他用针尖大小的花粉粒,“种”出了世界上第一株单倍体麦苗

科技工作者之家 2022-12-08

2010年秋天的一个下午,研究员王道文和张相岐到一位已经离休的老人家拜访。一进门,一张不大的沙发上摆满了各种生物学杂志和遗传学论文。说起当时的专业前沿知识,从概念到研究内容、手段,到研究专业在医学及其它生物学领域的进展和成就,这位老人娓娓道来,如数家珍,一个人足足谈了一个多小时。

这让两位研究员非常吃惊和佩服,已是离休的胡先生对学科的了解和理解居然比我们还深入!

这位老人就是胡含,我国著名植物体细胞遗传学家,中国科学院遗传研究所原所长,被誉为又红又专的科学家。他先后获全国科学大会重大成果奖、国家自然科学奖等多个奖项,2001年获“何梁何利”科技进步奖。

胡含

勤奋的“蚂蚁”精神,

练就了他扎实的科研基本功

胡含,祖籍湖南湘潭,1924年4月3日出生于北京。胡家属于典型的经学之家,在尚学的家风影响下胡含从小就得到了良好的教育。

青少年时期与父母家人合影(从左至右分别为:胡含二姐、胡含、胡含大姐、胡含母亲(坐着)、胡含父亲、胡含舅父)

上世纪30年代,旧中国动荡不安,胡含的哥哥和姐姐分别参加了“一二·九”抗日救国学生运动和“南京学生救国联合会”。胡含也因此受到新思潮的启蒙,逐渐产生了投身革命的愿望。中学期间,他不仅学习成绩优异,更接受了党的思想教育和考验走上了革命道路,并于1941年光荣地加入了中国共产党。

新中国成立后,胡含任北京农业大学(中国农业大学前身)农艺系讲师,讲授“新遗传学与进化论”等课程,并担任了北农大党总支的宣传委员。其间他自编教材,在举办的全国农耕学习班讲学。

1951年,高级进化论研究班结业(第二排右2为胡含)

为了更系统地学习遗传学,胡含报名参加了俄专留苏预备部学习,并于1955年被派往苏联留学。留学期间,为了实现研究米丘林遗传学及选种学的初衷,他两次转学,最后到列宁格勒大学遗传选种教研室攻读植物细胞遗传学专业,开展植物胚胎发育与细胞遗传学研究。

在列宁格勒大学留学期间,胡含十分刻苦,从早到晚都在实验田或教研室里。特别是去雄、授粉期间,他经常天不亮就到麦地里去剪麦穗和去雄蕊,天亮后为柱头授粉。为了要在授粉后的几分钟内准确观察固定麦穗的花粉接触雌蕊后萌发、花粉管伸长、精子与卵子结合形成受精卵的发育过程,要求授粉时间和固定时间都要准确记录,接着还要做石蜡切片和镜检,工作量很大,操作的要求也很严格。因此,工作十分辛苦。教研室的苏联同学看见胡含这样没日没夜的勤奋工作,像“蚂蚁”似的,便给他起了个“蚂蚁”的外号。

1955年,在苏联留学时与同学合影(左2为胡含)

由于认真细致的工作,他圆满的完成了小麦与黑麦(6X)和偃麦草(8X)杂交授粉后精细胞(核)授粉至受精过程中雌雄核融合前雄核的变化,雌雄核融合过程,幼胚与胚乳核发育三部分的研究工作,并在前苏联的《细胞学》期刊上发表了研究论文《小麦、黑麦及其杂种受精过程中细胞胚胎学及细胞化学研究》。

这段留学经历,让他掌握了植物细胞遗传学的研究方法,锻炼了科研动手能力,为后来从事遗传学研究打下了坚实基础。

打破学派偏见,

开创小麦单倍体研究新方向

1960年春,胡含回国后被分配到刚刚组建的中国科学院遗传研究所细胞研究室开展麦类细胞遗传学的研究工作。

1964年10月,遗传所全体成员合影(第三排右17为胡含)

20世纪60年代,印度的摩尔根遗传学家通过体外培养,在世界上首次获得了高等植物——曼陀罗的花粉再生植株。胡含之前学习的是与摩尔根遗传学相对立的米丘林遗传学,但他摈弃学派偏见,以敏锐的科学洞察力意识到植物单倍体在遗传学研究和农作物改良中的巨大潜力,积极支持和参与花粉育种新技术研究。

60年代后期,他带领研究小组不失时机地开展了高等植物单倍体培养研究。他们通过培养基的系统筛选和培养条件的优化以及基因型的选择,建立了完整的小麦花粉培养体系,并于1971年用小如针尖的花粉在实验室培育出世界上第一株小麦花粉单倍体再生植株,此后进一步完成了染色体加倍,获得了自交结实的小麦花粉株系。就此开辟了小麦单倍体育种和植物遗传学研究的新领域,这一原创性科研成果在国际上产生了重大影响。

1970年,与本室科研人员对花培后代进行室内鉴定(左1为胡含)

在小麦花粉单倍体再生植株育成的基础上,研究小组进行了系统的细胞遗传学观察,发现了小麦花粉植株变异的普遍性规律,并阐明了变异的细胞遗传学机制;提出并论证了配子类型在花粉植株中充分表达的理论,在小麦单倍体遗传学理论领域作出了重要贡献。

小麦花粉单倍体再生植株育成,也是小麦育种技术的一个重大的突破。传统的杂交育种,从杂交到选育出稳定的优良后代,一般要6、7年;而单倍体育种只要2-3年时间就能稳定,育种时间大为缩短。

项目组还根据上述理论成果,建立了两套高效的花粉小麦染色体工程新体系,从而大大提高了异源染色体导入普通小麦的速度和效率。并先后创制了一批具有抗病、矮秆、早熟、大穗、大粒等特点的小麦育种新材料,培育出花培一号小麦新品种。这些成果先后获得全国科学大会奖等多个奖项。

此外,他们还率先在实验室开展了基因组原位杂交技术和分子标记技术的应用;1995年建立了一套有效的小孢子机械游离和培养系统,使绿苗再生频率大幅度提高,达到了当时的国际先进水平。

胡含和他的研究小组的研究成果对我国植物单倍体遗传学研究和遗传育种的发展起到了重要的推动作用,对于确立和保持我国长期在该研究领域的国际领先地位功不可没。胡含也被国际同行誉为世界上对植物单倍体遗传学贡献最大的5位科学家之一。

2001年,胡含获何梁何利基金科学与技术进步奖

活到老,干到老,

科学路上不停步

1995年10月胡含正式离休,但他对实验室发展的关心程度仍不减当年。对于实验室取得的每一点成绩都由衷地高兴,对于实验室存在的问题也都毫无保留地提出来,并给与具体的建议。

当时,植物细胞与染色体工程国家重点实验室的体量非常小,只有五六个研究单元,二十几位固定编制人员和二十几名研究生。胡含不止一次谈到,一定要把队伍建设放到实验室建设的重要位置,尤其要引进高端人才,并且在整体上扩充研究队伍,提升研究水平和承担国家重大研究任务的能力。

在他的坚持与支持下,实验室开始了高端人才引进。这些引进的优秀人才中,有的回国不久,就担起了重点实验室主任的重担,也有多位获得了国家杰出青年基金项目的资助。随着高端人才的不断引进,实验室的研究方向也逐步扩充,由原来比较单一的小麦细胞遗传学逐步发展到从分子生物学到与之相关的各个领域,研究对象也由单一小麦扩充到水稻、番茄、大豆、玉米等作物。

但实验室大发展后的特色领域仍然是小麦遗传学,胡含的看法是“特色必须坚持,要持之以恒”。几次谈到这个问题时,他都要强调并鼓励实验室的年轻一代科研人员选准研究方向,持之以恒,坚持数年,必有好处。

胡含指导他的研究生(左前为胡含)

除了时刻关心着从事了大半生的科研事业,胡含还积极参与针对青少年的遗传学科普教育和宣传。1999年,他与人合著了一本面向青少年的遗传学科普读物“种瓜得瓜的秘密——著名科学家谈遗传学”。书中虽然有许多较为复杂的遗传学概念,但胡含通过生动而准确的描述和鲜活的例证,深入浅出地全面系统介绍了整个遗传学科的基本概况。

“胡先生无论是政治立场,做人,做事都是我们学习的榜样。我们这一代人应该是以胡先生为楷模,把他的政治立场,学风,作风,传递下去。”严谨的科学态度,敢于探索,大胆创新的精神,活到老,干到老的毅力,胡含为祖国的科研事业作出了卓越贡献,堪称科研人之楷模。

文:陈冠文,新疆农垦科学院

参考资料:

[1]花粉育株育新苗——胡含传.老科学家学术成长资料采集工程内部资料

[2]景建康 黄玉萍 张相岐.探索细胞遗传机理的红色科学家[N].中国科学报.2016-8-17

[3]中国科学家博物馆(公众版)