度最大的一个品种，全国累计推广种植面积多达1397万亩。”
这种匍匐在地上的棉花，是一种名叫圆叶棉的野生棉。没人能说清它为何长成这样，或许是因为久远的过去它曾长在大风区域，所以总是伏低着身躯。新京报记者 周怀宗 摄
这还不是所有的成绩。上世纪九十年代初，棉花最主要的害虫棉铃虫，在我国大规模爆发，棉铃虫会伤害棉桃，致使棉花绝产，历史数据显示，过去棉铃虫每年造成的损失在100亿元以上。
棉铃虫蔓延，而国内缺乏抗虫性能优秀的品种种质资源，美国的抗虫棉趁机进入中国市场，尤其在河北地区，美国的抗虫棉种子，一度占据90%以上的市场。研发具有自主知识产权的、中国自己的抗虫棉，成为当时应对棉铃虫爆发、稳定我国棉花产业的唯一途径。
孙国清的老师郭三堆，正是这场攻坚战的主要负责人之一，21世纪初，刚刚参加工作的孙国清，跟随自己的导师郭三堆来到南繁基地，进行棉花育种工作，从传统的杂交育种，到现在的生物技术育种，他经历了棉花育种技术20年的变迁和进化之路，也见证了许多珍贵种子的诞生。
孙国清告诉记者，抗虫基因的第一次合成，就用了一年零八个月的时间，此后，郭三堆和他的团队，又完成了更优秀的双价抗虫基因的创制，使得抗虫棉品种的性能进一步提高。
不久之后，具有我国自主知识产权的国产双价转基因抗虫棉“SGK321”通过品种审定，此后迅速推广。彻底改变了国外抗虫棉占据市场的问题，“到现在，我国种植的棉花品种，基本上全部都是自己育成的。”孙国清说。
从实验室到地头，也需要南繁
国产抗虫棉的诞生过程中，做出贡献的，不仅有野生棉花种植资源，还有另外一种特殊的种子——微生物种质资源。
从事生物技术育种的中国农科院农业微生物学研究中心主任燕永亮告诉记者，抗虫棉的抗虫基因，就来自一种名叫苏云金芽孢杆菌的微生物，科学家们通过生物技术，使得棉花具有了微生物的抗虫特点，最终育成了抗虫棉。
“现代育种中，越来越多地利用到微生物种质资源，”燕永亮说，“微生物普遍存在于各种环境中，同时也存在于生物中，比如人，人的身体中有许许多多的微生物群落，这些微生物很多是对人有益的，比如肠道菌群，可以帮助人消化，如果没有肠道菌群，仅靠胃酸，就无法有效消化食物，如果菌群失调，平衡被打破，人就有可能生病。在育种中同样如此，微生物种质资源的利用，扩大了育种的边界，让育种具有了更多选择性”。
除了普通环境中寻找微生物种质之外，科学家们还会在极端环境中，寻找特殊的微生物作为种质资源，“比如在沙漠中，有一些微生物，可能具有耐旱、耐粒子辐射的特性，我们会去那里寻找这样的微生物，回来后鉴定相关的基因，看看能不能在育种中使用”。
生物育种更多在实验室中进行，但并不意味着不需要南繁，南繁院副院长谷晓峰告诉记者，分子生物学技术培育出来的种子，也需要种出来，在一代代种植中，不断纯化、稳定，最终才能形成新的品种，这同样是育种的加代，所以看似在实验室里做的工作，其实也会和南繁基地联系在一起。
南繁基地的高温环境，不仅仅适合育种的加代，同时也适合筛选一些特殊品种。在谷勇哲种植的大豆中，就有专门选育的耐高温、耐旱的种质资源。谷勇哲说，海南的冬季种植期，正好是雨水少的时候，非常适宜鉴定一些耐旱的资源。
比农民种地更累，要记住每一株的长势
5月18日下午4点多，热气稍退，谷勇哲再次来到他们的大豆地里，这片大豆是今年种植的第二季。第一季主要是种质资源扩繁和研究用，种植了两万多份资源，针对部分种子量较低的资源又进行了第二季繁殖，共有2500余份。
试验田的部分大豆已经收获了，地里空出了很多块空地。第二季扩繁的种质资源中形态各有不同，有的茎叶已经完全枯黄，可以收获了，有的才刚刚开始结荚，叶片碧绿。谷勇哲告诉记者，这些大豆的收获期，要持续一个月以上，而他们这些种植者，期望掌握每一份资源、甚至每一株大豆的生长特点。
“整个种植期中，要一直观察、鉴定、检测，”谷勇哲说，“调查的目的主要包括两个方面，一方面是通过调查花色、叶形和茸毛色等基本农艺性状，判断种质的纯度，因为在繁殖过程中材料数量比较多，要避免混杂现象；另一个方面是调查株高、分枝数、荚数等重要的产量相关性状，虽然海南不是种植目标区域，但是通过比较海南和种植地的农艺性状表现，可以筛选适应性好的资源，作为遗传育种的亲本。”
谷勇哲向记者介绍了一些简单的性状，比如成熟的果荚有黑色、褐色、黄褐色之分，“哪怕是记录这些简单的颜色性状也很有帮助，比如育种家用资源做杂交时，由于大豆的花是闭合的，是自交系作物，人工杂交首先要去雄，然后用另外品种去授粉，但授粉未必成功，这在当时很难看出来。两种形态不同的大豆，杂交后的种子，种出来的大豆会出现分化。这时就可以通过花色、荚色等性状进行判断是否杂交成功。假如用黑色果荚和褐色杂交，后代就会既有黑色又有棕色，如果是单一颜色，说明上一代授粉没有成功，这样的就不能要了。”
这种工作甚至远比一般的农民种地更累更苦，农民种植的，都是育成的栽培种，农艺性状相对更好，而且种植单一品种，也易于管理。但育种工作者们，需要种植太多种不同的作物，每一种，甚至每一株，都需要特定的管理方法。
南繁，既是过去也是未来
高温下的工作，常常会持续几个月到半年，等到南繁结束，接着还要转赴另外的地方，继续这一流程。孙国清在这里工作了近二十年，每年都在这里工作几个月，但至今仍难适应这里潮湿而炎热的环境。
但另一方面，他们的工作又让他们无法放弃这里，种业是农业的芯片，也是保障粮食安全的基础，他们的每一点收获，可能都关系到14亿人的饭碗问题。
以大豆为例，大豆是我国进口数量最大的作物，我国是大豆的起源国，种质资源非常丰富，但育种水平，比起美国仍有差距。美国获得了中国的种质资源，育成更好的品种，反过来又卖给中国。谷勇哲告诉记者，“比如有一种大豆，叫北京黑小豆，本身具有抗虫基因，美国利用这种种质资源，育成了抗虫的品种，在遏制胞囊线虫大爆发中，最后起到了很大的作用。”
地里很多大豆的叶片上，都有标注的记号，谷勇哲告诉记者，这是采样鉴定的标记，科研人员会定期采集植株的组织，送到实验室进行鉴定和分析。
在过去，采集的样品要送到北京的实验室里才能做，但随着基地的发展，当地实验室已经建立起来，很多实验可以在当地做。中国农科院南繁院副院长谷晓峰告诉记者，伴随南繁育种设施和平台的建设，实验条件和技术正日益丰富和完备，这也意味着，更多的育种工作者将在海南汇集。对他们来说，这里就像一个让种子扩展升级的地方，天南海北的人们来到这里，只是为了让自己的种子变得更多、更好，然后带着它们，重新出发，在更广阔的地方生根发芽，为世间带来勃勃生机。
新京报记者 周怀宗
编辑 张树婧 校对 李铭
来源：新京报网