白僵土上练就“谋粱”功夫

 

▲在中科院大安碱地生态试验站，谢旗（右二）与团队成员在耐盐碱水稻边合影。本报记者陈琰泽摄

　　新华每日电讯记者陈琰泽

　　时已入夏，位于河套平原核心区域的宁夏回族自治区石嘴山市大武口区，却不像江南绿意盎然。

　　这里是我国五大盐碱地分布区之一，黄河带来的盐碱性沉积物形成了典型的苏打盐碱地，粮食的收成往往只有一般农田的三到五成。在这里，只有马齿苋、碱蓬、柽柳等盐碱地原生植物能够蓬勃生长，形成另一种灰黄色调。

　　长期“泡”在全国各类型盐碱地里的中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员谢旗对此再熟悉不过：“苏打盐碱地的土质像面团一样黏，水肥下不去，种子出不来，手一捏就碎成白色粉末，当地人因此把它叫‘白僵土’。”

　　当地谚语说“白僵土上不打粮”，如何向苏打盐碱地要粮食，是当地农业实现高质量发展的重要课题。过去当地人用黄河水“洗土”，随着轻度盐碱地陆续转化为良田，人们将目光投向中重度盐碱地。在水资源和成本限制下，培育耐盐碱“良种”成为解题关键。

　　谢旗用高粱交出了自己的答卷。

“向白僵土要粮”

　　大武口区祥和村距离黄河不远，这里pH值在8.7—9，盐分在千分之四到千分之十，属于中重度苏打盐碱地集中地区，虽然土地平坦开阔，可就是“不长粮”。春耕以来，中化现代农业有限公司产业技术创新部盐碱地技术开发项目经理冀定磊几乎住在了田里。

　　“过去这里因为地力太差，都是零碎的散田，玉米长得稀稀拉拉，撂荒的土地达到三分之二以上。”冀定磊介绍，为扭转状况，2022年中化现代农业和当地合作，把祥和村8000亩盐碱地承包下来，通过规模化、长期化模式综合开发，依托高标准农田建设项目，整体铺设了地下排盐暗管和水肥一体化灌溉设施，为“向白僵土要粮”搭好舞台。

　　在盐碱地上发展农业的成本高于常规农业，注定要操更多的心，“除了规模化外，种植的精细化、科学化也很重要，能否选取优秀的抗盐碱品种是关键。”冀定磊说。

　　冀定磊身后，工人正在进行“拌种”作业，粉红的“小药丸”翻滚了一地——这些就是冀定磊挑战这8000亩“白僵土”的底气之一。“这些‘小药丸’是‘中科11’酿酒高粱的种子。盐碱地贫瘠，因此种子出厂要带一层‘营养包衣’。光有‘出厂包衣’还不够，我们还要根据播种地块的成分专门调配营养液，播种前再搅拌一次，为作物破土而出再上一层‘保险’。”

　　远处，农机在泛白的地平线上轰鸣。蹲在田垄边，冀定磊捡起一块农机翻碎的土坷垃，“泛白部分就是向地表析出的盐碱物质，这里有大概500亩属于中重度盐碱地，玉米也长不好。”

　　普通玉米的耐盐区间在千分三点五以下，即将“救场”的“中科11”酿酒高粱的耐盐碱区间可达千分之五甚至更高，是更优选择。“其实耐盐碱只是盐碱地作物的‘入门要求’，更重要的是酿酒高粱匹配了当地市场需求。”冀定磊说，中西部是我国酒企集中区域，“中科11”围绕酒企的需求培育，挂穗量大，酿酒品质好，“加上我们规模化种植，标准化程度高，满足了酒企对酿酒粮食的品质稳定性上的需求。”冀定磊计算，种植一亩酿酒高粱的收益能达到三四百元，高于玉米。

　　冀定磊长期面对市场一线，对耐盐碱高粱评价颇高：“发展盐碱地特色农业，农产品的耐盐碱和高品质只是前提，更要匹配和服务好当地产业需求，我想高粱是很好的一种尝试。”

盐碱地上的“巨人”家族

　　路过宁夏石嘴山市平罗县的宁夏千叶青农业科技发展有限公司的青储饲料库房前，隔着仓库门，能闻到一阵淡淡的发酵酸香。“高蛋白高糖分的原料发酵后才能发出这种味道，饲料好闻，牛羊爱吃。”千叶青项目与科研管理部部长刘金龙笑称，“别说牛羊了，我们人路过也要多吸两口气。”

　　这批青储饲料由“中科甜968”甜高粱发酵制作而成。过去，宁夏流行的饲草作物多为玉米、牧草，高粱还是个“新面孔”，能打入市场，甜高粱有其“独门绝技”。

　　“除了耐盐碱外，甜高粱最大的特点是生物量巨大，玉米一亩产出原料3到3.5吨，而‘中科甜’系列的两个品种甜高粱能产出原料8吨，甚至能多次收割，在种植成本相差不大的情况下，甜高粱产量优势明显。每吨甜高粱青储饲料的价格能比玉米低50到100元，在目前玉米饲料供不应求的情况下，甜高粱是一个重要补充，也是我们未来在宁夏推广的一个重点。”刘金龙说。

　　刘金龙手机里保存着一张照片。那是去年8月，谢旗到平罗时留下的。

　　照片里，站在自己的“得意之作”——一株4.5米高的“巨人”甜高粱旁，已到花甲之年的谢旗难掩自豪之色。

　　在盐碱地上种粮食，既要作物耐得贫瘠，又要果实丰硕甜美，“两全其美”确实很难。为实现这个梦，谢旗已经努力了近20年，带领团队培育出了“中科甜438”“中科甜968”“中科甜060”和“中科11”等7个已受国家登记的耐盐碱高粱品种，成为盐碱地上一道高大靓丽的新风景。

　　“粮食高粱、酿酒高粱、青储饲料高粱等能很好地契合了中西部地区种植、养殖、酿酒等产业的需求。”谢旗相信选择高粱作为盐碱地治理突破口，是综合考量盐碱地治理、粮食安全和农民经济效益的一个优解。

　　为什么选择高粱？谢旗解释，植物选育不是“凭空造物”，物种的基因潜力很重要。高粱最初生长在非洲地区，当地土地贫瘠、盐碱度高，在漫长演化中锻炼出很强的耐盐碱能力。此外，由于天生身材高大，高粱的单亩产量“遥遥领先”。有了基因育种技术加持，高粱的耐盐碱、生物量大等原有特性被放大，而含糖量高、抗倒伏、抗鸟食等新特性被一一导入，最终锻造出盐碱地上的“巨人家族”。

基因育种锻造“巨人家族”

　　“育种的基本原理不复杂，母一代的性状，杂交后有一定概率遗传给下一代。通过实验设计，我们可以把所需的各种性状一代一代地叠加传递下去，比如第一代高粱保留了高甜度，第二代在高甜度基础上叠加了耐盐碱，第三代则在高甜度加耐盐碱的基础上叠加了抗倒伏。繁育近十代后，最终形成一个‘集大成’的新品种。”谢旗的实验室里搜集了来自世界各地的1200多种高粱种子，它们都是新品种高粱的“基因素材”来源。

　　“原理虽然简单，但是实际操作是个苦功夫。”谢旗打了个比方，在一大捧繁育出的子一代种子里，哪些个体遗传了耐盐高产性状谁也不知道，只能等到种子在盐碱地里“开花结果”才能观察出来。“也就是说，要完成这一代种子的筛选，在北方要等一年时间，在海南繁育也需要半年以上，中途要是遇到鸟食或极端天气，就前功尽弃了。”

　　种种困难下，过去培育一个新品种，起码要花费7到8年时间。谢旗团队引入基因育种工具，从基因层面把控育种过程，极大提升了效率。

　　利用PCR分子标记技术，能够“三岁看老”。“举个例子，我们的甜高粱之所以甜，是由一个已知标记为DRY1的基因所影响。通过分子标记技术，我们‘提前阅读’子一代种子的基因，检索其中是否存在DRY1片段，就可以直接筛选出所需要的高甜度后代种子，把育种周期缩短到2到3年。”

　　而借助基因编辑技术，则能帮助科学家找到更多类似DRY1这样具有“关键特性”的基因，从而让这些优秀特性“广为流传”。“再举个例子，比如我们发现某株高粱在高盐碱地块上长得格外茁壮，那么我们合理推测，这是由某个突变基因主导的，于是我们把这棵‘耐盐碱变异高粱’与其他普通高粱的基因进行比对，找到差异点，经过层层实验，最终锁定了控制耐盐碱能力的基因AT1。”谢旗说，在后续实验中，敲除AT1片段的高粱的耐盐碱能力果然大幅提升，进一步证实了AT1和高粱耐盐碱之间的对应关系。“因为掌握了这段耐盐碱基因密码，未来我们在选育新品种高粱时，就能稳定复现这一耐盐碱高产性状。”

　　有了分子标记技术和基因编辑技术等的加持，不仅缩短了育种时间，更增大了育种的想象空间，让培育盐碱地上的“全能战士”成为可能。

发现更多“AT1”

　　今年3月，中科院遗传所联合中国农大、华中农大等9家科研单位，在著名学术期刊《科学》上发表文章，宣布在高粱中首次发现了与耐盐碱相关基因AT1，并对水稻、玉米、小麦、谷子等作物进行基因检索，发现这一基因的普遍存在，意味着这些高粱的“远亲近邻”都有可能获得“耐盐碱超能力”。

　　“AT1是一个与作物产量呈负相关的主效碱敏感性相关基因，也就是说，当这个基因‘发现’土地碱度高时，就会控制降低作物产量，属于一种‘自保’机制。”课题组成员、中国农大教授于菲菲解释，“利用AT1机制育种，就能从根源上实现‘既让牛儿少吃草，又让牛儿多产奶’的梦想。”

　　在中科院大安碱地生态试验站的比照试验田中，经过AT1改造的水稻即使在中度盐碱田中，也因籽粒饱满、穗粒数增加而压弯了腰。经过测产得出，该水稻可以实现增产22.4%到27.8%，表现优异。

　　搓揉着沉甸甸的稻穗，谢旗算了一笔“大胆”的粮食账：如果全球20%的盐碱地能种上围绕该基因进行精准改良的耐盐碱作物，结合团队研发的浅埋滴灌等工程技术，磷石膏改良剂、有机菌肥料等生物化学技术，每年至少可以为全世界增加2.5亿吨粮食产出。

　　到地方做测产和推广，即使是在车上办公时，谢旗的目光也总投向车窗外，随着路两旁高高低低的作物而跳跃，话没讲两句，话题总会回归到田野里，有时甚至会叫停司机，一头钻进玉米地里走走看看。“你看那玉米又瘦又矮，种得不好。”“你们知道这片原生植物是什么吗？”“这片地的盐碱度比刚才那片还要高！”“要是种上我们的高粱，长得一定比这个好。”

　　近年来，谢旗团队培育的耐盐碱高粱在新疆、宁夏、山东、甘肃、内蒙古、吉林等地落地种植，累计推广种植规模达数万亩。高粱家族作为盐碱地上的“新兵”，征服盐碱地的征途才刚刚开始，但谢旗相信，潜力巨大的高粱能为发展盐碱地特色农业作出更大贡献。