破译棉花的基因密码

郭三堆在田里做试验。 资料照片

郭三堆旧照。 资料照片

人物小传

郭三堆，1950年出生，山西泽州人，研究员、博士生导师，中国农科院生物技术研究所分子育种中心原主任。他设计合成了具有我国自主知识产权的苏云金芽孢杆菌单价、双价、融合抗虫基因，并在国际上首次建立了适合产业化应用的转基因三系杂交抗虫棉分子育种技术体系，引领我国棉花育种领域不断突破；他被评为全国先进工作者，享受国务院特殊津贴。

前段时间，我国北方产棉区迎来了丰收季，一朵朵洁白的棉铃结满枝头。“海南基地的棉花长势不错，过段时间就要准备授粉、选种了。”安排完下个阶段的工作，郭三堆才安下心来。2017年，他带领团队研制的抗除草剂转基因棉花品种获国家发明专利，前不久正式获批进入生产试验阶段。

古稀之年，郭三堆依然忙得闲不下来。大部分时间，他不是在棉田里忙碌，就是坐在试验台前。从事棉花分子育种三十余载，突破多项关键技术、设计合成具有我国自主知识产权抗虫基因的他，至今仍在孜孜不倦地破译棉花的基因密码。

“搞农业科研，就是要用实绩说话”

2020年春节，郭三堆一如既往，在海南南繁育种基地里度过。一年四季，寒暑交替，他就像候鸟一样南来北往——

去年9月，赴新疆察看杂交棉长势；10月初，马不停蹄赶往海南播种；今年春节，南繁的棉花进入盛花期，别人忙着过年，他忙着取样、鉴定；4、5月，又在河北指导播下新一季种子……

“搞农业的人哪有休息日？作物要生长，总不能叫它停下来等我们呀。”郭三堆笑着说，从几十年前和农业结缘开始，这样的生活节奏就没变过。

与农业基因研究结缘，郭三堆有一段曲折的经历。1975年，从北大生物系毕业后，他进入中科院微生物研究所工作。那时候，基因工程还处于发展初期，多用于医学领域。和许多同学一样，郭三堆打算一边工作，一边继续考研。但一次意外，他与研究生考试失之交臂。

“当时挺失落的，想着可能没有继续读书的机会了。”让郭三堆没想到的是，1983年，著名分子生物学家范云六，创建了中国农科院生物技术研究中心(中国农科院生物技术研究所前身)，30岁出头的郭三堆被调入农科院，做起了农业相关的分子生物学研究。生物学搭上农业，让自小在农村长大的郭三堆越学越有了兴趣。

“搞农业科研，就是要用实绩说话。”三年后，他被推荐留学深造。在留学的两年里，郭三堆埋头做研究，天天待在实验室，非常珍惜这来之不易的学习机会，以至于连当地的著名景点都没去过。

功夫不负有心人，留学期间，郭三堆就在“杀虫基因的结构与功能研究”中取得重要进展。就在此时，国家启动了“863计划”，急需组建专业人才队伍。1988年初，他结束留学生涯踏上回国之路。回国后他全身心投入到抗虫棉研究之中。

“要想重振棉花产业，得靠自有的知识产权”

很多人说，抗虫棉拯救了中国棉业。“当时团队压力很大，不仅来自课题本身，更来自现实的紧迫。”郭三堆坦言。

上世纪90年代初，我国曾暴发虫灾，全国棉花总产量受到很大影响。“原本一年喷3次药就能防住棉铃虫，到后来喷20多次都无济于事。摇一摇棉花植株，哗啦啦掉下来的全是棉铃虫。”郭三堆对当时的棉花产业前景感到担忧。

“要想重振棉花产业，得靠自有的知识产权。”郭三堆马上投入研究工作。当时选取的抗虫基因，来自生物杀虫剂苏云金芽孢杆菌。郭三堆团队的任务就是将其改造后导入棉花，使植株具有抗虫性。然而，细菌是原核生物，棉花是真核生物，“这相当于在旱地里划船，难度很大”，郭三堆说。

先在烟草上做试验。“烟草生长周期短、基因组小，转化相对容易。长成植株后，模拟田野环境，观察虫子的反应，可以初步判断抗虫基因的载体构建是否有效。”郭三堆说。

和烟草相比，抗虫基因的表达载体导入棉花要复杂得多：有的品种无法培育出再生植株；有的品种能再生植株，但遗传不稳定，表达不出抗虫性……这意味着同一环节的试验要重复很多次。通常，抗虫遗传稳定的小苗刚长出一两片叶子，郭三堆和同事就马上取样鉴定，争取在疏苗前淘汰掉不合适的植株，节省时间和空间……

为了早日研究成功，郭三堆和同事们铆足了劲日夜钻研……无数次失败后，团队终于筛选出合适的抗虫种质资源。1994年，单价抗虫棉研制成功，第二年获得国家专利。

初步成功后，郭三堆并没有停下研究的脚步。他提出，单基因不够，要在一个载体上挂两个基因。“这相当于给棉花上了‘双保险’，提升抗虫效果。”郭三堆解释道。5年后，双价抗虫棉通过安全评价并获准生产。

“最大的理想，就是培育出高产、优质、广适的棉花品种”

在郭三堆的办公室里，除了堆积如山的书籍和研究资料，书架边还摆了一袋袋棉花。“看这棉铃，个头大，絮又长。”他拿出一朵棉铃，扯出一缕棉絮轻轻摩挲，又仔细捻了捻。

郭三堆手里的棉铃，来自转抗虫基因三系杂交棉，这是郭三堆团队前些年的研究成果，在国际上处于领先地位。它不仅保持了抗虫棉的特点，而且能提高产量和品质，降低成本，增产幅度达25%以上。

现在的郭三堆，一年有大半时间扎在棉田里：“垄内杂草很难除尽”“机采效果不太理想”……去各地调研时，他总会把棉农的反馈记下来以备研究。

跟过去相比，如今的科研条件大大改善。设备一应俱全，工人的操作也都轻车熟路，很多人劝郭三堆不用总到田地里去了。“不能光听别人说，实际情况如何还得靠自己观察。”郭三堆觉得，铃大铃小，吐絮畅不畅，都要到田里看一看、摸一摸，心里才有数。

“他呀，棉花上的事情清楚得很。自己的衣服和鞋子，却从来不知道穿多大码。”郭三堆的爱人徐琼芳说，夫妻俩是同行，一个研究棉花抗虫高产，一个研究小麦抗蚜虫，“没想到啊，我俩这辈子都和田里的虫子较上劲了。”

在郭三堆心里，“最大的理想，就是培育出高产、优质、广适的棉花品种”。为此，郭三堆又开始忙碌：通过分子标记育种，将绒长、拉力、细度等指标好的海岛棉与产量高的陆地棉结合起来，培育出更加理想的品种。

目前，海陆三系杂交棉花已经开始在新疆试验，同时科企合作也在步步推进。未来，理想的棉花植株是什么样的？“果枝再短一些，内围铃集中。茎秆很硬，能避免倒伏。吐絮要畅，方便机收，但又不能太畅，否则风一吹就掉了。叶子表面光滑，防止与棉絮粘黏……”为实现这般图景，郭三堆说，自己要做的事情还很多……

记者手记

无悔选择贵在坚守

从郭老口中得知，棉花的花朵很特别，始为白色，后渐渐泛红；花期也格外长，在新疆，甚至可达40天之久。事实上，他对待自己珍视的棉花育种事业，亦是如此：时间愈久，感情弥深；一直在，实干一辈子。

和大多数人一样，郭三堆在求学、工作、深造之路上，屡次面临选择。选择并不难做，难的是选择之后持之以恒的坚守。因为郭老的坚守与努力，加上满腔的热情和才华，才绽放出了绚丽的花朵。

从单价、双价抗虫棉，到转抗虫基因三系杂交棉，再到抗除草剂、高产优质品种……当下，郭三堆的棉花育种坐标系还在不断延展，没有终点。棉农生产和产业发展的需求，就是他几十年如一日奋战在研发、生产一线的动力。

《 人民日报 》( 2020年12月29日 06 版)

一带一路·零距离丨一朵棉花承载的坚守与梦想

新华社乌鲁木齐/塔什干9月20日电 题：一朵棉花承载的坚守与梦想

新华社记者葛晨 张家伟 郭雨祺

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乌兹别克斯坦人谢尔佐德·多纳耶夫的棉田即将迎来收获。

“每公顷至少5000公斤。”20日，站在一眼望不到边的棉田里，多纳耶夫信心十足地预测。

仅仅三年前，这还是不可想象的收成。自从用上中国的棉种和技术，他的棉田产量稳步攀升，几乎是过去的两倍，而人力、肥料、用水等投入减少了一大半。

多纳耶夫2020年开始接受中国科学院新疆生态与地理研究所（简称“新疆生地所”）专家们的指导，成为他所在的古瓦拉克村里第一个尝试中国节水棉花种植技术的人。三年来，他的生活发生了翻天覆地的变化，不仅翻新了房子，还买了新车，家庭收入有了明显提高。

对多纳耶夫来说，收入增长固然重要，但他更看重的是未来的发展前景。乌兹别克斯坦盛产棉花，被称作“白金之国”。然而，无数乌兹别克斯坦棉农的生计，正面临咸海生态危机的严重威胁。

位于乌兹别克斯坦和哈萨克斯坦两国交界处的咸海曾是世界第四大湖。对比卫星照片就能发现，咸海面积缩水触目惊心。从1960年到2020年，咸海湖面面积从约6.7万平方公里缩减到约6000平方公里。经过近5年的联合科学考察，中国与乌兹别克斯坦科学家在2022年底联合发布阶段性研究报告说，气温升高造成的蒸散发量增加等是造成咸海面积急剧缩小的关键因素，并提出推广高效节水技术修复咸海生态的治理方案。

中国科学院中亚生态与环境研究中心主任陈曦指出，节水技术是中亚国家生态解困的重要解决途径之一，乌兹别克斯坦大量水资源被用于棉花种植，通过推广节水技术提高用水效率可以有效解决耗水量大的问题。

中国的节水技术已经非常成熟。在新疆的棉花产地，膜下滴灌技术经过多年推广，已经普及。

9月14日，在新疆乌鲁木齐附近五家渠市的一片棉田，棉农巩伦全查看棉花长势。新华社记者 周生斌 摄

9月14日，在新疆乌鲁木齐附近五家渠市的一片棉田，棉农巩伦全查看棉花长势。新华社记者 周生斌 摄

距乌鲁木齐不远的一片棉田里，棉农巩伦全一边回忆，一边挥舞双手演示当年“大水漫灌”的做法。“以前每到春季、冬季都要大量灌水，那对地面平整度要求很高，高一点低一点的地方都不容易出苗。”他说，采用膜下滴灌技术，每亩地一年至少省水500立方米。

这是9月14日在新疆乌鲁木齐附近五家渠市拍摄的棉田（无人机照片）。新华社记者 周生斌 摄

早在2019年，新疆生地所与乌兹别克斯坦水利部水问题研究所就签订协议，共建节水棉田示范区。同一年，该所与乌兹别克斯坦咸海国际创新中心签订咸海生态治理协议。目前，新疆生地所已在乌兹别克斯坦建成一批节水棉田示范区，未来准备进一步扩大规模。

多纳耶夫的棉田就位于这些示范区之中，当地棉花以前每公顷产量也就2000多公斤，如今却已经超过4500公斤。这一成功经验吸引越来越多关注，许多人专程从外地赶到位于乌兹别克斯坦南部卡什卡达里亚州的这个小村庄，学习中国经验。

新疆生地所研究员刘铁说，这些在乌兹别克斯坦使用的技术并非中国经验的简单复制粘贴，而是科研人员通过一系列试验和本土化改良不断摸索出来、最适合当地实际需求的解决方案。

多纳耶夫特别佩服“勤劳、真诚”的中国专家，“他们甚至比我还关心我家的棉花，只要我有需要他们马上就会赶过来”。

这是2021年9月29日在乌兹别克斯坦穆伊纳克拍摄的搁浅在咸海的废弃船只。新华社发（扎法尔摄）

咸海生态危机的危害远不只是水资源短缺。裸露的湖底形成巨大的露天岩层，成为沙尘暴、盐尘暴的来源。有研究显示，这些沙尘和盐尘波及范围极广，西至挪威、北至西伯利亚，向南覆盖伊朗高原，此外也可能影响中国西部地区。

陈曦说，经过两国研究人员测算，如果在乌兹别克斯坦主要产棉区大范围采用节水灌溉技术，每年预计节水80亿至100亿立方米，能有效维持咸海湖面面积，减少盐尘暴发生。

为进一步解决咸海生态问题，两国研究人员通过遥感和实地调查，查清了咸海盐尘暴的发源地。陈曦说，那是一片大约8000平方公里的区域，未来计划用中国的技术治理，有望使盐尘暴减少70%以上。

乌兹别克斯坦塔什干灌溉与农业机械化工程大学副教授沙姆树德·阿科玛洛夫长期与中国科学家们合作，致力于共同寻找咸海生态危机的解决之道。他说，咸海生态危机是一个跨国家、跨地区的世界级难题，“解决之道就在于科技合作”。

从2017年出台的《“一带一路”生态环境保护合作规划》到2023年5月发表的《中国-中亚峰会西安宣言》，中国与中亚国家共建绿色“一带一路”的路径愈加清晰、机制日益成熟，为开展生态科技合作，共同应对咸海生态危机、治理荒漠化和发展可再生能源不断注入新动能。

改善生态环境的努力，艰辛而漫长。在中亚多年从事生态环境研究治理的刘铁，因棉花与当地人结缘，也目睹了他们对中国方案越来越认可、信赖，参与共建绿色“一带一路”的热情越来越高。

他的梦想是把中国的节水种棉技术推广到中亚更多的地区。这注定是一项辛苦的工作，但他说：“为了共同的家园，再多的付出都值得。”（参与记者：刘恺、马峥、周生斌、李奥、张晓龙）