甜蜜事业候鸟式科研,让盐碱地开花

高粱曾是我国的主要粮食作物，却因口感粗糙、营养成分存在缺陷等原因退出了百姓的餐桌，甚至逐渐被人们淡忘。而现在，含糖量高的新型甜高粱，又逐渐在全国各地推广种植，不光能生长在耕地上，不毛之地的盐碱地里，也能茁壮成长。

白茫茫的盐碱地，开出了金灿灿的“花”。每逢秋季，新疆、内蒙古、山东、江苏等地的近50万亩盐碱地都会迎来这幅景象。

在盐碱地里，甜高粱能长到一人多高。而让这些甜高粱更耐盐碱的“密码”，则是中国科学院遗传与发育生物学研究所原研究员、国家玉米种业技术创新中心首席科学家谢旗团队解开的。在20余年的科研路上，谢旗带领团队培育出了“中科甜”“中科甜”“中科甜”等6个国家登记甜高粱品种，它们具备高耐盐性、高生物量、高蛋白含量等不同特征，能将闲置的盐碱地变为农田，还可整株粉碎加工后替代优质牧草，成为牛羊等牲畜饲料。“我的科研目标，就是找到最会利用太阳的植物，用最少的地种出最多的粮，让牛羊能不再和人抢粮食，为国家粮食安全做出自己的贡献。”

谢旗在土地含盐量为0.4%至0.6%的试验基地工作，田间的甜高粱长势喜人。

难忘童年甜蜜回忆

哈密瓜、砂糖橘，这类我们常吃的水果，其糖锤度即汁液中可溶性固形物的百分率通常在10%至17%。而有一种不起眼的植物，其茎秆的糖锤度最高能达到23%，这就是甜高粱。

甜高粱其实是由大家熟知的红高粱突变形成的，因茎秆含糖量高而得名。从小在农村长大的谢旗，记忆里总有一份甜丝丝的味道。对农村家庭来说，高粱是制作扫把的主要原料，每家每户的地里总会种上那么一小片。夏天，甜高粱快速生长，在夜深人静时，甚至能听到它抽节的声音。到了秋天，外婆就会把家里田埂边种的几株甜高粱秆砍下来，递给年幼的谢旗。一口咬下去，汁水充盈，就像在吃甘蔗，因此其也被称为“甜秆儿”。

“后来我走上了生物学研究的道路，我的任务就是让作物更好地为人类服务。”小时候的甜美记忆，冥冥中成了谢旗的研究方向。

当前我国居民消费肉类的数量越来越多，为此，我国每年自产的粮食约有一半会被用于猪、牛、羊等动物饲料，但仍需要大量进口。饲料是畜牧、养殖业的根本，怎样用更少的饲料得到更多的肉产量，这不仅是相关从业者研究的课题，也是谢旗思考的问题。

牛、羊是反刍动物，它们不仅能消化植物的籽粒，连茎秆等纤维素也能消化利用。而这正符合甜高粱的特点，作为碳四植物，它是国际上已知的生物量最大的作物，对太阳能的利用率最高。其植株格外高大，茎秆里含有大量的糖分，每亩产量可达4至10吨；叶子的蛋白质含量最高可以达到22%，是玉米叶的2倍，不亚于优质牧草；成熟后结出的籽粒产量也能达到每亩至千克，可谓“浑身是宝”。不仅如此，它在适宜的环境下，还能像韭菜一样实现一年多次收割。这些与目前常用于青贮饲料的玉米植株相比，都是巨大的优势。

当然，利弊相生。甜高粱身高过于高大往往会“树大招风”，导致植株容易倒伏，对后续的机械化收割产生影响；而茎秆的糖分不仅牛羊爱吃，蚜虫也同样喜爱，并能在植株生长的过程中“先下嘴为强”，被蚜虫叮咬10至15天后，甜高粱原本23%的糖锤度就会骤降至5%。

谢旗要做的，就是通过一系列生物学手段，找到抗倒伏、抗蚜虫等基因并导入植株，育成新的品种。这样在种植过程中，农民就可以避免使用农药，收割起来也更加便捷。在理论层面，这类研究被称为逆境生物学。

“总结起来就是一句话的事儿，但往往我们在试验田里播下几千份种子，经过几个月精心培育、授粉、控虫，最终也只能收获到一份希望。”谢旗说，农业育种是个苦功夫，如果用常规的杂交育种方式，培育一个新品种至少要五六年。现在，分子生物学等技术的应用提升了育种效率。科研人员可以先在实验室里找到目标基因片段，再通过技术手段对试验样本进行处理，将新的基因导入。

通过各种渠道，谢旗收集到了来自国内外的数千个品种的高粱种子，而育出更好品种的希望，就藏在其中。

3.7万余个，这是高粱拥有的全部基因数量。要想从中“大海捞针”，找到决定某种性状的基因，挨个筛选一遍自然是不可能的。谢旗常用的方法是“反向试探”，例如要筛选抗病基因，就用指定的病害去感染植株，通过抗性强、弱两种植株的对比，发现基因层面的差异，从而“锁定目标”。

个子高、抗倒伏、抗病害……将目标基因导入种子后，下一步就是到田里播下希望——当然，收获失望也是常有的事。谢旗曾带领团队育出一个非常高产的甜高粱品系，但在进行小规模示范种植时，不幸遭遇了一场大风，绝大部分植株都被吹倒在地，“在大田里，倒了一小片，就会带倒一大片。”倒伏的甜高粱无法再使用机械化收割，农户后续花费了极大的人工成本，一下就失去了种植的动力。

“这个教训给我们敲响了警钟，抗倒伏是农业生产的必需性状，后续我们的所有品系在推广前，都一定要满足抗倒伏的要求。”谢旗说，即使在试验田里成功育出了新性状，也只是成功路上的第一步，科研人员还要将其试种到天南海北。我国幅员辽阔，每个地域的温度、湿度、土壤、环境都不同，只有通过了当地的适应性种植，才能实地推广，这个周期通常需要3年。

试验田里种出惊喜

当前，北方正值隆冬时节，谢旗正带领科研团队在海南乐东、陵水的试验田里种高粱，田里的青苗已经长到了一人多高。这样的“候鸟式”科研被他们称为“南繁”，以实现在一年之中繁殖多代植株，加快新品种的培育和研究。

而让这些“候鸟”科研人员头疼的，是真正的候鸟鸟群。曾经，迁徙而来的鸟群，消耗了在大田里耕耘的科研人员大量精力。成熟的高粱一个个低垂着头，为了防止鸟类到田里觅食，吃掉宝贵的科研植株种子，他们想尽了办法。

“每年全世界被鸟吃掉的种子，价值高达10亿美元。”谢旗说，即使在田里放鞭炮驱赶鸟类，或是耗费人力为植株挨个套上袋子，效果都不尽如人意。甚至为了保住珍贵的种子，他们需要分出宝贵的试验田土地，特意种上一些小米供鸟儿饱腹。这一问题当然也会困扰到种植高粱的农户，必须得到解决。

在北京顺义的一片试验田里，生长着谢旗多方收集、研发的数百份高粱种质资源。夏末秋初，高粱成熟，同样吸引了不少鸟类前来觅食，但在试验田的一角，有一小片高粱竟“幸免于难”。

这片高粱有什么“魔力”，让鸟儿都对它避之不及？在谢旗眼中，任何植物现象都是和基因相关联的，而基因又决定了植物自身的代谢产物。他将样本带回实验室，对其代谢产物展开了分析，果然顺藤摸瓜找到了关键环节——决定高粱种单宁含量的基因。

单宁，又称鞣酸，是很多未成熟水果口感偏涩的来源，鸟类也不爱这个味道，会“挑食”。在鸟类偏爱的高粱种中，这一基因发生了突变而失去功能，引入产生单宁的基因，甜高粱的鸟害问题就得到了解决。而摸清了高粱的单宁代谢路径，在后续育种时就能将其作为标记，还能助力酿酒业的发展。

而稻花香型高粱则正相反，能提升食草动物的“食欲”。谢旗和团队敲除了高粱一种名为BADH2酶的基因，就能让新植株的种子和叶片都散发出独特的香味，混入饲料后，兔子的采食量显著提升。利用这类香高粱，还有望开发出特色香酒、特色香醋等高粱产品。

一天，谢旗接到了一个坏消息——一批试验种子种到田里后，到了本该发芽的时间段，土地上仍是一片荒芜。他急忙驱车前往农场，看到播种的种子几乎全部萌发失败，只有正中央一排细细的小苗在努力生长。经查询得知，新开辟的试验田头一年被其他人种过高粱。由于高粱生长过程中，根部会释放高粱醌，从而抑制其他植物生长，甚至也会抑制自身的繁殖。

这天，田里的气温只有12摄氏度。团队成员都颇为沮丧，但谢旗看到这个场景，却兴奋起来。“这么低的气温，这个品种还能萌发，是不是说明它足够耐冷？”这个想法浮现在了谢旗的脑海里。甜高粱原本并不适应低温生长，如果找到能低温萌发的品种，就能把甜高粱种到我国更靠北的土地上。果然，重复试验证实，这个品种最低能够在10摄氏度的气温下萌发生长，这让甜高粱的种植范围拓展到了曾经无法踏足的齐齐哈尔、赤峰等地。

具备不同特性的甜高粱，可以用作不同用途。成熟后身高超过五六米的品种，在同样面积的土地种出的生物量可提高3倍以上；可分蘖的品种更适合种植在新疆、青海等干旱地区的土地上，以弥补种子无法全部萌发的劣势，最大限度利用空间；在合适的环境下，甜高粱最多可实现一年内收割6次，极大地提升了土地利用率……在北京通州于家务，谢旗团队还种出了一片“彩高粱”。通过反复的育种和筛选，团队培育出了白、黄、红多种颜色的高粱，高矮错落有致，未来有望借此实现旅游农业，供公众参观游览。

为何谢旗的试验田里总能传出好消息？他的回答很简单：“做农业，就是要一直扎根土地。”

让盐碱地“开花”

很多重度盐碱地的表面都盖着一层“白被子”，由于土壤表层盐类、碱类集积，上面几乎寸草不生。“盐碱地白花花，一年种一茬，小苗活不了，秋后不收啥”，就是这类土地的真实写照。

我国的盐碱地大约有15亿亩，分布在西北、东北、华北的17个省区，总面积为世界第三。土地盐碱化是长期困扰我国农业生产的大问题，虽然在长期的自然演化过程中，也有少部分盐生植物能够在此生存，如碱蓬、芦苇，但此类植物的经济价值通常不高，绝大部分经济作物都不能在盐碱地生长，或会大量减产。

“这个事情其实很好理解，就像卤水点豆腐，豆浆里的蛋白质在遇到含盐的卤水后，会迅速发生变性、失去活力。如果是在植物上，就会导致细胞死亡。”谢旗解释道。

那么，如此大片的闲置盐碱地，怎样才能更好地利用起来？相比于大豆、玉米等常见作物，高粱的耐旱、耐涝和耐盐碱能力都极为出众，因此，形容高粱的耐盐碱能力时，谢旗用了“超能力”三个字。

我国的耕地红线是18亿亩。在谢旗看来，如果能将盐碱地利用起来，种出牛羊的“口粮”，就能极大地保障我国的粮食安全。于是，他带领团队开始了高耐盐甜高粱品种的筛选，“我们不和主粮争地，我们要找的，就是能在普通作物难以生存的边际土地、贫瘠土地上生长的品种。”终于，他们育成了能够在含盐量0.8%至0.9%的中重度盐碱地上生长的“中科甜3号”甜高粱，大大增加了可利用的农业土地面积。

种植高粱只需少量施肥，且病虫害率低，可大幅节约灌溉用水。对农户来说，除去前期的种植成本，每亩地种植甜高粱的收益能达到千余元。

在收获高粱的同时，盐碱地也逐渐产生了变化。“通俗来说，这片地上生长的植物越多，盐碱就会更多地被‘压’回地下。其实这就是通过水的溶解作用，把浮在土地表面的物质带回地下去。”谢旗说，通过生物改良的方式，能极大地改善当地土壤的盐碱化，实现土地的长久利用。“我现在开玩笑，说盐城不‘盐’了，指的就是我们在江苏省盐城市的盐碱地开展的种植。”

近年来，高耐盐甜高粱在新疆、宁夏、山东、甘肃、内蒙古、吉林等地的多个盐碱地推广。在每个点位，谢旗都会坚持开展3年的种植实验，从50亩到亩、5万亩，逐步检验当地的土地环境、病虫害情况以及植株的适应性。谢旗和团队还通过网络与农户直接交流、远程指导，目前，多个种植点位的生产规模已达到了数万亩。

实现了大面积种植，就能够做到机械化收割和规模化运输，一台农机每天能完成亩甜高粱的收割，每亩地的产量在4至8吨。即使是种植规模较小的个体农户，谢旗也专门为他们推荐了小型青贮饲料打包技术，种上两三亩地，也能用小型农机完成收割。

高粱被整株粉碎后，则需要将其压实、喷洒菌剂，进行约20天的青贮发酵。这一番操作，能把牛羊对其的消化利用率从5%提升至30%，且打包好的饲料在5年内，营养价值都不会有太大变化。

“对于养殖户来说，提升的利用率就等于牛羊长的肉。”谢旗表示，通常羊的出栏周期是9至12个月，用上这种饲料，能让羊提前45天出栏。而饲喂青贮高粱的奶牛，比饲喂青贮玉米的产奶量每天能提升1.64公斤。饲料的品质更好，养出的牛羊肉质也就更佳。

在草原上，牛羊养殖会对环境造成极大的压力。而谢旗团队在江苏盐城盐碱地推广的甜高粱，亩的集中养殖地每年能出栏30万头羊；羊群每天产出的吨羊粪，经过高温发酵、无毒处理，再混合粉碎的麦秸秆，又能变成高效的肥料，保持土地的肥力，“这就是循环农业的力量。”

前不久，谢旗担任国家玉米种业技术创新中心首席科学家。他期待将此前积累下的高粱研发技术推广至玉米、小麦、水稻等作物，在新的平台继续开展可持续的高效农业研究，也就是对太阳能进行最大效率的利用。

“我要把太阳给的能量，更多地变成人民需要的能量。”谢旗说。

来源：北京日报

记者刘苏雅

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