许启凤教授呕心沥血十余年再研玉米新品种CF3240,为育种事业再做新贡献

自2003年至2015年十余年来,著名玉米遗传育种学家许启凤教授呕心沥血,穷尽毕生所学再育新品种CF3240,不仅实现了自己的又一心愿,更为我国育种事业做出了更大的新的贡献,体现出我国科研人员勇于创新、不断奋进的高贵品质。而许启凤教授的一生,更是为我国玉米育种事业奋斗不息的一生......

兢兢业业 成绩显著

许启凤教授是江苏宜兴人,男,汉族,1929年11月出生,中共党员,中国农业大学教授,著名玉米遗传育种学家,1952年毕业于南京金陵大学农艺系。正当他憧憬着从事遗传、育种研究工作的时候,抗美援朝的号召将他送到了战争的前线。1954年回国后,他转业到高教部农林卫生司工作。直到1956年,考取了国家公开招收的研究生,从师于李竞雄教授,他才又有机会接触自己感兴趣的细胞遗传学和玉米育种。1961年毕业后,许启凤留校(原北京农业大学)任教,他一边讲授遗传学,一边埋头进行遗传、育种方面的研究。

人生辗转,心灯不灭。我国是世界上第二玉米生产大国,年种植面积5亿亩左右,总产量约2000亿公斤,但是,玉米生产长期以来一直被单产低、品质差两大难题所困扰。许启凤教授认为,其主要原因是种质资源缺乏,基础研究差,缺少有突破性的优良自交系,因此配不出杂种优势强、品质好的杂交种。研究生期间,他就在李竞雄教授的指导下,开始了培育玉米新品种的研究课题。

“当时国家尚未解决温饱问题,高产是压倒一切的中心任务,但是,从科研的角度考虑,玉米的品质问题迟早会提到日程上来,而要改进一个作物的品质,难度很大,所需的时间也很长,必须早做准备。”正是这种超前意识使许启凤教授一开始就把研究定位于“质、量并重,从改良品质入手”和“大力搜集种质资源,扩大遗传基础,下大力气培育有突破性的优良自交系”。

事实上,美国早已开始注重玉米的营养品质问题,60年代初,美国普度大学生物化学系Mertz教授发现了奥帕克—2(Opague-2,简称02)突变基因,能使籽粒赖氨酸含量提高了80—100%,但同时也带来也表现出三大致命弱点:籽粒粉质化,千粒重减轻约15%,机械脱粒时籽粒易破碎;籽粒成熟时易发穗粒腐病;易招虫、鼠危害。因此,生产上难以推广。到70年代,研究处于停顿状态,而许启凤教授正是从Mertz教授搁浅的研究中寻找突破点,攻克了难关。

1973年,许启凤教授利用从南斯拉夫引进了高赖氨酸基因(02),通过无数次杂交和连续回交的方法,用了整整6年时间,将常用的普通自交系转育成高赖氨酸的02同型系。之后,许启凤教授把研究立足于地域广阔,自然条件差异大的国情上,决定选用早熟的02自交系和晚熟的02自交系杂交,组配成早、晚熟优势互补的杂交种,以使得在全国复杂的气候条件下推广。从1979年到1984年,又用了6年的时间,选育出兼具山东黄县小玉米早熟特性和东北玉米330晚熟特性的高赖氨酸二环系,但籽粒胚乳仍然是粉质的缺点并未克服。

为了使籽粒变硬,增强玉米的抗病虫害能力,1984年,许启凤教授又从墨西哥引进了带有优质蛋白质基因的热带综合群体杜斯皮诺(Tuxpeno-QPM)与二环系杂交,连续自交,选育出第二轮二环系黄C,还是用了6年的时间。

许启凤教授回忆起研究新发现黄C自交系的一幕时至今激动不已。1989年大旱,他来到实验地,看到大部分选系材料都枯萎在地上,一片狼籍,可也有两行选系表现得特别好,虽然长得不高,但很粗壮,穗子很大,没有一点旱像。当时他欣喜若狂,从中获取了5个穗。就是这5个穗后来让他分离出包括黄C在内的5个姊妹系。与此同时,他于1987年用美国杂交种连续自交,选出另一自交系178。就在研究取得实质性进展的节骨眼上,许启凤教授到了退休的年龄。

壮志未酬 退而不休

1989年,许启凤教授虽然按照规定办理了退休手续,但许启凤教授并没有离开他的玉米育种实验场,他想:“优质、高产的玉米新品种还没培育出来,我怎么能半途退休呢?”1991年他开始用分离出的5个姊妹系与其他自交系测配。在一千多个测配组合中,他发现黄C与178组合的新品种仅从玉米植株的外部形态来看就呈现许多令人欣喜的特征:根系发达,茎杆坚硬,穗下叶片平展,穗上叶片上冲、紧凑,籽粒成熟后,秸秆不枯不萎,仍是青株绿叶。

1992年按照育种程序鉴定,结果表明:黄C与178组合排在第一位,产量最高。1993年在进行品种比较实验中,黄C与178又被选为最优组合。1994至1996三年全国区试17个省市、164个实验点,其平均亩产达到591公斤,比4个对照种平均增产24.7%。与其他品种相比,表现抗旱、抗倒伏、抗病虫害,耐高温、高湿,不同地区、不同年份都可以获得稳定的产量。区试结果也表明,新品种攻克了我国长期玉米品质不优的难题,其籽粒蛋白质、淀粉和赖氨酸含量都达到了国家的优质标准,其中赖氨酸含量为目前我国普通玉米杂交种之最高;其新鲜秸秆中的蛋白质、脂肪、纤维的含量也达到优质指标;成熟秸秆的营养价值接近苜蓿秧或花生秧,是优质的青储饲料。区试结果还表明,“农大108”适应性广,从吉林到云贵川,从山东半岛到新疆,日均温≥10℃的积温达2800℃地区都可以种植。

1997年新品种进入示范阶段,1998年大面积生产实验并开始推广,被正式命名为“农大108”。经过二十多个春秋的探索和努力,一个优质、高产的玉米新品种诞生了!

“农大108”及其两个亲本自交系都由许启凤教授亲手培育并配成杂交种推广,获得了国家发明专利及新品种保护。“农大108”开始受到广泛的关注和认可,1997年和1999年分别获得第三届中国农业博览会和中国国际农业博览会“名牌产品”荣誉;1999年获得大北农集团首届科技基金奖;2000年先后获得农业部农牧渔业丰收奖一等奖和北京市科技进步奖一等奖;2001年荣获科技部、财政部、国家计委、国家经贸委、“九•五”国家重点科技公关计划优秀成果,2002年度国家科学技术奖励大会上,“农大108” 荣获“国家科学技术进步一等奖”,成为建国后第四个获得国家一等奖的玉米新品种;2003年荣获全国优秀农业科技工作者称号,2004年获得香港何梁何利基金农学奖,2005年荣获联合国国际科学与和平周荣誉奖,2010年荣获全国老教授协会科技兴国贡献奖。

呕心沥血十余年 耄耋之年再研新品种“CF3240”

2003年,许启凤教授接着培育新品种CF3240(山东省内名叫YF3240),终于在2013年组配成功。2014年、2015年,除了在学校鉴定其优缺点外,同时与其它10余个品种一起分发内蒙、山西、河北、山东等地试种。2017年山东省审定通过,2018年全国审定通过。这是继农大108之后,许启凤教授培育的第二个大品种。

“培育一个大品种绝非易事,前后花费了我们10多年的心血和精力,投资了500多万元经费,从2003年到2015年培育CF3240的整个过程只有我和中国农业大学的几个团队人员,从来没有外来的单位或个人参加,这是我和几位中国农业大学团队人员的心血,我们自然拥有相应的品种权和知识产权。” 许启凤教授回忆说,“我经历了漫长的日日夜夜的思考,全身心投入,殚精竭虑,克服了一个又一个困难,是在烈日曝晒的田间和室内经过精挑细选选出来的。因为全国从事玉米育种的单位很多,研究人员成百上千,竞争十分激烈,所以挑选时几乎达到了千里挑一的地步。有时我除了睡眠、吃饭外,连走路的时候满脑子里想的全是品种的研发,真有了演员进入角色的感觉。因为只有这样全身心投入,综合运用遗传学、细胞遗传学、选种学、生理学、栽培学等学科的理论知识,给合多地的气候生态环境及病虫为害的程度,才能确定选种目标。根据确定的选种目标,再搜集利用手中的种质资源,进行培育相应的亲本自交系,利用掌握的自交系,广泛杂交组配杂交种,再经过严格的选择淘汰,得到少数优良拔尖的组合,再进一步进行淘汰选优,得到少数拔尖的组合,然后拿出去布点,分布到有关省份或全国进行试验。三年省试验合格(二年区试,一年生产试)后,才能通过审定。省试审定后,再参加全国试验,也是三年,合格后可以在全国推广。”

我国疆域辽阔地理气侯条件十分复杂,适合玉米种植的地区如东华北、黄淮海、大西北、大西南等地理气候条件差异很大,农民种植的习惯也不同,新品种要适应上述不同地区种植绝非易事。上世纪80年代,许启凤教授培育的农大101综合种,除了产量比当地种植的品种产量高外,由于它籽粒中的赖氨酸,色氨酸含量比普通玉米高70%,对南疆少数民族中流行的地方病(癞皮病)有特效。在南疆200多万少数民族如哈萨克族等,都以普通玉米为主食,冬季又缺蔬菜等副食品补充营养,到来年春季春耕时,癞皮病爆发尤其在青壮年中发病多,严重影响春耕生产,发病时轻则胸部手臂等前后部位皮肤粗糙发硬、发痒,重则腹泻,精神晃忽,甚至死亡。政府为止减轻病害流行,向每人发放小苏打,使得玉米籽粒中的有用氨基酸释方出来。由于南疆当时未通铁路,都靠公路运输,政府的负担很重,改食农大101玉米,可以减轻甚至防治该病的流行。因此,在新疆卫生防疫站等单位的支持下,该品种很快推广到23个县,产量也比当地的玉米高。此后陆续推出了农大107、农大108等杂交种,在山西、全国通过审定。

2003年,后续品种CF3240开始选育。根据当时形势确定,选种目标为密植机收。密植要求5000株/亩,比一般大田增加1000株/亩,适合机收的目标,要求成熟时秸秆直立不倒,穗子苞叶不能太长,包得不能太紧,籽粒脱水要快,比Ck郑单958快3至5天。CF3240完全符合上述目标,它的耐密性4000株/亩至7000株/亩,小面积试验7000株/亩比Ck郑单958增产11%。5000株/亩是它的优势密度,株型不同于郑958,雄穗下部节间长,叶片角度大,透光性好,叶片中长,中宽,株高2.9m左右,是比较理想的株型。经过多年试验,2017年已通过山东省审定,2018年通过全国审定,应该说CF3240是一个不错的品种,有较好的推广前途。

作为著名的玉米遗传育种学家,89岁高龄的许启凤教授穷尽毕生心血,不仅为国家培养了一批批科研人才,更是亲力亲为,培育出了“农大101”、“农大108”、“287”、“许单111”、“许单112”、“CF3240”等品种。许启凤教授在谈到不断钻研的初衷时说道:“作为一名共产党员就要为人民服务,国家广袤的土地还需要更多更好的良种,广大农民更是需要更好的种子,这需要我做更多的工作,付出更多的精力,我当然义不容辞,尽力而为。这也是我的心愿。”