“今年的小麦真是太旱了,你看旱得连病菌都长不起来!

2025年5月下旬,记者第一次见到陈万权时,已过花甲之年的他顶着35度的高温,正在河南新乡的试验田里一株一株查看小麦发病情况,豆大汗珠紧贴着头皮从帽檐缝隙往外渗,后背已湿了一片。

“在小麦众多病害中,如果条锈病称第二,没哪种病害能排第一。这么说吧,如果不防治条锈病,每两碗面条就有一碗会被它夺走,严重时颗粒无收!”

陈万权是全国麦类作物病害研究与防控协作组组长,一说起与全国植病同仁一起战斗了40多年的小麦条锈病,皱紧的双眉就再也没松开。


流行病菌,恰似候鸟,春去秋来,辗转危害

1950年春夏之交,才刚半岁的新中国遭遇了一场空前的大灾难,小麦条锈病史无前例的大爆发,西北告急、华北告急,黄河流域麦区、长江流域麦区,无一幸免,因条锈病导致小麦损失60亿公斤。当年全国小麦的总产量才145亿公斤,损失的粮食相当于1700万人一年的口粮。

1964年,小麦条锈病又一次大流行,损失了32亿公斤粮食,好不容易刚从三年自然灾害”缓过劲来的人们再度面临饿肚子的风险,急得周恩来总理亲自批示:“对小麦锈病的防治,要长期坚持调查研究,不断改进提高,力求减少损失。”

一场针对小麦条锈病的粮食保卫战,就此拉开序幕,沈其益、陈善铭、汪可宁、曾士迈、李振岐等老一辈科学家带着各自的团队前赴后继投入到了这场“锈病歼灭战”战中。

这场战争并不好打。小麦条锈病是一种流行性病害,麦子收完后病没了,新苗一出土,病又来了。各麦区只能疲于应付,苦不堪言。

科学家们研究发现,小麦条锈病的病原菌孢子极其细小,只比PM2.5略微大一点儿,肉眼根本看不见,它能跟随气流直上3000到5000米的高空,穿越山川河流,飘落各地感染小麦。

擒贼得先擒王,如果能找到这些病原菌最先发生的“老巢”,或许能有一丝胜算。

1983年,刚大学毕业分配到中国农业科学院植物保护研究所的陈万权,被派往四川阿坝州和甘肃陇南地区蹲点,直奔条锈病的发源地开展实地调研。

(陈万权在麦地察看小麦染病情况)

彼时,前辈们已经查明,我国东部小麦条锈病的发病菌源每年都是从西部吹过来的。从地理位置和生态条件来看,甘肃南部、青海东部、宁夏南部、陕西西部、四川西北部的大片区域,理论上可形成一个条锈菌藏身越夏的“越夏易变区”,这就是所谓的小麦条锈病 “老巢”,但菌源藏在什么地方?哪些地点最为关键?病菌在此如何生存?这些问题并不十分明确,只能靠人到现场进行实地勘察,一点一点查清楚。

阿坝州海拔两三千米高,山高路险,经常发生泥石流和山体滑坡。有次,陈万权从汶川县赶往松潘县,突遇到山体滑坡,碎石滚滚而来,与陈万权搭乘的公共汽车擦边而过,人虽幸免遇难,但道路被堵死。

为了完成当天的定期观测任务,陈万权冒着再次发生滑坡的危险,翻过山石,背着行囊一路边走边下麦田调查和采样,走了十几个小时终于摸黑走到县城。

小麦条锈病的观测点分布在不同海拔高度地区,很多地方偏远,有时天晚了,陈万权就在附近村寨的藏民家里打地铺,随便糊弄过夜,久而久之,身上经常生疮。有一年病疮发作,他忍着疼痛坚持到冬天调查完,背着沉甸甸的数据和样本回北京,火车上痛得没法坐,只好躺在硬座椅下,熬了一天两夜赶回北京海淀医院做了手术,至今身上还留下许多大大小小的疤痕。

历经20多年,靠着坚韧与执着,陈万权带领团队与康振生、马占鸿等全国麦类作物病害研究与防控协作组成员一起,查明了小麦条锈病菌源基地的具体范围与关键作用,终于把小麦条锈病菌的“老巢”摸清楚了。

这一下,防治小麦条锈病的战斗形势得到了扭转,由原来的被动挨打“应急防治”转向了主动出击的“源头治理”。

根据甘肃陇南等菌源基地的地理生态环境以及病害发生发展规律,陈万权他们研究提出了“两种(zhǒng)(抗病良种、药剂拌种)两种(zhòng)(退麦改种、适期晚种)”等综合治理技术措施,通过“控制西部菌源区、保护东部广大麦区,控制局部发病点、保护大面积小麦不受灾”的“控西保东,控点保面”策略,对全国小麦条锈病防治起到了很好的效果,实现了“有病无灾”和病害持久控制。

(“中国小麦条锈病菌源基地综合治理技术体系的构建与应用”获得“国家科学技术进步奖一等奖”颁奖现场照片)


2012年,“中国小麦条锈病菌源基地综合治理技术体系的构建与应用”获得了“国家科学技术进步奖一等奖”,这是新中国成立以来,我国植保界仅有的三个国家级一等奖之一。

然而,小麦条锈病并没有那么轻易被打败。


病菌变异,借巢生娃,抗病失效,另谋良策

2017年,小麦条锈病再一次大爆发,全国发病面积543.52万公顷,实际造成小麦减产4.28亿公斤。这次爆发让很多人发现,有些原本抗条锈病的小麦品种都不抗病了,一些高效药剂的防病效果也不如从前了。

为何曾经的抗病品种不再抗病了?研究发现主要原因是小麦条锈菌出现了新小种,意味着病菌发生了变异。

条锈菌为何会变异?又是通过什么途径发生变异?这些疑问不解决,犹如两军对垒中的“军备竞赛”,不管科研人员花多大代价研发的抗病品种和新药剂,条锈菌都会让它很快失效。

康振生是西北农林科技大学教授也是中国工程院院士,从1982年开始跟随老师李振岐投身于小麦条锈病的研究与防治,他和团队一直想解开条锈菌致病性的变异之谜。

振生院士察看小麦染病情况)

2010年,有位美国学者发现在一种名叫“小檗”的植物上,小麦条锈菌可以寄生。这引起了康振生极大的关注,因为教科书上记载条锈菌只寄生在活的小麦或禾本科杂草上,小檗并不属于禾本科,为何会感染条锈病?

康振生怀疑这很可能跟条锈菌的变异有关。

小麦条锈病是一种国际性病害,既然国外小檗上有,很可能国内小檗上也有条锈菌。康振生走进大山,如海里捞针般寻觅染病的小檗植株,当时“甚至不确定海里有没有针”。

有一次,康振生在西北采集染病小檗标本,因为满脸尘土且携带有铁锹、GPS等物品,被高速收费站人员误认为盗墓贼和文物贩子,幸亏他及时出示证件,才澄清误会。

小麦条锈菌是一种真菌,理论上存在无性生殖和有性生殖阶段。但长期以来,小麦条锈菌的有性生殖阶段都没有被发现。

功夫不负有心人,通过数千份样本采集、上万次实验研究,2017年8月,康振生团队在世界上率先获得了在自然条件下,小麦条锈菌侵染野生感病小檗完成有性生殖阶段的直接证据,揭示了有性生殖是我国小麦条锈菌致病性变异的主要途径之一。

小麦条锈菌转主寄主—小檗的发现,在小麦条锈病的研究和防治中具有里程碑意义,改写了原有教科书的内容

野生小檗广泛分布于西北山区,夏季麦子收割后,小麦条锈菌就跑到小檗上“生儿育女”,等到秋冬,新麦苗出来,小麦条锈菌的儿女们又从小檗上跑去祸害小麦,这从源头上揭开了中国西北越夏易变区形成之谜。而小麦条锈菌在有性生殖阶段会不断发生变异,这也是导致原有抗病的品种和高效药剂失效的根本原因。

根据这一研究成果,康振生他们推出了“遮(遮盖收割后的麦垛)、铲(铲除麦田附近小檗)、喷(喷施杀菌剂)三板斧防控技术,以阻止条锈菌有性生殖,在陕西当地测试,对小麦条锈病的防效高达95%,这让很多人都看到了希望。

但小麦条锈菌很不服气,又进化出了新招术。


暗度陈仓,菌源迁移,釜底抽薪,基因出击

2020年春夏,小麦条锈病又一次大流行,全国发病面积439.52万公顷,实际造成小麦减产2.49亿公斤。

此外,中国农业科学院植物保护研究所、西北农林科技大学和青海大学等科研团队,通过系统研究,发现我国小麦条锈菌主要流行小种在平均温度26-27℃下均能生长,大大超出了之前23℃的认知。

小麦条锈病适宜在凉爽气候下生存,以往研究认为,小麦条锈菌只能在夏季最热一旬(7月下旬或8月上旬)旬均温度22度及以下的地方才能越夏,到秋冬季再去侵染秋播麦苗。

但随着全球气候变暖,我国气温上升,小麦条锈菌通过生态环境适应性进化发生变异,产生耐高温的菌株,原来不能越夏的地方也可以越夏了,菌源的地盘越大,菌源数量增加,秋季小麦苗期条锈病爆发的风险也会更高。

2020年9月,中国将小麦条锈病列为一类农作物病害防治对象,进行统防统治。新一轮的战役,又吹响了号角。

(得条锈病的小麦)

但传统的技术武器几乎已经悉数上阵,人类与小麦条锈病的这场战役到底该怎么打了呢?

王晓杰是西北农林科技大学的博士生导师,也是康振生的学生,一直在研究小麦与条锈菌互作的分子机理。2007年,他在做条锈菌侵染小麦后的基因表达实验期间,找到了一个在小麦中从未见过的基因。

经过反复试验,他发现,这个基因可能决定着小麦能不能感染条锈病。但碍于当年的技术水平和硬件设施的限制,王晓杰始终没揭开这段基因的神秘面纱。

2018年,王晓杰作为博导,招收了第一位博士生王宁,第一时间把那个让他一直惦念的基因“拿”出来,作为礼物送给王宁,期待她能揭开“潘多拉魔盒的秘密”。

2022年,在导师团队的指导下王宁终于在全球率先挖出了小麦中的“间谍”,被条锈菌利用的小麦感病基因TaPsIPK1——编码胞质类受体蛋白激酶。

研究发现,当条锈菌飘落在小麦叶片上时,会释放毒性蛋白,这个感病基因接收到毒性蛋白传来的信号,就会打开门让病菌进入。而只要通过基因编辑技术,把小麦的这个“间谍”基因去除掉,条锈菌就无法感染了。研究结果发表在国际顶尖期刊《细胞》杂志上。

而就在这周,又一个好消息传来。

2025年6月9日,四川农业大学刘登才教授团队联合中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇研究员团队和其他5家单位,在《自然-遗传学》发文,揭示了小麦NLR pair协同调控条锈病抗性新范式,拓展了小麦NLR抗病蛋白抵御病原菌的科学认知。

这些基于基因层面上的研究成果,开辟了抗病小麦育种新途径,为实现小麦条锈病经济、高效、绿色防控提供了新方法。

1950年因条锈病流行损失60亿公斤粮食降到2020年损失2.49亿公斤,这背后是75年的时间里,一代又一代的农业科研人员默默辛苦的付出,就像陈万权所说:做农业科研工作,没有惊天动地的故事,只有一年又一年的坚持;没有高楼大厦的奢华,只有田间地头的守望;没有激情澎湃的刺激,只有孜孜不倦的试验。”

今年夏收即将结束,小麦丰收已成定局,但粮食保卫战远没有落幕。作为自然界中的一员,条锈菌是不可能被完全消灭的,这意味着小麦条锈病也将永远存在。在这场动态博弈的战争中,人类只能不断提高技能,以达到“魔高一尺,道高一丈”的“有病无灾”状态。

记者告别的时候,陈万权带着弟子们依然在麦田里忙碌,而全国麦类作物病害研究与防控协作组40多家成员单位数百名科研人员正散落在全国各地研究应对着小麦各种各样的病害。

回程返京,路边起伏的麦浪让人忍不住心生喜悦,突然理解了陈万权最后说的那句话:当你真正热爱这项工作时,它就好比你的生命,也就什么也不在意了。”


记者 | 曾丽清

编辑 | 赵宁宁

栏目主理人 | 曾丽清

监审 | 杨 巍
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