马元喜,小麦栽培专家,阐明了小麦分蘖成穗与其独立根系的关系和小麦分蘖、叶片与次生根间的同伸关系等。创立了小麦初生根和次生根的分引等研究技术。在小麦模式化栽培、河南省小麦生态区划及高稳低优栽培技术等研究方面也取得重大突破,对促进河南小麦生产做出了突出贡献。
马元喜,1929年9月12日出生于河南省巩义市米河镇一个贫穷的家庭。父亲马有,母亲马宋氏,婚后分爨时仅有土地八分,而房无一间,几十年只能住在草棚,依靠租种土地和做小生意为生。几个兄长成人后,日子才逐渐好转。由于长期吃苦受辱,全家积极主张培养出一个读书人。马元喜少年笃学,曾入私塾,不久后转读小学,1943年考入米河崇仁初中。在初中学习期间,开始接触并逐渐理解孙中山的建国大纲、实业计划和“做人要立志做大事,不要立志做大官” 主张的内涵。1944年聆听豫西根据地行政区专员 “学以致用” 的报告,坚定了 “学习科学知识的目的是要为群众谋福利” 的信念。他学习刻苦,成绩一直名列前茅,1946年以优异成绩考入省立十中 (临汝中学)。1949年高中毕业后,被分配到巩县第三完小任教。1950年参加第一次全国统考,被录取到河南大学农学院学习,并被选为校学生会学习部长。他热爱专业,经常结合理论学习到郊外做小麦生长情况调查,并得出 “小麦分蘖能否成穗与其本身独立根系有关” 的结论。这在当时就得到刘祝宜教授的赞许,并被编入教材中讲授。
1954年大学毕业后,马元喜被分配到河南省农牧厅调查队工作,先后参加太行山区和大别山区农业生产情况调查。1955年借调到淮委会,并参加南京土壤研究所和其他有关院校的培训。培训结束后,到河南省淮河流域做土壤及农业生产调查工作,并担任调查小组组长。后因所在单位撤销,于1956年调郑州农校 (现河南省农业学校) 任教。1959年该校经核准招收高中毕业生兼办专科,马元喜套改为讲师并任专科主任。在教学过程中,他认真贯彻中央的教育方针和政策,重视理论联系实际,亲自指导学生种 “三田” (种子田、试验田、高产示范田)。1964年主持的小麦高产田经验收单产达6277.5千克/公顷(418.5千克/亩),创造了河南省的当时小麦最高记录。这种理论联系实际的教学方法曾得到农业部和河南省农牧厅的表彰,马元喜也于1965年被推选为河南省政协委员。即使在 “文化大革命” 期间,他也从未间断过科研工作。在教学的同时,除了在校内开展试验研究外,还经常到河南新密、荥阳、巩义、中牟等地进行定点调查研究。曾与巩义小姜沟农民技术员一起,在黄土丘陵区麦田挖斜洞5米深,系统观察了冬小麦根系的生长动态,并发表有关论文。
1975年,马元喜参加组建河南省小麦高稳优低研究推广协作组,并担任该协作组副组长,组织全省有关科研人员开展小麦高产稳产优质低成本的协作攻关研究,在小麦模式化栽培、河南省小麦不同生态类型区的划分等多项研究中取得重大突破,对促进河南小麦生产连上两次新台阶做出了突出贡献。1983年,他调入河南农学院 (现河南农业大学) 工作,历任副教授、教授、硕士研究生导师、小麦研究室主任、小麦学科带头人,先后主持国家自然科学基金以及其他省部级重大科技攻关项目10多项,荣获国家科技进步二等奖、农业部一等奖及河南省特等奖、一等奖共6项,河南省科技进步二等奖2项。1986年被授予河南省劳动模范称号,1992年起享受国务院政府特殊津贴,1993年被评为河南省科技优秀专家。曾担任中国北方小麦研究会常务理事、河南省小麦研究会副理事长等职。
奠定了我国小麦根系研究的基础
1953—1957年,马元喜针对以往对作物根系研究较为薄弱的现状,开展了对小麦幼苗的关键部位——分蘖节的系统研究。在认真观察分蘖和次生根的动态变化,以及播种深度与次生根、胚芽鞘蘖发生和幼苗生长壮弱间关系的基础上,首次提出小麦分蘖能否继续发育成穗与其自身的独立根系具有密切关系,少于3条次生根的分蘖都将在两极分化过程中萎缩等论点。1957—1959年,他通过研究分期播种等不同条件下小麦次生根、分蘖与幼芽、叶片伸展等生长过程的相互关系,率先提出小麦生育前期次生根、分蘖和叶片的同伸关系。他采用剪根法研究了初生根和次生根的作用,证明初生根的存活期一直延续到生长后期,对植株生长发育和子粒产量形成具有重要作用,单独依靠初生根或次生根可分别获得61.5%—92.6%或68.0%—96.3%的产量。这些研究结果被高等农业院校教材和有关研究者广泛引用和参考。
1960年后,马元喜继续坚持小麦根系研究。即使在 “文化大革命” 时期,研究工作也从没有间断过。在对小麦次生根发生特点及功能进行多年系统研究的基础上,首次证明和提出小麦根系不随分蘖的两极分化而分化,分蘖的消亡仅是分蘖茎叶的萎缩; 分蘖次生根通过分蘖节与其他根系构成一个整体,生活力正常,未见分批死亡现象; 小麦抽穗、灌浆期间,死蘖根在色泽、结构、抗拉力等方面与主茎根无明显差别。随后,他在黄土丘陵区、冲积平原区、盐土区、稻茬区等不同土壤类型区分别选择试验点,对小麦的根系发生、分布和营养积累进行了定点系统观察,研究表层次生根根毛形成及存活期与植株倒伏的关系,发现距发根部位10厘米左右的正常次生根上的根毛比一般根毛长2—3倍,直径大1—2倍; 而且脱落时间晚得多,年前生长的根毛在年后才逐渐萎缩,拔节期发生在次生根基部的根毛到成熟期仍紧抱土粒。因此,一般情况下小麦的倒伏则均为茎倒伏,只有在泥沙土和黑澥土区遇有风雨交加才会发生根倒伏。通过对小麦多级分蘖发生与各蘖节发根间关系的研究,马元喜首次指出多级分蘖的产生是小麦适应能力的具体体现; 分蘖节近地表部位所发生的根和蘖都正常,而远离地表的下部分蘖节多数只发根而不生蘖,或者蘖芽弱小。
1991年以后,马元喜主持国家自然科学基金项目 “水分逆境对小麦根系的生态生理效应研究” 和多项河南省重点科技攻关项目。对不同条件下小麦根的形态结构、水分逆境对根系的生态生理效应等进行了系统研究,明确了小麦根系各级分枝的发生规律和解剖结构的变化特点,并比较了小麦与水稻各分支根在形态结构上的异同,探明了不同土壤类型区小麦根系发育规律及其在干旱、渍水、高温和重金属污染等逆境条件下的生态生理反应,并确定了根系对以上逆境的耐性范围指标,提出了不同土壤生态类型区小麦健壮根群的调控技术体系。以上这些结论为河南小麦栽培研究和生产提供了重要参考和依据。
在长期的研究实践中,他创新改进了作物根系研究方法,成功地解决了根系研究中的一些难题。为研究自然条件下根系的生长状态,他通过挖坑修壁、修建棚窖壁坎和阶梯地道等多年的摸索和改进,最后设计出一种比较完善的多功能地下根系综合观测室。他创建了柱栽、池栽等方法,研究根系吸水、吸肥的动态变化; 创立了独特的初生根与次生根分引技术,从而使自然条件下分别系统研究两种根的分布、形态和生理代谢成为可能。中国农业大学、山东农业大学、武汉大学水利电力学院等五所高校的有关师生都曾前来参观学习。
1996—1999年间,他与部分国内同行、研究助手和学生们一起总结了40多年来所积累的小麦根系研究资料,完成出版了《小麦的根》。这部40多万字的专着不仅荣获了中华农业科教出版基金资助,而且,迄今为止,它是国内乃至世界的唯一一部关于作物根系研究专着。
对小麦栽培学发展做出了重要贡献
马元喜不仅在小麦根系研究方面具有深厚造诣,而且在小麦生物学特性研究中也做出了突出贡献。
首次阐明小麦起身期的生物学意义 20世纪60年代以前,小麦栽培管理中只重视拔节期,对起身期仅提到是生理拔节,当时学术界认为幼穗分化开始时叶片数量已达最大值。马元喜通过系统观察,发现起身期以前如果不经过光照阶段,植株则一直进行分蘖和叶片的分化及生长; 而到了起身期,植株幼穗下部的棱状突起不再分化叶原基,此时茎的叶片数才算最后确定; 幼穗进入护颖分化期,开始转为小花分化; 顶端小穗出现时,小穗数目确定; 此时分蘖节各叶腋内的幼芽停止生长,渐转为潜伏芽,则分蘖达到最大值,地上茎节开始伸长。这一研究结果揭示了起身期是小麦生长发育过程中的一个重要转折生育期,对了解起身期麦苗的生长状况,从而采取有效的田间管理措施具有决定意义。
阐明小麦地上部有5个茎节的成因 在我国很早就有人注意到小麦地上伸长茎有5个节间,但并不清楚其中的原因。据史书记载,明太祖朱元璋曾经问两位儒者命官: “禾 (谷) 麦类耳,节之不同何也?” 命官答道: “禾播于春,至秋而获,凡历三时,故三节; 麦则历时四时始成,故四节。” 针对这一问题,过去一直没有人给出科学解释,教科书上也只有 “小麦地上茎一般为5节” 的简单描述。马元喜研究指出,小麦幼穗基部的叶原基由棱状突起逐渐变大、相继伸出叶鞘是一个连续的发展过程。在起身期以前,不论每个成穗茎业已露出几片叶,其露尖叶内总是包含着连续伸长的4片幼叶。从起身期开始,幼穗基部棱状突起不再分生叶原细胞,此后只有留在叶鞘筒中的4片幼叶继续伸长成为地上茎生叶片,同时这些叶片所着生的茎节相应伸长,再加上伸长的穗下节,就构成了地上部的5个伸长茎节,从而从理论上阐明了这一长期令人困惑的问题。
澄清了小麦叶痕形成原因并利用其判断麦苗壮弱 小麦叶痕俗称 “布袋口”,群众认为其形成与年景丰歉有关。李杨汉认为“叶片上的缢痕是复合节的残迹”,但其他学者对其成因有不同的认识。为此,马元喜曾下数年功夫,比较了小麦与大麦、燕麦、芦苇和行仪芝杂草等多种禾本科植物的解剖结构,又通过穿刺法研究,证明叶痕形成无一例外地与叶环有关。小麦第n叶的叶鞘与第n+1叶在第n-1叶叶鞘筒内是同伸的,故第n叶的叶环始终卡住第n+1叶近尖端的某个位置。待第n+1叶和第n叶叶鞘露出第n-1叶叶鞘以后,叶、鞘生长速度的差异导致原来卡住的地方慢慢错开。由于第n+1叶被卡位置在错开时生长已基本定型,故而形成叶痕。他同时观察到,叶痕与叶环错开以后的状态和植株长势密切相关,根据痕环距 (叶痕和叶环间的距离) 与下边两个相邻叶片叶环距的长度差异,可判断小麦长势的壮弱,并能通过这一指标指导生产中采取更有效、更主动的农艺调控措施。
提出了小麦从幼穗分化到结实要经过前后相连的三个两极分化过程 20世纪70年代以前,学术界认为小麦幼穗四分体分化期的小花退化与穗粒数关系密切,防止小花退化的关键是提高穗粒数。马元喜研究认为,不同小麦品种或播期早晚,在起身期时每穗的小穗数已达最大值,此后一部分小穗继续发育,一部分萎缩退化,呈现出小穗的两极分化; 挑旗期小花分化达到最大限度,接着一部分小花继续发育,另一部分萎缩退化,表现出小花的两极分化; 开花授粉期,已发育成熟小花中的一部分子房膨大形成子粒,另一部分则子房萎缩变干,此为子房的两极分化。在这三个两极分化过程中,小穗、小花和子房是继续发育还是萎缩退化,由当时的生态条件和植株的有机营养状况决定。因此,合理协调三个两极分化过程中所出现的矛盾,促使继续发育的小穗、小花和子房数目增多,退化数目减少,是增加穗粒数的主要途径。
科学研究密切联系小麦生产实践
围绕小麦高产稳产优质低成本组织协作攻关 马元喜是河南省小麦高稳优低协作组的主要创始人之一。在组织协作攻关期间,他密切结合河南省的生产实际,先后总结出河南小麦分蘖成穗、幼穗发育和子粒灌浆三大生育规律,提出施肥、灌水、防治病虫、群体动态调控和成本核算五大经济技术指标。科研成果推广应用后,河南省小麦产量大幅度提高,生产跃上了一个新台阶。随后,协作组将河南省小麦产区划分为十大生态类型区,马元喜根据研究结果,并结合以往所积累的研究资料,执笔撰写十个生态类型区的小麦生产技术规程。据河南省统计局资料,推广应用该研究成果前,10个示范县的小麦平均单产比全省平均单产低3.75千克/公顷 (0.25千克/亩); 推广应用该技术规程4年后,这10个县的平均单产比全省平均水平高772.5千克/公顷(51.5千克/亩)。科技作为第一生产力在生产实践中发挥了巨大作用,受到河南省委、省政府的高度赞扬。省委曾签发 (1984)9号文件,要求全省推广应用该技术成果。
主持小麦稳定高产应变栽培技术研究 河南省气候变化无常,小麦生育期内自然灾害发生较为频繁,致使小麦产量不稳。1984年,马元喜提出并主持了河南省稳定高产的小麦应变栽培技术研究。他从生态学观点出发,深入分析小麦生育期间主要生态因子的动态变化规律及其相互关系,观察小麦对生态因子异常变化的适应能力及表现特点,创建了稳定实现高产的应变栽培技术体系。该技术体系本着 “以防为主,积极应变” 的指导思想,以及 “系统决策与分段决策相联系,基础应变与针对性应变相结合” 的基本原则,尽可能地预防旱、涝等不利生态因子对小麦产生的危害; 对干热风等难以抗拒的自然灾害,则采取有针对性的技术措施以缓减其危害; 对冷冻害等,则提倡继续管理以尽量解除其危害。小麦稳定高产的应变栽培技术灵活运用了“防”、“缓”、“解” 的技术路线,使小麦生育、生态条件和农业措施三个系统有机结合,达到最佳动态配合,使子粒产量的形成沿着既定的轨道发展,最终实现高产稳产。在推广运用该项研究成果的同时,马元喜主编撰写了 《小麦超高产应变栽培技术》一书。
开展小麦高产的关键技术研究 20世纪80年代初期,河南省小麦平均单产只有约3000千克/公顷 (200千克/亩),高产田也一直停留在6000千克/公顷 (400千克/亩) 左右; 而全国已有几个省份出现过7500千克/公顷 (500千克/亩) 以上的高产纪录。河南省实现小麦单产突破7500千克/公顷 (500千克/亩)大关,是当时领导和专家们的共同愿望。河南省科委曾明确提出,探索高产麦田的生产潜力是亟待解决的重大攻关课题之一。带着这样的任务,马元喜制订出切实可行的技术方案,在不同地区协作攻关。经过3年的努力,1985年经过5个单位专家的联合实地验收,3333平方米 (5亩) 连片小麦单产达到8280千克/公顷 (552千克/亩),创下了河南省小麦单产的最高纪录。
在马元喜的领导下,先后取得了一系列研究成果,丰富了小麦栽培理论,极大地提高了河南省小麦栽培技术水平,使河南省小麦生产得以快速发展,经济和社会效益显着。各项研究先后荣获全国科学大会奖、河南省科学大会奖、农业部技术改进一等奖以及河南省科技进步特等奖和一等奖等。
克勤克俭,宽以待人,事必躬亲,严谨治学
马元喜涉猎广泛,学识渊博。家中最大的财富就是藏书,几个书架藏满了农业方面的论文和着作。对他来说,这些弥足珍贵。然而,生活中他一贯俭朴,家里的家具用品是几件伴随他几十年的 “旧古董”; 穿了多年的旧衣服,他仍敝帚自珍,直到穿得不能再穿了才舍得换新的。不仅如此,他还把这种俭朴作风带到科研工作中去。经常叮嘱年轻教师、助手和学生们,科学试验中所需要的不少设备或材料,都可以自行设计和制作,这样既符合自己的设想和要求,又能节约经费,不断提醒大家爱惜科研用品及实验材料,即便是用过的旧尼龙网袋,他也十分珍惜,要求大家注意收集、保存和再利用,并且亲自缝补网袋上的破洞。
生活中,他严于律己,宽以待人,不计名利,任劳任怨,在领导和同志们心目中享有很高的威望。他关心年轻同事和学生胜过关心自己的子女; 对优秀的毕业生,他主动向有关部门和领导推荐就业,却从未向组织提出为子女安排工作的要求。和他一起创业、并肩战斗的协作组组长走上领导岗位后,协作组的科研攻关和组织协调工作的重担就都落在了他的肩上,他一如既往,克己奉公,任劳任怨,从不为己谋一丝一毫之利。
研究工作中,他事必躬亲,兢兢业业。他积极主张理论研究必须与生产实践相结合,认为研究的真谛就是在实践中不断发现、分析和解决问题。他不仅这样教导助手和学生,而且身体力行,经常带领研究组成员和学生们,深入到田间地头,以及农民朋友和基层科技工作者之中。在实验室里,他常废寝忘食,夜以继日地工作。有时候实验要持续几十个小时,腰累疼了就用拳头捶捶,困了就靠在椅子上小憩片刻,饿了就吃方便面。在观察小麦幼穗发育时,他曾发现顶小穗护颖腋内又出现一个长柄小穗。为准确记录下这难得的资料,他不断地调整光线和标本摆放角度,反复拍照、冲洗、放大,连续花了整个下午和晚上的时间。1994年,为观察小麦不同级别分支根的解剖结构,他在显微镜前每天连续观察十几个小时,前后坚持近一个多月,结果导致心脏病发作。不少了解他的同事都说“从没见过像马老师那样对科研认真、执着的人”。
他治学严谨,谦虚谨慎,对实验中观察到的某个现象或结果,从不轻易下结论,总要反复进行实验。他常说,发表的文章必须能够经得起后人的验证。不仅对学生们的大田试验和实验室工作要求极为严格,而且对他们的论文也要求得近乎苛刻。他早期的一位学生曾表示,“所写出的文章在别处都能得到很好的评价,但就是在马老师那里却缺乏自信。” 对每届研究生的毕业论文,他都认真阅读、反复推敲,要求论文结构合理、层次清晰、论证严谨、言简意赅。因此,他的研究生在试验实施和论文写作上都要花费比其他同学更长的时间。
在河南省农业学校及河南农业大学长达40多年的任教期间,他既教书又育人,先后给本、专科生及研究生讲授过土壤学、作物栽培学、小麦高产栽培理论与实践等课程。他颇具长者风范,既向学生传授知识与科学方法,更谆谆教诲年轻学子以如何做人。他的很多学生现在都成为省内外教学、科研以及行政管理等部门的中坚力量,有的已成为国家有突出贡献的专家或省管优秀专家。此外,他和山东农业大学余松烈院士合作培养一名博士生,同时还鼓励和支持其他四名研究生取得了博士学位。
老骥伏枥,雄心依旧,精神矍铄,笔耕不辍。马元喜目前仍担任国家小麦工程技术研究中心学术委员会委员,与他的助手和学生一起,仍在进行着他认为尚未完成的小麦栽培生态生理研究工作。
简历
1929年9月12日 生于河南省巩县米河镇米北村。
1949年7月—1950年8月 任河南省巩县第三全小学教师。
1950年8月—1954年8月 在河南农学院学习。
1954年8月—1956年8月 任河南省农业厅技术员。
1956年8月—1983年10月 任河南省农业学校 (原河南省中牟农校) 主任、副教授。
1983年10月—1995年9月 任河南农业大学教授、硕士生导师,小麦研究室主任。
1995年9月至今 任国家小麦工程技术研究中心学术委员会委员。
主要论着
1 马元喜. 冬小麦分蘖和根系发育的观察. 华北农业科学,1957,1(3): 349—352
2 马元喜. 冬小麦分蘖和根系的研究. 农业学报,1959,10 (6):486—493
3 马元喜. 小麦幼穗发育规律的研究. 河南农林科技,1979 (12): 1—5
4 马元喜. 冬小麦根系发育规律的初步研究. 河南农林科技,1981(2): 17—19
5 马元喜,陈曾玉,王洪泉. 冬小麦幼穗发育规律的研究. 见: 小麦高稳优低研究推广协作组文集 (1974—1979),1981: 20—25
6 马元喜. 有关小麦高产的几个问题. 见: 中牟农校. 小麦研究文集,1982: 1—15
7 马元喜. 冬小麦越冬冻害的调查. 中牟农校. 小麦研究文集,1982:16—24
8 马元喜. 小麦叶痕的形成原因及其与长相的关系. 河南农林科技,1982 (5): 16—17
9 马元喜,陈曾玉,王洪泉. 小麦小穗小花分化与提高穗粒数的研究.河南农林科技,1984 (专版): 1—9
10 马元喜. 小麦冻害与田间管理. 河南农林科技,1985 (11): 5—8
11 马元喜. 不同土壤中小麦根系生长动态的研究. 作物学报,1987,13(1): 37—44
12 王晨阳,马元喜. 不同土壤水分条件下小麦根系生态生理效应的研究.华北农学报,1992,7 (4): 1—8
13 马元喜,代文戌,马丰粟. 豫西丘陵旱区小麦高产栽培技术. 河南农林科技,1992 (8): 5—8
14 马元喜,王晨阳,朱云集. 协调小麦幼穗发育三个两极分化过程增加穗粒数. 见: 中国小麦栽培研究新进展. 北京: 中国农业出版社,1993: 119—126
15 马元喜,王晨阳,贺德先等. 中国农业栽培植物根系研究史料浅析.河南农业大学学报,1994,28 (4): 332—338
16 马元喜,王晨阳,周继泽. 小麦根系主要生态效应研究. 河南农业大学学报,1994,28 (1): 12—18
17 朱云集,马元喜,王晨阳等. 土壤水分逆境对冬小麦根系某些形态解剖结构及超微结构的影响. 河南农业大学学报,1994,28 (3):224—228
18 马元喜,王晨阳,王化岑. 小麦开花期间生态条件与穗粒数关系的研究. 见: 小麦穗粒重研究. 北京: 中国农业出版社,1995: 74—80
19 王晨阳,马元喜,贺德先等. 干旱胁迫对小麦穗粒重及其生理影响的研究. 见: 小麦穗粒重研究. 北京: 中国农业出版社,1995,211—217
20 王晨阳,马元喜,周苏玫等. 土壤渍水对冬小麦根系活性氧代谢及生理活性的影响. 作物学报,1996,22 (6): 712—719
21 王化岑,马元喜,王晨阳等. 小麦不同时期根系分支与解剖结构研究.河南农业大学学报,1996,30 (3): 263—268
22 马元喜,王晨阳. 水分逆境对冬小麦根系膜脂过氧化及保护酶活性的影响. 江苏农学院学报,1996,17 (专刊):56—62
23 王晨阳,马元喜,周苏玫等. 土壤干旱对冬小麦衰老影响的研究. 河南农业大学学报,1996,30 (4): 309—313
24 王晨阳,马元喜,贺德先等. 干旱胁迫对冬小麦根系活性氧代谢的影响. 华北农学报,1997,12 (增刊): 31—36
25 朱云集,王晨阳,马元喜等. 铜胁迫对小麦根系生长发育及生理特性的影响. 麦类作物,1997,17 (5): 49—51
26 周苏玫,马元喜,王晨阳等. 干旱胁迫对冬小麦根系生长及营养代谢的影响. 华北农学报,2000,15 (2): 57—62
27 马元喜,王韧,王宪文. 小麦地上茎节数的形成机理. 河南农业大学学报,2000,34 (3): 35—37
28 朱云集,王晨阳,马元喜等. 砷胁迫对小麦根系生长及活性氧代谢的影响,生态学报,2000,20 (4): 707—710
29 马元喜,王化岑,王晨阳等. 冬小麦根系各级分枝形成及其解剖结构研究. 作物学报,2002,28 (3): 327—332
30 河南省小麦高稳优低研究推广协作组 (马元喜参编). 小麦模式化研究与生产技术. 郑州: 河南科学技术出版社,1980: 25—72
31 胡廷积,杨永光,马元喜等. 小麦生态与生产技术. 郑州: 河南科学技术出版社,1984
32 河南省农业科学院 (马元喜参编). 河南小麦栽培学. 郑州: 河南科学技术出版社,1985: 54—110
33 马元喜. 小麦超高产应变栽培技术. 北京: 中国科学技术出版社,1992
34 马元喜. 小麦的根. 北京: 中国农业出版社,1999