特別策劃 | 鄭天存小麥育種記
作者： 尚偉民 中國農村科技 2023-07-28
2023年5月初，我再次拜訪了著名小麥育種家鄭天存先生。這位79歲高齡依然身材勻稱、腰桿挺直的農業科學家，白色的半截袖襯衣扎在挺直的西褲中，顯得灑脫而干練，完全沒有耄耋老人的龍鐘之態；花白的頭發梳理得妥帖有型，深邃而篤定的眼神中透著平和。
被業界稱作“高產育種家”的鄭天存，在半個世紀的小麥遠緣雜交育種中取得了多項國內外首創的“爆炸性”成果與技術突破，創造了一個又一個奇跡。他主持培育小麥新品種“周麥”“存麥”系列等達40余個，育成品種的數量，近30年來一直保持國內、國際第一。
“第一個春天”
鄭天存的小麥育種，始于1978年全國科學大會帶來的“科學的春天”。此前，他搞過6年的高粱育種，育成了兩個豫東平原的高粱主栽品種。隨著全國農業的發展，廣大農村對粗糧的需求逐漸減少，而對細糧的需求越來越迫切，尤其是中原及北方地區，人們天天吃白饃的千古夙愿，成為改革初期鄉村的主要訴求。培育出高產小麥品種，是小麥育種家共同的追求。
鄭天存在小麥育種的前期，圍繞高產這個目標展開了研究。為了加快育種進程，他花費兩年多時間攻克了“綠體營養春化法”就地夏繁加代技術，使小麥育種周期縮短了一半。利用這項技術，1980年他所做的小麥雜交組合僅3年即獲得了五代或六代穩定系，到1983年就從中選育出3個冬性、半冬性的抗病、豐產優秀新品系，很快培育出“周麥8848“”周麥8826“”周麥8833”“豫麥15”(“周麥8846”)等一批中高產品種。其中“豫麥15”高產早熟，矮桿、大穗、大粒，在周口地區區域試驗中，連續三年產量位居第一，平均單產達394.5公斤/畝，使周口地區首次實現小麥產量歷史性突破。
技術創新為鄭天存的小麥育種帶來了超常規的“加速度”。1981年，全國小麥平均畝產量只有150-200公斤。為了實現產量突破，鄭天存選出遺傳背景不同、期望目標性狀能互補的9個來自國內外材料組成的4個親本、分別組成單交。為確保后代在黃淮片區的適應性，4個親本(“百農791“”豫麥2號“”魯麥1號“”偃師4號”)來自9個國內外材料，除兩個抗源外，其余7個均來自河南、陜西等生態條件相似地區。這4個親本中有三個是試推廣種，豐產性有保證，其中兩個抗病性過硬，兩個早熟，兩個矮桿，一個中桿，兩個半冬性，兩個多親本不早衰，許多優良性狀的比重都占二分之一以上，組合總體性狀水平是較高的。
1982年，鄭天存又用兩個單交有性雜交成雙交，收獲種子401粒，為性狀重組打下了基礎。第二年，鄭天存從“F1-8256”播種的10行中，選了9株，進行加代繁育。“F2-82563253”秋季播種38行，600株，初選32株，增選44株，加大了群體，以便發現最優秀的后備植株。
小麥銹病是全球分布最廣、最具破壞性的小麥病害之一。鄭天存為了解決這個讓小麥育種家普遍“頭疼”的問題，采用了逐年誘發銹病的辦法。在選擇后代時，按照“田間重選形”(高產株型)“室內重考粒”(飽滿度、千粒重、經濟參數等)的原則。為了利于矮桿形狀和高產潛力的發揮，“F3”采用在“高地水”條件下選撥，“F5”開始混收繁殖，“F6”植株行繁殖原種。
經過連續6年定向選育，鄭天存終于在1988年育成了高產、廣適、耐病、抗逆、矮桿，綜合性狀較全面的小麥新品種“周麥9號”，在黃淮海流域跨省三年試驗中名列第一，平均畝產達506.6公斤，首次創造了全國畝產超千斤的紀錄，成為全國的名優品種代表。
1995年，“周麥9號”在全國第九屆發明博覽會上斬獲世界知識產權組織(WIPO)杰出發明者金質獎(至目前，我國農業科研領域只有袁隆平和鄭天存兩位科學家獲此殊榮)。1997年，“周麥9號”榮獲國家科技進步二等獎。1996—1998年，“周麥9號”在豫、皖、蘇等8個省累計推廣面積1.4億畝，產生直接經濟效益40億元，成為全國播種面積最大的小麥品種。
“周麥9號”是鄭天存第二批6個新品種中最優秀的“優等生”，它還有“周麥5號”至“周麥10號”等5個兄弟。由此，鄭天存創造的“周麥”系列小麥新品種在全國叫響。
20世紀90年代中期，鄭天存小麥育種進入高產階段，那時的育種目標是以產量為基礎，解決抗倒、抗病等為主，使籽粒飽滿，提高千粒重。期間他培育出了“周麥11”至“周麥13”第三批3個品種。這3個品種產量再創新高，每畝單產穩定在500公斤以上，高的達600公斤。
20世紀90年代后期至2004年，鄭天存小麥育種進入超高產階段，主持培育出“周麥14”至“周麥19”第四批6個品種，使黃淮海平原小麥產量水平再上新臺階。“周麥16”在2001河南省試驗10處匯總平均單產達635.9公斤/畝，其中兩處超過700公斤/畝，最高單產712.8公斤/畝。“周麥17”具有矮桿、早熟、面白、出粉率高等優點，為黃淮海麥區農業結構調整、發展間作套種提供了配套良種，頗受農民歡迎。“周麥18”在國家、省區生產試驗中3年獲8個第一，到2011年累計推廣面積即達8601萬畝，增產糧食29.4億公斤，新增社會經濟效益59.8億元。
2006年，鄭天存在退休前育成了“周麥20”至“周麥27”第五批8個新品種，為他的“周麥”系列育種畫上了圓滿的句號。這批品種中，“周麥22”表現最突出，2007年9月通過國家審定后，在黃淮麥區累計推廣面積7837萬畝，2013年至2015年成為河南省第一、全國第二小麥品種;2009年至2016年被農業部定為重點推廣品種，成為國家黃淮南片主推小麥的“明星”品種，累計推廣面積2億多畝，獲得河南省科技進步一等獎。“周麥27”單產突破了800公斤/畝，最高單產達到821.7公斤/畝，創造了國內百畝高產方單產紀錄。
臨近退休之際，鄭天存已開始投入多抗、高產、優質的“周麥28”至“周麥33”新品種的研發，為“周麥”系列品種留下了持續輝煌的“種子”。
“第二個春天”
鄭天存（右）
鄭天存主持培育的“周麥”系列，到目前依然是全國最大的小麥品種(系)族群，為全國小麥育種提供了矮桿、大穗、高產穩產、多抗等多種優秀基因，對小麥生產發揮了不可估量的貢獻。他為國家黃淮海麥區培育出兩個“標桿”品種：一個是“周麥9號”，因為在生產中表現突出，于1996—2006年，被確定為河南省與國家小麥區域試驗對照品種;另一個是“周麥18”，從2007—2022年，一直是河南省和國家小麥區域試驗的對照品種。
對照品種又叫標準品種，是各類品種試驗中作為參試品種(系)比較鑒定標準的品種。通常以“當地普遍栽培的當家種”“當地生產上大量栽培的品種”為標準的優良品種作為對照品種。一個育種家一生能培育出一個對照品種就已經非常難得了，而鄭天存卻貢獻了兩個品種做同行們的“標桿”，這不能不說是一大奇跡。
按說，鄭天存功成名就，完全可以安享晚年了。但他退休之后因為放不下小麥育種，選擇了繼續堅守在育種一線。2006年10月，62歲的鄭天存帶著夫人與子女們，拿出全部積蓄，在鄭州市高新區溝趙街道辦事處流轉耕地60多畝，建起了個人育種站，播下了他半輩子積累的兩三千種小麥育種材料。
為了盡快培育出有突破性的小麥新品種，他拼命三郎般地天天帶著子女們起早貪黑在試驗田勞作，又借鑒玉米、水稻等作物南繁思路，大膽開創了全國小麥海南繁育加代之先河。經過幾年的研究和反復試驗，與他的夏繁加代技術形成一套完整的“自然條件下冬小麥南繁北育一年三代育種加代技術”：第1次夏繁加代收獲的種子，10月中旬在河南當地播種，通過自然春化，在12月初移苗到海南三亞，到第二年2月中、下旬收獲，實現第2次加代。海南加代的種子，3月初帶回河南當地田間播種，利用黃淮麥區初春低溫完成小麥田間自然春化，6月中旬成熟，完成小麥第3次加代。
2008年12月，為便于合作和對外交流、科研成果申報等工作，鄭天存以溝趙試驗田為依托，成立了河南省天存小麥改良技術研究所。因為鄭天存的聲譽，研究所很快在全國小麥育種界聞名，不少企事業單位與他洽談合作。
2009年3月，鄭天存以首席育種家的身份，與全國聞名的深圳創世紀種業有限公司，共同創建了“豐德康”種業，鄭天存步入了他小麥育種研發的“第二個春天”，創造了世界小麥育種領域罕見的育成品種數量最多的傳奇。
這個階段，鄭天存改變以往以“高產、穩產”為主要目標的育種理念，把培育高產與優質相結合的小麥新品種作為新征程的“制高點”，打破了長期困擾小麥育種“高產不優質，優質不高產”的魔咒，育成了“豐德存麥1號”“豐德存麥5號”“存麥8號”“豐德存麥11號”“豐德存麥12號”“豐德存麥20號”“豐德存麥22號”“豐德存麥23號”“存麥608”“存麥633”“艾麥24”“艾麥180”等“豐德存麥”系列共17個強、中筋優質高產小麥新品種。
在鄭天存育種的“第二春天”，育成了不少表現優異的“大品種”。比如“豐德存麥5號”，在國家區域試驗中兩年平均品質評分97.05分，居強筋優質小麥第一名，千畝示范方經實打驗收連續3年畝產超700公斤;“豐德存麥20號”，在2022年千畝示范方實打驗收中平均單產高達907.12公斤/畝，創造了全國千畝方的高產紀錄。“豐德存麥21”“艾麥24”等強筋優質小麥新品種，也因為兼具優質、高產兩大優勢，推廣面積不斷擴大，不僅備受廣大麥農歡迎，還成了全國糧食加工企業的“香餑餑”。
創新無止境
創新是鄭天存小麥育種始終堅持的核心理念，從理論到技術，再到創制種質、新品種，都體現了他的與眾不同。
“不創新，就死亡。”在一次交談中，鄭天存說這話的語氣，可謂斬釘截鐵，“一個育種家，如果沒有創新意識，老是跟在別人后邊，永遠難出好品種。”
鄭天存從事小麥育種之初，就充分考慮到小麥株高問題。他認真研究了我國各個時期小麥的平均株高，20世紀50年代為108厘米左右，20世紀60年代為105厘米左右，70年代下降到97厘米左右。即使綜合性狀比較好的墨西哥矮桿小麥，株高也保持在90厘米左右。
在實際生產中，河南當時種植的大多數小麥品種株高在100厘米左右。隨著水肥的增加，加之黃淮海平原春夏季節幾乎年年遭遇大風大雨，倒伏成為小麥高產的重大“殺手”。
“降稈”成為育種家們共同的目標，但降到多高合適，國內外育種界出現了爭論。大部分育種家均認為小麥株高90厘米左右、不低于85厘米最合適。鄭天存首先否定了這個觀點。他通過生產調查研究發現，高于85厘米就容易倒伏。他在周口對株高調查中發現，其中一年從抽穗到灌漿連續倒伏5次，小麥籽粒全是秕殼，基本沒有產量。這樣的慘痛教訓，讓鄭天存下決心要在育種中實現降稈，并大膽提出小麥株高必須降到80厘米以下的觀點。許多專家均以“矮桿易早衰”“生物量不夠”為由反對他的這一觀點。
鄭天存不爭論，而是把自己的理論觀點放到育種實踐中“驗證”。他育成的第一個國審品種“豫麥15”(“周麥8846”)，株高75厘米左右，既實現了矮稈大穗不早衰，還兼具抗條銹和吸漿蟲、高產穩產、耐遲播、早熟等多種優秀特征，從此以“矮桿、大穗、多抗”為顯著特色的“周麥”系列便誕生了。
在相當長一個時期，小麥育種界的主流觀點都認為，決定小麥產量的三個要素，即穗數、穗粒數和粒重，穗數最重要，穗粒數次之，粒重居尾。鄭天存通過研究，提出了形成高產的三要素中，粒重最重要。鄭天存的觀點又引起了一些同行的反對。新中國成立前我國小麥千粒重只有30克，通過幾十年的發展達到了40克。
為了驗證這一觀點，鄭天存搞了一個慎重的研究：對新中國成立之后50年中的主推小麥品種，按每10年選4個，共選了20個品種做生產試驗。這些小麥品種，均是高稈，株高在一百二三十厘米。為了防止倒伏，鄭天存創造性地加上了與小麥垂直的防護網——用木棍把網支起來，形成一個穩定的平面，讓麥穗從網眼中鉆出來。這樣，每棵小麥都在網線的“扶持”下，可以確保后期風雨天氣不發生倒伏。
研究結論證明，粒重對產量的貢獻占比達到了70%～80%，排在第一位。這個研究成果論文在《河南農業科技》雜志發表后，在河南小麥育種界引起了很大反響。
小麥生產進入高產階段后，鄭天存又搞了一個新時期20年的品種研究，最后的結論仍然是粒重對小麥產量的貢獻最大，70年的研究結論完全一致。美國一家英文雜志發表了他的這一研究成果。這個研究結論與美國農業專家的普遍觀點也不一致，他們大部分認為，產量最主要的因素是穗粒數。
鄭天存的研究成果表明，粒重，即籽粒的大小成了最重要的高產因素，這可以說顛覆了過去一直以畝穗數為首要因素的觀點。不少專家對鄭天存提出質疑：籽粒大了，會不會飽滿——小麥灌漿時間不足40天，在同樣的時間里，籽粒增大了，能長飽滿嗎?籽粒不飽滿，不光產量降低，小麥的質量也會大打折扣。因此，一些專家最初并不認同鄭天存的觀點。當他以詳實的研究數據驗證了這一結論時，大家才予以認可，并逐漸成為小麥育種界的主流觀點。這也是他為小麥遺傳育種理論創新研究作出的貢獻。
國內外小麥育種界還有一個共識，小麥的高產與優質是一對不可調和的矛盾，即高產不優質，優質不高產。因為在小麥生長中，合成蛋白質與合成淀粉一樣，都會耗費大量的能量，而土壤的地力、肥力是一定的，合成蛋白質多，淀粉就少，反之亦然。而優質小麥因合成蛋白質而導致降低淀粉的合成，從而使產量降低。
鄭天存認為，這是一般的規律。他特別提出，只有打破規律，才能實現創新。于是，他果斷改變自己初期以高產為主要目標的育種策略，把打破“優質與高產不相容”的“魔咒”作為方向，潛心于優質與高產相結合的育種研究。基于對遺傳育種理論的創新思想，鄭天存確立了新的育種理念與方向，他的育種目標在后來的育種實踐中也得以實現。近幾年黃淮麥區推廣的“存麥5號“”存麥21號”等小麥新品種，均是高產與優質兼備的品種，成為優質小麥產業中的佼佼者。
在鄭天存40年的小麥育種中，曾多次打破過國內外一些固有的學術觀點。他說，對小麥育種中的任何難題，他都要試一試，不試一試怎么知道行不行。正是因為敢于質疑這樣的權威論斷，敢于“冒犯”固有的傳統理論，向“實踐”要結論，靠“試驗”出結果，把“理論”放到“實踐”中去“考量”，最終獲得新的認知，實現了新的突破。
鄭天存還為我國小麥育種貢獻了一個優異的新種質——“周8425B”。該種質在矮桿、大穗、大粒、抗病抗逆性均呈顯性遺傳。根據對“周8425B”作骨干親本衍生審定新品種的統計，全國共有12省(區、市)197家育種科研單位，利用“周8425B”作骨干親本育成審定新品種415個(包括國審品種123個)，其中黃淮麥區育成衍生審定品種405個，河南省育成衍生品種192個，其中這個項目的6家主持、合作單位審定小麥新品種51個，形成了“周麥”“鄭麥”“百農”“中麥”“存麥”“豫麥”等多個主推品種，占黃淮麥區(南片)推廣品種的65%以上。
在“周8425B”的后代中，表現優秀者眾多，其中“百農矮抗58”“鄭麥7698”兩個新品種分別獲得國家科技進步一等獎、二等獎;“周麥12”“周麥22”“百農207”和“周麥11”“周麥16”“周麥23”等6個新品種分別獲河南省科技進步一等獎和二等獎。不斷探索，追求更高。鄭天存至今仍然帶領團隊堅守在小麥育種一線，每年都會有新品種“出閣”。
作者：尚偉民
