白僵土上練就“謀粱”功夫

 

▲在中科院大安鹼地生態試驗站，謝旗（右二）與團隊成員在耐鹽鹼水稻邊合影。本報記者陳琰澤攝

　　新華每日電訊記者陳琰澤

　　時已入夏，位於河套平原核心區域的寧夏回族自治區石嘴山市大武口區，卻不像江南綠意盎然。

　　這裡是我國五大鹽鹼地分佈區之一，黃河帶來的鹽鹼性沉積物形成了典型的蘇打鹽鹼地，糧食的收成往往只有一般農田的三到五成。在這裡，只有馬齒莧、鹼蓬、檉柳等鹽鹼地原生植物能夠蓬勃生長，形成另一種灰黃色調。

　　長期“泡”在全國各類型鹽鹼地裏的中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員謝旗對此再熟悉不過：“蘇打鹽鹼地的土質像麵糰一樣黏，水肥下不去，種子出不來，手一捏就碎成白色粉末，當地人因此把它叫‘白僵土’。”

　　當地諺語説“白僵土上不打糧”，如何向蘇打鹽鹼地要糧食，是當地農業實現高質量發展的重要課題。過去當地人用黃河水“洗土”，隨着輕度鹽鹼地陸續轉化為良田，人們將目光投向中重度鹽鹼地。在水資源和成本限制下，培育耐鹽鹼“良種”成為解題關鍵。

　　謝旗用高粱交出了自己的答卷。

“向白僵土要糧”

　　大武口區祥和村距離黃河不遠，這裡pH值在8.7—9，鹽分在千分之四到千分之十，屬於中重度蘇打鹽鹼地集中地區，雖然土地平坦開闊，可就是“不長糧”。春耕以來，中化現代農業有限公司産業技術創新部鹽鹼地技術開發項目經理冀定磊幾乎住在了田裏。

　　“過去這裡因為地力太差，都是零碎的散田，玉米長得稀稀拉拉，撂荒的土地達到三分之二以上。”冀定磊介紹，為扭轉狀況，2022年中化現代農業和當地合作，把祥和村8000畝鹽鹼地承包下來，通過規模化、長期化模式綜合開發，依託高標準農田建設項目，整體鋪設了地下排鹽暗管和水肥一體化灌溉設施，為“向白僵土要糧”搭好舞&。

　　在鹽鹼地上發展農業的成本高於常規農業，註定要操更多的心，“除了規模化外，種植的精細化、科學化也很重要，能否選取優秀的抗鹽鹼品種是關鍵。”冀定磊説。

　　冀定磊身後，工人正在進行“拌種”作業，粉紅的“小藥丸”翻滾了一地——這些就是冀定磊挑戰這8000畝“白僵土”的底氣之一。“這些‘小藥丸’是‘中科11’釀酒高粱的種子。鹽鹼地貧瘠，因此種子出廠要帶一層‘營養包衣’。光有‘出廠包衣’還不夠，我們還要根據播種地塊的成分專門調配營養液，播種前再攪拌一次，為作物破土而出再上一層‘保險’。”

　　遠處，農機在泛白的地平線上轟鳴。蹲在田壟邊，冀定磊撿起一塊農機翻碎的土坷垃，“泛白部分就是向地表析出的鹽鹼物質，這裡有大概500畝屬於中重度鹽鹼地，玉米也長不好。”

　　普通玉米的耐鹽區間在千分三點五以下，即將“救場”的“中科11”釀酒高粱的耐鹽鹼區間可達千分之五甚至更高，是更優選擇。“其實耐鹽鹼只是鹽鹼地作物的‘入門要求’，更重要的是釀酒高粱匹配了當地市場需求。”冀定磊説，中西部是我國酒企集中區域，“中科11”圍繞酒企的需求培育，挂穗量大，釀酒品質好，“加上我們規模化種植，標準化程度高，滿足了酒企對釀酒糧食的品質穩定性上的需求。”冀定磊計算，種植一畝釀酒高粱的收益能達到三四百元，高於玉米。

　　冀定磊長期面對市場一線，對耐鹽鹼高粱評價頗高：“發展鹽鹼地特色農業，農産品的耐鹽鹼和高品質只是前提，更要匹配和服務好當地産業需求，我想高粱是很好的一種嘗試。”

鹽鹼地上的“巨人”家族

　　路過寧夏石嘴山市平羅縣的寧夏千葉青農業科技發展有限公司的青儲飼料庫房前，隔着倉庫門，能聞到一陣淡淡的發酵酸香。“高蛋白高糖分的原料發酵後才能發出這種味道，飼料好聞，牛羊愛吃。”千葉青項目與科研管理部部長劉金龍笑稱，“別説牛羊了，我們人路過也要多吸兩口氣。”

　　這批青儲飼料由“中科甜968”甜高粱發酵製作而成。過去，寧夏流行的飼草作物多為玉米、牧草，高粱還是個“新面孔”，能打入市場，甜高粱有其“獨門絕技”。

　　“除了耐鹽鹼外，甜高粱最大的特點是生物量巨大，玉米一畝産出原料3到3.5噸，而‘中科甜’系列的兩個品種甜高粱能産出原料8噸，甚至能多次收割，在種植成本相差不大的情況下，甜高粱産量優勢明顯。每噸甜高粱青儲飼料的價格能比玉米低50到100元，在目前玉米飼料供不應求的情況下，甜高粱是一個重要補充，也是我們未來在寧夏推廣的一個重點。”劉金龍説。

　　劉金龍手機裏保存着一張照片。那是去年8月，謝旗到平羅時留下的。

　　照片裏，站在自己的“得意之作”——一株4.5米高的“巨人”甜高粱旁，已到花甲之年的謝旗難掩自豪之色。

　　在鹽鹼地上種糧食，既要作物耐得貧瘠，又要果實豐碩甜美，“兩全其美”確實很難。為實現這個夢，謝旗已經努力了近20年，帶領團隊培育出了“中科甜438”“中科甜968”“中科甜060”和“中科11”等7個已受國家登記的耐鹽鹼高粱品種，成為鹽鹼地上一道高大靚麗的新風景。

　　“糧食高粱、釀酒高粱、青儲飼料高粱等能很好地契合了中西部地區種植、養殖、釀酒等産業的需求。”謝旗相信選擇高粱作為鹽鹼地治理突破口，是綜合考量鹽鹼地治理、糧食安全和農民經濟效益的一個優解。

　　為什麼選擇高粱？謝旗解釋，植物選育不是“憑空造物”，物種的基因潛力很重要。高粱最初生長在非洲地區，當地土地貧瘠、鹽鹼度高，在漫長演化中鍛煉出很強的耐鹽鹼能力。此外，由於天生身材高大，高粱的單畝産量“遙遙領先”。有了基因育種技術加持，高粱的耐鹽鹼、生物量大等原有特性被放大，而含糖量高、抗倒伏、抗鳥食等新特性被一一導入，最終鍛造出鹽鹼地上的“巨人家族”。

基因育種鍛造“巨人家族”

　　“育種的基本原理不複雜，母一代的性狀，雜交後有一定概率遺傳給下一代。通過實驗設計，我們可以把所需的各種性狀一代一代地疊加傳遞下去，比如第一代高粱保留了高甜度，第二代在高甜度基礎上疊加了耐鹽鹼，第三代則在高甜度加耐鹽鹼的基礎上疊加了抗倒伏。繁育近十代後，最終形成一個‘集大成’的新品種。”謝旗的實驗室裏蒐集了來自世界各地的1200多種高粱種子，它們都是新品種高粱的“基因素材”來源。

　　“原理雖然簡單，但是實際操作是個苦功夫。”謝旗打了個比方，在一大捧繁育出的子一代種子裏，哪些個體遺傳了耐鹽高産性狀誰也不知道，只能等到種子在鹽鹼地裏“開花結果”才能觀察出來。“也就是説，要完成這一代種子的篩選，在北方要等一年時間，在海南繁育也需要半年以上，中途要是遇到鳥食或極端天氣，就前功盡棄了。”

　　種種困難下，過去培育一個新品種，起碼要花費7到8年時間。謝旗團隊引入基因育種工具，從基因層面把控育種過程，極大提升了效率。

　　利用PCR分子標記技術，能夠“三歲看老”。“舉個例子，我們的甜高粱之所以甜，是由一個已知標記為DRY1的基因所影響。通過分子標記技術，我們‘提前閱讀’子一代種子的基因，檢索其中是否存在DRY1片段，就可以直接篩選出所需要的高甜度後代種子，把育種周期縮短到2到3年。”

　　而借助基因編輯技術，則能幫助科學家找到更多類似DRY1這樣具有“關鍵特性”的基因，從而讓這些優秀特性“廣為流傳”。“再舉個例子，比如我們發現某株高粱在高鹽鹼地塊上長得格外茁壯，那麼我們合理推測，這是由某個突變基因主導的，於是我們把這棵‘耐鹽鹼變異高粱’與其他普通高粱的基因進行比對，找到差異點，經過層層實驗，最終鎖定了控制耐鹽鹼能力的基因AT1。”謝旗説，在後續實驗中，敲除AT1片段的高粱的耐鹽鹼能力果然大幅提升，進一步證實了AT1和高粱耐鹽鹼之間的對應關係。“因為掌握了這段耐鹽鹼基因密碼，未來我們在選育新品種高粱時，就能穩定復現這一耐鹽鹼高産性狀。”

　　有了分子標記技術和基因編輯技術等的加持，不僅縮短了育種時間，更增大了育種的想象空間，讓培育鹽鹼地上的“全能戰士”成為可能。

發現更多“AT1”

　　今年3月，中科院遺傳所聯合中國農大、華中農大等9家科研單位，在著名學術期刊《科學》上發表文章，宣布在高粱中首次發現了與耐鹽鹼相關基因AT1，並對水稻、玉米、小麥、穀子等作物進行基因檢索，發現這一基因的普遍存在，意味着這些高粱的“遠親近鄰”都有可能獲得“耐鹽鹼超能力”。

　　“AT1是一個與作物産量呈負相關的主效鹼敏感性相關基因，也就是説，當這個基因‘發現’土地鹼度高時，就會控制降低作物産量，屬於一種‘自保’機制。”課題組成員、中國農大教授於菲菲解釋，“利用AT1機制育種，就能從根源上實現‘既讓牛兒少吃草，又讓牛兒多産奶’的夢想。”

　　在中科院大安鹼地生態試驗站的比照試驗田中，經過AT1改造的水稻即使在中度鹽鹼田中，也因籽粒飽滿、穗粒數增加而壓彎了腰。經過測産得出，該水稻可以實現增産22.4%到27.8%，表現優異。

　　搓揉着沉甸甸的稻穗，謝旗算了一筆“大膽”的糧食賬：如果全球20%的鹽鹼地能種上圍繞該基因進行精準改良的耐鹽鹼作物，結合團隊研發的淺埋滴灌等工程技術，磷石膏改良劑、有機菌肥料等生物化學技術，每年至少可以為全世界增加2.5億噸糧食産出。

　　到地方做測産和推廣，即使是在車上辦公時，謝旗的目光也總投向車窗外，隨着路兩旁高高低低的作物而跳躍，話沒講兩句，話題總會回歸到田野裏，有時甚至會叫停司機，一頭鑽進玉米地裏走走看看。“你看那玉米又瘦又矮，種得不好。”“你們知道這片原生植物是什麼嗎？”“這片地的鹽鹼度比剛才那片還要高！”“要是種上我們的高粱，長得一定比這個好。”

　　近年來，謝旗團隊培育的耐鹽鹼高粱在新疆、寧夏、山東、甘肅、內蒙古、吉林等地落地種植，累計推廣種植規模達數萬畝。高粱家族作為鹽鹼地上的“新兵”，征服鹽鹼地的征途才剛剛開始，但謝旗相信，潛力巨大的高粱能為發展鹽鹼地特色農業作出更大貢獻。