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这份事业,甜甜蜜蜜

  • 转自:中国科学院大学公众号
  • 日期:2023-06-15
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编者按:

早在约6500万年前,新生代第三纪葡萄属的成员就已遍布欧亚大陆北部和格陵兰西部。在中国,汉代的张骞从西域引入葡萄,才有了“葡萄美酒夜光杯”的千古佳句。

如今,葡萄不再是贵族的奢侈品。我国葡萄产量连续多年居世界首位,但葡萄产业的“卡脖子”问题依旧严峻:国外品种占主导,果实品质差、生产成本高、出口数量少,国际竞争力较弱……这些问题成为我国葡萄研究者多年的“心病”。

中国科学院大学(以下简称“国科大”)博士生导师、中国科学院植物研究所(以下简称“中科院植物所”)研究员梁振昌从学生时代开始,就想培育出更优秀的“中国葡萄”。如今,从中科院葡萄地里长出来的葡萄,已走向全国。

2022年7月,北京香山脚下生机盎然。

中科院植物所的研究人员们发现,上班路上,好像变得更为热闹了。自从4月国家植物园正式揭牌,越来越多的人来到“科学院京区最美研究所”。

对于梁振昌来说,最美的莫过于葡萄田了。

尤其是每年的7月底到10月初,恰逢葡萄集中成熟的季节,葡萄田仿佛自带甜蜜的气息。一眼望去,葡萄藤一排排地缠在篱架上,在阳光的照耀下,呈现出深深浅浅的绿和星星点点的紫。微风吹拂,迎面而来的是生机勃勃、带着淡淡的泥土和葡萄浆果的芬芳。

这片葡萄田里,不仅凝聚了梁振昌多年的心血,也见证了梁振昌的成长——从埋头科研的学生到心怀信念的科学家。

 

 葡萄田里的科学家

梁振昌与葡萄的“结缘”,始于国科大。

早在高中时期,他听说21世纪是生命科学的世纪,于是在大学期间修习生命科学专业。2004年,他进入国科大读研究生。在选择导师时,意外地联系上了果树生物技术专业的国科大博士生导师、中科院植物所研究员李绍华。受研究组整体方向影响,梁振昌开始接触葡萄和果树。

尽管葡萄往往使人联想到甜蜜与浪漫,但梁振昌选择葡萄,却相当“现实”。一方面,课题组早在1954年开始研究葡萄,国际认可度高,葡萄种质资源丰富,底蕴深厚。另一方面,作为国家最重要的果树种类之一,葡萄背后是价值千亿的产业和千千万万种植葡萄的农民,需要作为“国家队”的中国科学院的科技支撑。

2013年,梁振昌从美国康奈尔大学再次回到植物所的课题组。此后,他担任了葡萄与葡萄酒科学研发大团队(以下简称“葡萄组”)的负责人。在这里,他有了一项终身的事业——培育更好的适宜我国本土气候条件的葡萄品种。

中科院植物所的葡萄种质资源园

培育葡萄新品种并不容易。葡萄是多年生藤本果树,育种难度远超一年生的大田作物,并且当时国内葡萄育种缺乏理论指导和先进技术。

为此,梁振昌团队广泛收集葡萄种质资源,解析葡萄的大规模基因组变异数据。2019年,他建立了葡萄基因编辑技术体系以及葡萄育种大数据平台。从理论和技术上,为将来的葡萄育种打好基础。

然而,目前我国葡萄种质资源搜集工作并不完整。梁振昌表示,随着国家植物园的建立,未来或能引进更多更好的葡萄种质资源,培育出更高品质、更适宜我国环境的葡萄新品种。

他深知,好的葡萄品种不仅能让大量农民快速地脱贫致富,还能让我国的葡萄和葡萄酒走出国门。

目前,我国鲜食葡萄基本占到国内葡萄产量的85%以上。梁振昌介绍:“相比于其他果树,葡萄是经济效益最快最高的水果之一。”一户人家,种两亩鲜食葡萄就能脱贫。

如今,中科院植物所培育的葡萄品种已经遍布全国约30个省级行政区。2022年,习近平总书记在吐鲁番考察葡萄产业,现场的桌上放着各色的葡萄,放在最中间的,就是我国自主培育的,从中科院植物所走出来的‘京早晶’葡萄。

梁振昌表示,研究葡萄的初心,“可能自己都没搞清楚”。但随着自身和团队在研究领域不断深耕,他却变得“越干越喜欢”。这种务实的态度,其实正是科研人员的浪漫。

讲完了自己的故事,平素不贪杯的梁振昌,从办公室的冷藏柜里拿出了团队研发的桃红葡萄酒样品。拔出瓶塞的瞬间,果香和酒香便浅浅地弥漫开来。他很熟悉这个味道。18年来,每次有新品种的葡萄、新口味的葡萄酒,他都会和团队成员们第一时间品尝、鉴别。

这份甜蜜将始终伴随着他的科研生涯。“未来,希望我们的科研成果,能够让中国葡萄与葡萄酒产业发展得更好。”

 

中外联姻出“抗冻”葡萄

电视剧里似乎经常有这样的剧情,但凡是一些奢靡的场合,必有一瓶“八二年的拉菲”,优雅的高脚杯被捏在演员手里,随着酒杯的摇晃,红酒在杯壁上留下浅浅的红晕。

这样的印象一定程度上反映了现实。目前世界上种植的酿酒葡萄品种大部分源自法国等欧洲国家。

在我国,广泛栽培的酿酒葡萄品种是少数几个欧亚种品种,到中国大陆后,明显“水土不服”。

夏天是葡萄的果实发育期,但我国大部分地区雨热同季,导致葡萄的病害较重,需要多次打药;冬季,我国北方寒冷干燥,冻害频繁发生,葡萄需要埋进30到50厘米厚的土里防寒,人力成本极高。这些问题,导致我国葡萄的品质和成本控制,远不如欧美及其他葡萄与葡萄酒生产国。 

以酿酒葡萄为例,梁振昌简单算了一下“经济账”:在法国,1亩地的管理成本约200多元人民币;而在我国宁夏部分地区,1亩地的管理成本1年超过2000元人民币。在约10倍的管理成本中,葡萄藤冬季埋土、春季挖出的成本,占管理成本的近50%。

国产葡萄酒动辄几百甚至上千元人民币,对比法国超市里随处可见的几欧元的葡萄酒,价格上的竞争力就差一截。梁振昌介绍道,“我们平时听说的,几百欧元起步的法国‘拉菲’,并不代表波尔多葡萄酒整体产业水平。真正支撑欧洲葡萄酒产业的是销量高、价格低的基础产品。”

为降低生产成本,提高国际竞争力,葡萄组致力培育适合我国自然环境的优质葡萄。培育的方向主要是两个:一是要抗冻;二是要优质。

我们平时常吃的是欧亚种葡萄,品质高,但抗寒性较差,易感染真菌病害。如何让“娇弱”的葡萄变得“强悍”,科学家们第一时间想到了“联姻”。

科学家们发现,在全世界有近8000多个兄弟姐妹的葡萄家族中,有一种东亚种群的野生山葡萄,能在-30℃以下的极端低温下安全越冬,具有极高的耐寒性,是葡萄抗寒育种的理想材料,是抗冻界的“战斗葡萄”。

为了找到最适合做父本的抗冻葡萄,科学家们用不同的指标,对葡萄的抗冻能力进行“体测”。找到合适的亲本后,人工干预授粉,给不同的葡萄“牵线搭桥”。最后,结合了我国山葡萄和欧洲葡萄优秀基因的耐寒优质葡萄,陆续从中科院植物所的葡萄田里诞生。‘北红’‘北玫’等“北”字号的酿酒葡萄品种,以及‘京亚’‘京秀’等“京”字号的鲜食葡萄品种,在中国大地纷纷“上岗”。

梁振昌表示,我们培育的葡萄已到了第五代。新品种葡萄,在我国北方地区无需埋土,农药使用量减少三分之二,还有不同香型、形状和成熟期。有的品种可延迟采收30~50天,变得更香、糖分更高,有的品种可“一年两熟”。 

目前,葡萄组已选育新品种26个,推广面积超过200万亩。其中,‘京亚’是我国三大主栽品种之一,也是我国唯一的自主选育品种。

2022年,梁振昌团队又申请了5个新品种,再经过2到3年的测试,这些新品种葡萄就会逐渐走进乡村田野,走上人们的餐桌。

 

六十年换一杯酒

在葡萄田的旁边,是葡萄组的酿酒实验车间。车间的负一层有个地下酒窖,即使在盛夏,也保持着清凉的温度。

地窖里有若干个储藏室,分别摆放着瓶装和橡木桶装的葡萄酒,有桃红及半甜、半干、干型等不同类型。这里最早的国产橡木桶来自1962年。一眼望去,斑驳的木桶们静静地躺着,见证着60年来,历代葡萄组科学家们忙碌的身影。

早在1954年,中科院植物所就成立了葡萄组,成为我国最早一批开展葡萄育种工作的科研机构之一,启动葡萄资源收集与育种的工作。

梁振昌在酒窖

这儿保存有不少从苏联引入的种质资源。我国最早开始葡萄研究的5位专家之一,黎盛臣先生从苏联背回来大量种质资源,种在了植物所的葡萄田里。当时的葡萄团队有二三十人,分为种质资源收集、评价、育种等多个小团队,通过广泛收集,中科院植物所因此积累了大量葡萄种质资源。

第一代老科学家们干劲儿十足。当年的手写资料,一笔一画的数据记录,是一目了然的认真细致。葡萄组成员、国科大博士生导师、中科院植物所研究员范培格从上一辈科学家了解到,黎盛臣先生工作基本不分白天和晚上,也没有周末。

夜以继日的工作很快取得了成效。1959年,葡萄组从杂种实生苗中选出了20个优良单株,还撰写了《葡萄新品种培育》一书。

我国葡萄酒产业从无到有,得益于葡萄组研发的‘北醇’酿酒品种。尽管如今看来该品种风味有所欠缺,但因为抗寒旱、亩产极高,一度成为全国几乎所有红葡萄酒的原料。

20世纪六七十年代,我国鲜食葡萄极度缺乏优质的早熟品种,葡萄组便培育出‘京早晶’‘京亚’等早熟品种,引领我国其他新优品种的选育与推广。

20世纪90年代,青黄不接的葡萄组一度陷入了研究停滞的状态,仅仅保留了基础的葡萄栽培与观测。直到2003年,李绍华研究员及之后梁振昌研究员等第三代科学家的回归,中科院植物所的葡萄研究才逐渐人才兴旺。

2011年,北京市批准建立了挂靠在中科院植物所的葡萄科学与酿酒技术北京市重点实验室。目前为止,以“北”字号品种的果实为原料酿制的葡萄酒产品,获得了10余次国际大奖。其中,‘北红’‘北玫’这两个品种,经历了葡萄组三代科学家,近60年的培育及后续工作,终于在2014年,成为当时通过国家品种审定委员会审定的仅有的两个酿酒葡萄品种。

梁振昌表示,培育新品种不仅费时费力,而且有大量不确定因素。一般培育一个新品种,至少需要耗费15年时间。而在此期间,培育的每一株葡萄,从萌芽到结果,都需要研究人员全程跟踪,综合考察,从中选取表现最“优秀”的葡萄。

一颗性状优良的葡萄,要先经过3到4年正常年份的“初试”,进入第一轮候选名单“优系”,然后通过经历4到5年在不同生长条件下的“复试”,入选科学家们的第二轮名单“品系”,才能申请品种审定,经过几年的评审,成为真正的新品种。

为了让人们吃到好吃的葡萄,科学家们往往“首当其冲”,在每年葡萄成熟时,集体品鉴所培育的葡萄。一些沾染了病害,又脏又坏的葡萄,不能清洗就得吃。因此,每逢夏天,葡萄组的成员们往往会口腔上火,一些酸涩的果实还会让他们的口腔失去感觉。面对育种的漫长与艰辛,梁振昌曾感慨:“树上的每一颗葡萄,都凝聚着科学家的汗水,可能还有泪水。”

这些汗水和泪水,如今已不可见。能看见的,只有眼前的一杯酒和一片碧绿的葡萄田。

如今,中科院植物所的葡萄田保存了约600多个来自世界各地的核心品种、占世界总量一半多的野生葡萄资源,以及一些独一无二的杂交品种。

这些看起来并不起眼的各色葡萄,正是60多年来葡萄组历代科学家们的积累。让葡萄在这片土地上自然地生长,就是科学家们保护它们最温柔的方式。梁振昌总惦记着这片土地,在这条通向田野的小路上,时不时能看到他的身影。

 

葡萄田里“长”出新生代

经常走这条路的,不仅有梁振昌及历代葡萄组研究人员们,还有不少戴着草帽的学生。每逢夏天六七月,葡萄组的学生们就会“长”在地里。

一般而言,在葡萄始熟期前10余天,学生们就要下地,翔实地记载葡萄每一天的细微变化。他们白天到地里去检查样品,然后取样、处理,经常到夜里两三点钟,还在实验室剥葡萄皮。由于7月到9月是各类葡萄的成熟期,学生们“早出晚归”的生活状态,往往要持续2到3个月。

正如植物生长自有节律,梁振昌对学生的培养节奏也较为“舒缓”,并不强求固定的组会和汇报时间。

唯有“下地”,是梁振昌对所有学生的强制要求。在开展基础研究的同时,每周他都会安排半天时间,组织学生集体到葡萄田里。从早春开始,到晚秋结束,让学生动手参与到葡萄的种植和培育中来,从绑蔓、抹芽,到摘心、疏果、修剪,不同时期的葡萄生长状态,以及身为培育者该做些什么,都有相对完整的认识。

他表示,这些学生毕业后将走向葡萄产业,他们将既能具有好的研究水平,也能具有栽培和管理的经验,未来就能“顶天立地”了。

打好基础,是梁振昌极为看中的教学目标。在国科大雁栖湖校区的第一年,他会要求学生们每周读文献并提交报告。一年下来,他会要求学生根据所读的文献,分析相关领域,寻找其研究方向和科研目标。

对于葡萄组的学生来说,葡萄研究其实是“高风险”科研领域,博士一读就是6年的学生比比皆是。在实验室里做实验、跑数据,常常会遭遇各种意外,而像葡萄这种颇有些“看天吃饭”意味的研究方向,能不能出成果、能不能毕业,还是需要点“运气”在身上的。

毕竟,今年的葡萄不会给你第二次重来的机会,只能在第二年,等新的“论文”从地里“长”出来。

上午10点左右,一个学生模样的青年,戴着顶草帽,穿着短裤、凉鞋,就往植物所的东边走。2019级博士生匡阳甫是个真正的“爱酒人士”,如今毕业留所的他在葡萄组负责葡萄酒酿造、葡萄酒产业对接等工作。他平日里总往葡萄田的方向走。其实,葡萄田旁边的酿造车间,以及酒窖里珍藏且发酵的葡萄酒,才是他的真正目标。

有些学生不常出现在葡萄田里,但对于葡萄的研究同样“丰硕”。中科院植物所助理研究员、2015级博士生任冲,如今已经是“葡萄基因编辑第一人”,经过他的一番研究,葡萄新品种育种周期,可以从过去的十几年缩短至4年至5年。

但最初,把基因编辑应用在葡萄里,还是一个没人做过的方向。在梁振昌确定方向后,任冲用了大半年的时间进行测试。面对研究毫无进展的情况,梁振昌鼓励他,再多坚持两个月!正是这两个月,让他的研究得到了突破性进展。在他心中,“梁老师更像是一个引路人的角色”。

有时,这位引路人还会像地图一样,把各种道路、方向,一一展示给科研领域的新人。2018级博士生陆丽珍回忆自己刚入学时,梁振昌就向她介绍了课题组的各种研究方向,包括基因编辑,葡萄抗寒、抗热、香气、成熟等多个方向,“方向任选”。

看着梁振昌“又大又亮,又很犀利”的大眼睛,陆丽珍感到“受宠若惊”,“我竟然可以选择!”

一次,陆丽珍发现,自己做实验需要的一种菌株,需要通过国内其他实验室获取。在发邮件联系被“无视”后,她找梁振昌求助。两周后,她收到梁振昌的邮件,说“人家同意给我们了”。仔细看往来抄送的邮件内容,她惊讶地发现,这菌株来之不易。

为了一株菌株,梁振昌分别和4位研究员协商。而在这期间,梁振昌从来没和她说过这件事。“他就是默默为我们奉献,说的很少,但其实为你做了很多。”

梁振昌很少谈自己,但谈起葡萄、葡萄产业和对农民生活的改善,却滔滔不绝。他不贪杯,但研究了20多年的葡萄和葡萄酒;他不爱夸耀,但却是学生们心中的引路人;他不曾过问金钱,但他参与培育的葡萄品种已经惠及千万农户,遍布全国各地。

或许,甜蜜的事业无需太多的言语,成一步,便有一步的欢喜。