小麦花药培养育株记

景建康

　　摘要：

　　20世纪70年代初，欧阳俊闻、胡含等一批中国科学院遗传研究所(以下简称遗传所)的科学家，克服种种困难，在小麦花药离体培养方面取得重大突破，在国际上率先培育出小麦花粉单倍体再生植株，不仅有遗传学理论研究意义，也有育种应用价值，对小麦品种改良有重要意义。

　　20世纪70年代初，欧阳俊闻、胡含等一批中国科学院遗传研究所(以下简称遗传所)的科学家在小麦花药离体培养方面取得重大突破，在国际上率先培育出小麦花粉单倍体再生植株，并于1973年在刚刚复刊的《中国科学》季刊第一期上发表了题为"小麦花粉植株的诱导及其后代的观察"的科研论文。这是在那个年代由中国科学家自主完成的少有的原创性的重大科研成果之一。该论文一经发表就引起了国内外学术界的广泛关注和高度评价。

　　当时的Scientia Sinica刚刚复刊，国门也初开，在国外还谈不上有发行量。但该论文发表的消息在国外不胫而走，前来索取论文抽印本的明信片如雪片似的纷至沓来。包括植物组织培养的祖师爷之一，法国的R.J.Gautheret也寄来了索取函。《中国科学》编辑部早料到该论文会受到特别关注，主动破例加印了340份英文抽印本，但依然很快被索取殆尽。

　　人们不禁会问，当时是如何取得这项成果，为什么能在国际上引起细胞生物学界科学家的高度关注?其意义何在?现在的发展应用状态如何?特做此文。

连队一次不寻常的生产计划勤务会议

　　20世纪60年代我国经历了三年自然灾害，造成全国性的粮食短缺，生活物品匮乏。遗传所的广大科技人员克服困难，排除干扰，在良种培育、粮食生产上都做出了很大贡献。例如，杂交高粱的普及推广，一定程度上缓解了有饭吃的问题。国庆二十周年，当展示遗传所取得成果的彩车通过天安门检阅时就让全所的人兴奋不已。那时遗传所引以为傲的三大成果是"高粱，土豆，打猪草(打猪草为一类糖化饲料)".

　　1970年3月17日，遗传所召开了全所科研生产会议，强调科技推广工作不能放松，商讨基础理论如何突破等问题。当时有关宣传队进驻遗传所，将五个科研专业队改为连队编制，实行准军事化管理。所属的第三连队为落实所1970年的科研生产计划，于4月23日召开了连队勤务会议，商议开展哪些项目的科研业务工作。

　　会上李良才与欧阳俊闻提出，可以尝试开一种"花药培养"的新育种方法，这引起了大家的极大兴趣。年前李良才出访日本时从一篇由日本科学家新关宏夫撰写的综述文章中看到了有关从曼陀罗、烟草、水稻等高等物经花药培养成功再生植株的报道而获得启发，找欧阳俊闻共同商议，觉得这一技术很有前途，能加速培育新品种，虽然缺少详细技术资料，但认为国外能做到我们也一定能做成功。随后李良才介绍了所了解的国际上花药组织培养发展动态，谈到这一工作的意义：在育种上可以缩短获得纯系的时间；在理论研究上，有助于在高等植物上进行同微生物上一样的遗传操作和分析。欧阳俊闻曾经有从事植物组织培养研究的经历，为此着重介绍了组织培养的操作程序和所需要的基础实验条件。认为花粉培养也不是高不可攀，只要大家齐心协力，攻克花药培养难关也不是没有可能性。

　　会上，部分人员质疑花药培养的可行性，认为这是天方夜谭，没有详细技术资料参考佐证，遗传所的组织培养的基础薄弱，培养条件几乎没有。特别是连队有关负责人就表示质疑：极力主张连队开展化学诱变或辐射育种研究，因为取得成果的把握概率更高些。庄家骏先生则表态联系实际工作本组问题不大，化学诱变已经在小麦方面开展了，提议争取在小麦夏播时，立即开展小麦花药培养的预备实验。胡含发言表示同意，支持开展花药培养研究，建议将化学诱变与组织培养工作可以结合起来，材料要分期播种，可以随时进行实验，保证能在"十一"献礼。颜秋生也表示应集中精力搞小麦，水稻花药组织培养工作，如果到年底花药培养工作无结果，再抓水稻诱变工作亦不晚。胡含在会上再次强调应该开展具有国际水平的研究项目，表示我们应该在水稻、小麦等主要农作物上开展花药培养技术研究，争取获得突破，在国际上展示祖国科学事业的发展和进步。他还对花药培养的原理进行了一番分析，阐述了选题对科学研究的重要性。由于视野独到、目标都是向国际水平的高度看齐，具有远见卓识的眼光，一些与会者至今都对胡含的讲话有深刻印象。经过大家认真讨论协商，大多数同志都表态赞同开展花药培养育种的新方案。在这种情形下，起初持不同意见的同志也同意了，表示"在花粉培养的同时，可以同时进行种子化学诱变处理。"意见统一了，颜秋生表示由他来负责撰写科研生产计划报告书，并向所革委会(当时的所领导机构)提交开展新育种方法的申请报告。即使这样，还有同志当晚从中关村大老远赶往北郊，试图阻止颜秋生提交花药培养育种方案，再次要求更改为化学诱变和辐射诱变育种方案。幸好被颜秋生直接回拒了，答复说，"既然大家都在会议上通过了该方案，就让先试试做上一年，诱变育种也可以做，相互之间并不产生矛盾。连队人员多，可以让一些人开展诱变育种试验。"假使花药培养育种方案没有实施，就没有后来的一切。欧阳俊闻说起此事还很感谢颜秋生能顶住压力不妥协，使花药培养育种技术在祖国开花结果。虽然有同志曾激烈反对开展花药培养研究，但花药培养工作正式展开后，他们还是全身心投人了试验工作，并在该领域取得很多成果。

　　由于这一次连勤务会议契机，遗传研究所开展了探索花药培养与单倍体育种新方法的研究，从而在小麦花药离体培养研究领域取得了举世瞩目的成就。

世界上第一个小麦花粉单倍体植株诞生

　　时间要追溯到20世纪60年代，花药培养首先在曼陀罗上取得了突破。1964年，印度的科学家通过花药培养获得了毛叶曼陀罗的单倍性胚状体和小植株，并证明小植株来源于花粉。此项研究成果的论文并没有引起中国科学家的关注，甚至没有人读过这篇论文。也许与当时我国政治形势和所处的国际环境有关。连里打出的旗号是要建立一个育种新方法，加速育种进程，这符合当时中科院制定的科研大方向，计划顺利得到遗传所革委会的批准与支持。

　　1970年开始了花药培养实验，全连的二十多人一齐上阵，参加了花药培养的前期筹备工作。花药培养一开始就以小麦，水稻这两个重要农作物为实验材料，主要从那些为育种而配置的杂交组合F1代取材，因为当时科研工作必须和育种实际紧密结合，而恰巧这也正是三连的优势所在。当年5月就以大田小麦为材料开始做花药培养，采用了大兵团作战方式，接种量很大。但当时小麦花药培养在国际上还是难题，初次尝试虽没成功，还是积累了一些经验。

　　其中最辛苦的工作当数接种花药，这不是人人都能做的，身体不好，眼神不佳，手指不灵活的都无法胜任。组织培养，花药培养需要在无菌条件下操作，那时还没有空调和空气过滤设施，而接种间是在一个密闭空间，不能通风透气，设立的隔离间，缓冲间也是密不通风。接种前用福尔马林熏蒸消毒，再喷洒70%的乙醇，紫外线灯始终照射灭菌，仅在接种操作时临时关闭。在那种条件下工作，气味能使人窒息，而且进人接种间要换已灭菌的白大褂，戴口罩和帽子，加上操作台上为消毒接种工具而燃烧的酒精灯，室内氧气严重不足，工作一阵子就头晕眼花，必须出来深呼吸，透透气以缓解疲劳与压抑情绪。这种接种工作，只有经过亲身体验，才知道从小麦幼穗中挑拣出小小花药实在不易，离远了看不清，近了就可能导致污染。

　　经过大家共同努力，当年(1970年)水稻花药培养就获得了再生植株，1971年又在国际上率先培育出了小麦花粉植株。相关研究结果于1972年1月在《遗传学通讯》第一期上发表，题目为"从水稻，小麦花粉培养导植株研究初报"。这篇文章严格地说只能算是一份研究简报，但依然引起了国内许多科研人员的关注。

　　小麦花药离体培养成功获得再生植株消息传出后，中央新闻电影制片厂闻讯来遗传所跟踪拍摄了301组科研人员进行小麦花药诱导培养并获得再生植株的全过程，剪辑编排成"花粉育珠"的短纪录片。当年国庆节前在全国播映了"伟大祖国欣欣向荣"的6集系列纪录片，其中第三集反映科技战线成就中就特别加入了"花粉育株"短片，扩大了这项成果在国内的知名度和影响力，全国各地纷纷来人学习取经，很快花药培养技术就在全国推广普及了。

　　1973年《中国科学》正式复刊，在复刊后的第一期英文版上发表了以欧阳俊闻、胡含、庄家骏、曾君祉署名的"小麦花粉植株的诱导及其后代的观察"论文。发表时间虽晚了点，但内容却更系统、更有深度。这篇论文不仅仅报道获得小麦单倍体植株，内容还包括多种培养基试验，不同花粉发育时期的影响以及培养初期花粉发育的细胞学变化等；此外，还有对愈伤组织质量的组织学描述；更直得注意的是还观察到了来源于杂种F，花粉植株后代不分离的现象。因为工作非常系统，实验数据翔实，同时介绍了详细的培养条件，实验方法、步骤和结论，起点水平很高，自然引起了国内外学术界的高度关注。

小麦花药培养研究取得的成就与延续至今的应用

　　小麦花药植株培养成功后，经过几年选育，培育出第一个优良花粉小麦新品种'花培一号'，在昆明郊区获得大面积推广种植。为此在国内举办了多期花药培养技术培训班，在全国掀起花药培养热潮，几年后全国就有20多种植物花粉培养获得成功。后来所里还应邀举办了国际植物组织培养培训班和学术讨论会，极大地提高了中国在国际科技界的声望和地位。这项成果使301组在1978年3月举办的"全国科学大会"上获得表彰，评为先进集体。

　　为了改善科研基础条件，进一步提高花药培养技术和加强遗传学机理研究，小麦花药培养课题组扩增了人员，并拆分为2个科研小组，相互独立又相互关联。由庄家骏、欧阳俊闻领导的小组主要开展花药(粉)培养技术的研究，通过对诱导、分化培养基的激素、碳源、无机与有机元素的配比组合调整，以及温度前处理等培养条件的优化，研发出适合小麦花药、花粉培养的新型土豆培养基，极大地提高了诱导再生频率。小麦花药培养取得的一系列成绩，在2001年获得了中科院自然科学一等奖。胡含领导的小组侧重细胞遗传学机理的研究探索，通过对小麦花粉愈伤组织的染色体变异、花粉植株体细胞、花粉母细胞的变异现象持续观察研究，揭示了小麦花粉植株的变异普遍性及其规律与机制；发现和论证了在花粉植株水平上配子类型充分表达的遗传规律，提出了小麦花药培养遗传机理和单倍体育种体系，不仅有遗传学理论研究意义，也有育种应用价值，对小麦品种改良有重要意义。这项研究获得了1997年国家颁发的自然科学奖二等奖。

　　随着时代发展，生命科技的突飞猛进，组织培养、花药培养热潮早已消退。但时至今日，小麦花药培养、单倍体育种技术作为常规实用的方法依然被国内外许多科研院所采用，继续开展相关研究。从国内外学术刊物上时常能读到相关的科研论文，国内也始终未终止花药培养的研究。例如，石家庄市农科院在2000年后才组建了花药培养实验室，至今依然大规模利用花药培养技术开展小麦花粉植株培育工作，选育出许多新品系和优良新品种，取得了很多成果和效益。

　　注：景建康，67岁，中科院遗传与发育生物学研究所研究员。

　　本文源自：《定格在记忆中的光辉70年：献给中国科学院70周年华诞》，科学出版社，2019年