扎根棉田15年，他們為新疆帶來“霸王花”

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走進中國科學院微生物研究所（以下簡稱微生物所）研究員郭惠珊的辦公室，一眼就能看到那些“特色”裝飾：地面上的盆栽棉花、茶幾上的棉花花束，就連窗簾上也有一幅枝葉伸展、桃鈴綻放的棉花圖。

郭惠珊和團隊研究的正是“棉花”。過去15年，他們扎根新疆棉田，打破棉花生產中的一系列“瓶頸”，為助力植棉業現代化發展，推動民族地區以棉增收提供了強有力的科技支撐。

2023年底，因為工作突出，郭惠珊被授予“第九屆首都民族團結進步先進個人”稱號。

棉田里的郭惠珊。受訪者供圖

另辟蹊徑，攻克“棉花癌癥”

“4月苗，5月蕾，6月花，7月鈴，8月陸續吐絮，10月收獲。”談起棉花的生長，郭惠珊如數家珍。

郭惠珊與棉田的緣分是從2008年開始的。那年秋天，應學生高峰的邀請，她到新疆石河子大學作報告，在隨后的考察中第一次走進棉田。

新疆是我國最重要的棉花產區，占全國產量90%以上。這次考察中，受棉花黃萎病影響，一片片棉田里干枯的葉片和棉農愁云不展的面容給予郭惠珊極大的心理沖擊。

“我們家的棉花地，黃萎病大爆發，光買藥就要幾萬元，成本大了，還沒有收入，愁得我們都吃不下、睡不著。”一位裹著頭巾的女棉農從田里拔出一棵棉花對郭惠珊說。

棉農的話刺痛了郭惠珊的心。她深入了解后發現，我國每年棉花黃萎病發生面積超過千萬畝，造成的直接和間接經濟損失累計超百億元。但40多年來，大量科研人員的抗病育種工作證實，由于棉花沒有主效抗病基因，通過單獨轉入一個基因提高植株抗性抵抗真菌的傳統育種和分子育種方法走不通。威脅大、難攻克，也讓棉花黃萎病有了“棉花癌癥”之稱。

“通過主效基因抗病的門被關上了，還有其他的路能走得通嗎？”郭惠珊想試一試。

涉足棉花黃萎病研究之前，郭惠珊的研究是利用RNA干擾（RNAi）技術抗植物病毒。能否通過這種方式抑制黃萎病的致病性呢？

棉花黃萎病的病原大麗輪枝菌是一種典型的土傳病原真菌。此前，郭惠珊一直聚焦非細胞結構的植物病毒研究，對真菌這種真核生物引起的病害了解不多，半路換道意味著很多地方需要“從零開始”。

郭惠珊毅然帶領團隊扎根棉田，和黃萎病“磕”上了。

他們冒著烈日、頂著高溫，在新疆干旱的田里年復一年地尋找抗病線索。終于，八年后，一個新的發現讓他們看到了希望：棉花能夠將自身的小RNA傳遞到真菌細胞內抑制真菌基因表達。

這個發現表明自然界存在天然的植物-真菌跨界RNAi途徑，也讓研究團隊決定給棉花轉入抗病RNA，抵御黃萎病。“這就像給棉花裝備上‘小剪刀’。”郭惠珊向《中國科學報》記者解釋，抗病RNA可以讓棉株在大麗輪枝菌入侵時將其核糖核酸剪斷，降低其致病性。

這一獨辟蹊徑的方法使棉花的黃萎病抗性提高了22.3%，盡管此前RNAi技術曾被用于植物-病毒、植物-昆蟲等研究，但自然界中天然的植物-真菌跨界“打靶”抗病在國際上尚是首次。相關研究在2016年發表后，受到國際矚目，成為抗棉花黃萎病研究的一個重要里程碑。

苦干獲得了成功，郭惠珊和團隊的拼勁更足了。為了讓“小剪刀”更加便捷，郭惠珊提出用有益微生物產生并輸出小RNA剪切病原真菌基因的想法。

“我們到新疆大田里挖出一份份土樣帶回北京，經過一次次分析從中找到一種能產生小RNA的有益真菌，將其用于開發抗黃萎病的工程菌，實現了‘真菌-真菌’種間抗病。”研究團隊成員、微生物所項目研究員趙建華說，這種方式擺脫了作物缺少遺傳轉化體系或轉化周期長的束縛，或將帶來全新的作物病害防控模式。

目前，團隊培育的抗病棉抗病能力達到56.4%。由于抗病性增強，棉花的優良性狀也能更好的體現出來，如棉桃更豐滿、棉纖維成熟度更高、產量和質量也更高。

現在，郭惠珊和團隊正在推動基于RNAi技術抗黃萎病棉花的落地。新技術從實驗室走到田間要通過中試、環境釋放、生產性試驗等多道程序。

2017年，郭惠珊團隊在新疆建成了9畝棉花黃萎病病圃，反復試驗收集數據，已經獲得國內首個RNAi棉花轉基因安全評價環境釋放證書，并完成了環境釋放試驗，正在向生產性試驗邁進。

“一定要把這項技術真正地落實到地里去，它關系著每一個棉農的錢袋子。”郭惠珊心里憋著一股勁兒。

棉田“選美”，鹽堿地上開出“霸王花”

黨的十八大以來，鹽堿地綜合改造利用成為我國農業發展的戰略方向之一。我國有約15億畝鹽堿地，其中約5億畝具有開發利用潛力。新疆鹽堿地分布廣，面積約占全國的三分之一。

為了向鹽堿地要產能，這幾年，郭惠珊和團隊還把目光投向一個新的領域——培育耐鹽堿棉花。在中國科學院科技服務網絡計劃（以下簡稱“STS計劃”）的支持下，她帶領團隊跑遍天山南北，篩選高產、有抗病基礎的棉花種質資源，培育新耐鹽堿種質。

“培育好的品種就像‘選美’，千挑萬選才能選出性狀優良的品系。”郭惠珊說。

2018年，郭惠珊和微生物所副研究員高峰帶著選育的種質向地方政府租鹽堿地試種，種子播下去，一開始出了一些苗，但最后幾乎全軍覆沒。

白花花的鹽堿地，不僅鹽分高，高溫干旱也是常態。當地人常說：“鹽堿地里種莊稼，十年九不收”。

第二年，他們種上篩選到的新種質，稀稀拉拉的苗長出來了。

第三年，新種質的苗長得很整齊。

新疆鹽堿地上的棉花。受訪者供圖

一步步的研究與實踐為他們2021年在南疆創建的1500畝大面積示范田“基于鹽堿地的棉花高產體系”打下了基礎。

2023年，郭惠珊和團隊的耐鹽堿棉花示范田從最初的200畝擴展到萬畝，他們培育的骨干親本——中科棉系列種質，實現畝產417公斤、產值超3000元的顯著效益。此外，他們還發現，棉花除了耐鹽堿，還有“拔鹽”的功能，最初種植的地塊鹽分含量也顯著降低，土壤質量顯著改良。

去年秋天，郭惠珊和團隊來到示范田，一望無際的棉田里棉桃爭相綻放，與2008年她初次見到的情況迥然不同。一些棉農笑著說他們為新疆帶來了“霸王花”，還情不自禁地跳起了舞來致謝。

棉農們的認可讓郭惠珊最初面對棉花黃萎病時那股“初生牛犢不怕虎”的沖勁，變成了一份“割舍不下”的情懷。這兩年，她帶領團隊在山東建立了一個100畝的“鹽堿圃”，種了3000多個棉花品系，以期能夠創制更多具有優良綜合性狀的新種質。

示范田的棉花長勢喜人（左三為高峰、左四為郭惠珊、右二維趙建華）。受訪者供圖  

問題牽引，把更多“論文寫在大地上”

以問題為牽引、以需求為導向，這是郭惠珊帶領團隊做科研的最大特色。

棉田里的問題是不間斷的。在新疆一些地區和年份，當蚜蟲大暴發時，密密麻麻的蟲子爬滿棉花葉子背面吸食汁液，讓棉花葉片萎縮變形、蕾鈴脫落，甚至死苗，嚴重影響產量。

“蚜蟲分泌的液體會讓一株株棉花變得黏黏糊糊，人一走進田里身上就會沾上蚜蟲，衣服也變得黏糊糊。”深入棉田的郭惠珊對此很有感觸。

為了防治蚜蟲，郭惠珊帶領團隊利用RNAi技術創制了抗蚜蟲棉花。2019年以來，該團隊與新疆地方政府合作，在麥蓋提縣和策勒縣開展了靶向性防控體系集成與示范，示范田綜合防控次數減少50%，畝防控成本降低45%。

他們還創建了“極端高溫干旱條件下的害蟲靶向性防控”技術規程，并請人翻譯成維吾爾語版的規程，走進村鎮講堂給棉農授課，在喀什、和田兩地區開展技術示范。

十五年來，除了在新疆高溫、干旱的棉田里揮灑汗水，把技術送進農民家中，郭惠珊和團隊里的青年科學家們還從北到南跨越大半個中國到海南開展“南繁”工作。

有沖勁、有耐心、能吃苦，這是團隊里每個人的寫照。正如最近高級工程師張濤在海南開展的納米磁珠棉花轉化實驗，這項工作需要給一株株棉花挨個轉入極細微的納米磁珠，再一株株地系上紅線，待棉花成熟時以此判斷是否需要單獨采摘制種。每天早上五點多天色未亮，張濤就早早到棉田準備材料，午飯后又戴著遮陽帽到田里頂著烈日繼續干。幾天下來，棉田里數千株棉花都系上了“紅頭繩”。

在海南田間工作的張濤。受訪者供圖

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田里系著紅繩的棉花。受訪者供圖

對于張濤和團隊里的科學家來說，棉田里流的汗、費的力都不算“苦”，棉農臉上的微笑，就是他們付出的最好回報。對于研究路上遇到的磕磕絆絆，他們也總是迎難而上，在解決問題的過程中與石河子大學、新疆生產建設兵團等單位建立了良好的合作關系。

因為成果突出，2023年底，郭惠珊獲得第九屆首都民族團結先進個人稱號，她說這項榮譽屬于團隊里的每個人和合作過的每一位伙伴。

下一步，郭惠珊與團隊希望把更多科研成果“寫在祖國的大地上”。