图源：Pixabay.com
导读：
玉米、水稻与小麦是我们当今世界上最主要的粮食作物，供养着全球80亿人口。它们之所以能够在全球范围内广泛种植，不仅与全球物种交换有关，也与20世纪科学技术的飞速发展密不可分。尽管它们的起源中心分布各异，但高产量的实现最初都是在美国的主导下进行的。
      高产量小麦和玉米的发展史中充满了跨国科学合作的故事，弥漫着浓厚的资本气息，还夹杂着美国外交政策的影响。例如，高产小麦的研究始于1944年，地点在当时粮食完全依赖美国进口的墨西哥。在洛克菲勒基金会和美国“绿色革命之父”诺曼·布劳格（Norman Borlaug）的努力下，墨西哥的试验项目很快就培育出了高产小麦。到了1960年代，培育出的抗病和高产的矮杆小麦还惠及亚洲的印度和巴基斯坦。1966年，该机构正式命名为国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）。
      在墨西哥获得成功后，美国主导的“绿色革命”蔓延到拉丁美洲的众多国家。1959年，“绿色革命”另一个火把在东南亚点燃。在洛克菲勒与福特两大基金会的支持下，美国选择了曾经统治过的菲律宾，与当地政府、菲律宾大学以及来自不同国家的科学领军人物合力创办了国际水稻研究所（IRRI）。1966年，IRRI成功地培育出了“魔稻” IR8。
      然而，高产量杂交玉米却是一个例外。它诞生于1918年，早于小麦和水稻，与资本的全球扩张并无太多关联，而与美国的首个农业实验站大有关系，与耶鲁大学对农业科研的鼎力支持紧密相关。
洪纬 | 撰文
王一苇 | 编辑
SAIXIANSHENG
一、“纯文科”转型：
耶鲁大学发展农业化学
美国的首个农业实验站位于康涅狄格州（以下简称康州），毗邻耶鲁大学，其创办历程也与耶鲁大学有着非常密切的联系。耶鲁大学成立于1701年，初期致力于为公理会培养神学与圣典语言学人才，地点位于距今主校区的几十英里之外的一个小镇上。按照今天的理解，它就是一个“纯文科”院校。
到了18世纪末期，当时的第七任校长埃兹拉·斯蒂尔斯（Ezra Stiles）意识到，学校的发展必须与社会需求相符。他尝试增设法律和医学相关的教授职位，并注重农业，推动了美国桑蚕业的发展（相关文章：耶鲁校长养蚕记：18世纪美国的 “丝绸之路”）。第八任校长蒂莫西·德怀特（Timothy Dwight）创办了耶鲁大学科学学院，对扩充师资队伍具有不可磨灭的贡献。
为了创办耶鲁大学科学学院，德怀特四处物色人才，填补化学和博物学（Natural History）的教授职位，最后找到了本杰明∙西李曼（Benjamin Silliman）。西李曼出生于1779年，曾就读耶鲁大学法学专业，与化学毫无交集。德怀特深信西李曼的能力，竭力劝说他放弃了律师职业。最终，23岁的西李曼被德怀特的雄心壮志折服了。
耶鲁大学化学大楼门前的本杰明·西李曼雕塑（洪纬摄）
1802年，西李曼怀揣着几个矿物质样品，风尘仆仆地赶到宾夕法尼亚大学，开启化学学习之旅。两年后，他在耶鲁大学开设了化学课程。在他的众多学生中，约翰·诺顿（John Pitkin Norton）对农业表现出了浓厚的兴趣，他出生于一个富裕的律师和农场主家庭，为康州第21任州长的孙子。1840年，他成为西李曼的学生，致力于将化学应用到农业中。
为了加强农业研究方面的训练，1844年，西李曼将诺顿送到苏格兰，拜师于杰出的农业化学家和矿物学家詹姆士·约翰斯顿（James F. W. Johnston）。约翰斯顿率先在英国启动农业试验，分析农业肥料，在苏格兰的农业和高地协会中发挥了重要作用。
1846年，诺顿回到美国，立刻受聘为耶鲁大学教授。随即，他的父亲向耶鲁大学捐赠了五千美金，用以创办应用化学学院。理想和激情迸发的诺顿打算大展宏图，他雄心勃勃地发出建议：美国应该建立一个农业研究机构。
诺顿撰写了许多关于农业科学的文章，比如《关于燕麦的分析》、《土豆的疾病》和《科学农业要素》，还协助编撰了农民指南手册《农场之书》等等。一个巨大的宝藏正在等待着他去挖掘时，诺顿却患上了致命肺结核，不幸于1852年英年早逝。
不过，离世之前，他已经招收到塞缪尔·约翰逊（Samuel William Johnson），一位同样对农业发展胸怀大志的学生。1853年，约翰逊选择到德国学习新知识，希冀得到著名化学家尤斯图斯·冯·李比希（Justus Freiherr von Liebig）的指导。李比希和学生共同发明的过磷酸钙肥料，至今仍广泛应用于农业中。
不巧的是，李比希正在筹备新实验室，约翰逊不得不更换导师。不过，在莱比锡，他有了最大的收获，发现麦肯区有一个崭新的农业实验站。这个实验站是由德国农业化学家阿道夫·斯托克哈特（Julius Adolph Stöckhardt）于1853年创办的。
在斯托克哈特决定创建实验站之间，他就听说过苏格兰的约翰斯顿曾经尝试过创办农业研究机构，但是由于经费来源不稳定而泡汤。斯托克哈特意识到，如果经费仅仅来自私人捐赠，那么研究基金就会极为不稳定。他必须寻求政府的支持，从政府税收中划拨资金出来支持农业研究。于是，斯托克哈特先找到富有的地主捐赠土地，再去游说当地政府支持建立农业研究机构。
凭借他的智慧和出色的口才，世界上第一个农业实验站在莱比锡成立了。农业实验站的成立等于向世界宣告：从事农业研究已经不再是科学家的业余爱好，而是一项正式的职业。
SAIXIANSHENG
二、耶鲁教授创办
美国首个农业试验站‍
斯托克哈特的成功经验给了约翰逊很大的启迪。两年海外游学结束之后，约翰逊怀揣创办农业实验站的美好理想回到美国，回到耶鲁大学。然而，他面对的现实却十分残酷。
19世纪中叶的美国，正处于一个农民自给自足的时代。一个读书郎要向有多年种地经验的农民传授耕作技巧，向没有接受过教育的农民推广书本知识，似乎是一种天方夜谭。坊间对肥料的应用亦多有诽谤。农民们相信河滩淤泥营养丰富，却难以接受来自包装袋里的东西也是植物需要的养分。
对于农民的这一思想状态，知名农业学家、伊利诺大学教授西里尔·霍普金斯（Cyril G. Hopkins）在他的小说《土壤的故事》（The Story of the Soil）中有生动的描述。一位母亲得知儿子要去学习农业时，感到非常不解，反复拷问：
为什么我的儿子要去大学里学习农业呢？你不是一生都在富有实践经验的学校里学习农业吗？我们已经在自家小农场里尽可能地从事了农业劳动；你也已经从经验最丰富的农民和祖先积累的智慧中受益了。哦，我曾希望并深信，你会对工程或医学感兴趣，或者对法律感兴趣。我不明白你为什么会想去大学学农？况且，你掌握的农业知识已经超越了大学教授。
农户们完全不屑于书生兜售的农业科学知识，也不愿意送孩子去农业专门机构深造。这已经是一个巨大的阻碍，遑论从政府获得资助了。尽管耶鲁大学在促进农业发展方面迈出了许多第一步，比如提倡农业化学研究，为教授创作研究农业的机会，但其人才培养目标与农业基本没有联系。不过，约翰逊却成功地说服了当时包容并且有远见的耶鲁大学。对于农民和政府，他采取步步为营的策略。1857年，他被康州农业协会聘为化学家，分析肥料，与公众分享其研究成果。
19世纪下半叶，美国历经了社会动荡和多方面变革，包括南北内战和工业迅速发展，这些因素导致农业劳力短缺。农民和非农民之间的人口比例急剧下降，一位农民需要养活更多的人口。因此，农作物的产量和蛋白质的输出效率亟待提高。与此同时，现代科学正在经历巨大的跃变，英国的达尔文出版了《物种起源》，奥地利的孟德尔发现了遗传规律。美国这座移民大熔炉，也在跟随科学发展的步伐迅速前进。
在多重因素的影响下，美国农业地位得到大大的提升，农业领域亟待创建一个新系统。自1857年起，众议院议员贾斯汀∙莫里尔（Justin Smith Morrill）就开始提呈《莫里尔赠地学院法案》（Morrill Land Grant College Act），要求划出联邦土地用于创办 “为农业和机械服务” 的学院。1862年7月2日，时任总统林肯在签署了该法案。根据法案，每州获得30,000英亩的土地，由参议员和众议员分配，用于资助学院的建设。早期的赠地学校包括威斯康星大学，爱荷华州立大学，新泽西州立大学（罗格斯分校）和密苏里大学。
1863年，耶鲁大学成为了康州的赠地学院。与此同时，约翰逊在农业研究领域的声望与日俱增。美国内战结束之后，康州成立了州立农业委员会。委员会积极募集基金支持约翰逊研究肥料。1873年，约翰逊继续游说州立农业委员会，借鉴欧洲的经验，建立农业实验站。可惜的是，农场主们仍然坚决反对。
当时的美国与世界上许多国家并无明显区别，就是一个农业大国。一些富有或者有声望的人要么出自农场，要么继承了祖辈农场，他们对农业的发展非常关心，深信教育可以促进农业的快速发展。1875年，几位当地富有的杰出人士出面，帮助约翰逊实现梦想。
实验站由立法院创办，资金来自州税，部分委员由农场主担任。由于主导创办实验站的人员是康州卫斯理大学的董事会成员，实验站并未设立在耶鲁大学附近，也不是一个独立的公共机构，而是卫斯理大学的一个附属机构。
康州农业实验站（洪纬摄）
约翰逊感到有些失望。幸运的是，在一群有志之士的不懈的努力和活动下，康州于1877年通过了一项新的法案，使实验站得以迁移至纽黑文市，成为了一个真正独立的公共机构。约翰逊成为了首任站长。从此，农业实验站拥有了自己的土地和独立自主权。立法院还规定，实验站委员会委员必须包括州长、两位由州长任命的成员、农业局局长、一位由州立农业协会委派的成员、一名由耶鲁大学指派的成员，一名由卫斯理大学董事会指派的成员和站长本人。
一直鼎力支持约翰逊的耶鲁大学还慷慨地为实验站腾出了一幢建筑。直到1881年，农业实验站才从立法院处获得了足够的资金，购买了土地，从而得以搬离了耶鲁大学校园。
SAIXIANSHENG
三、高产杂交玉米的诞生
康州农业实验站彻底独立地存在了，与耶鲁大学之间的关系似乎应该画上句号。但是，约翰逊对于发展农业的热忱也深深地影响了他自己的学生，也为实验站在不久的将来带来了一项革命性的科研成果——高产玉米的实现。这一突破将玉米的产量提升了数倍。
1900年，约翰逊的学生爱德华·詹金斯（Edward Hopkins Jenkins）继承了衣钵，担任农业实验站站长。詹金斯从1872年就在耶鲁大学追随约翰逊研究农业化学，并循着老师的足迹前往德国学习。他返回美国后又继续在农业实验站辅助约翰逊进行研究。在1892年，詹金斯完成了一些美国主要粮食作物的化学分析实验，比如玉米仁里的蛋白质含量。同时，在伊利诺大学农业实验站工作的西里尔·霍普金斯（Cyril G. Hopkins）也在研究农业和化学之间的关系，他的博士论文便是《玉米仁里的化学》。
玉米有一百多个品种，能够适应各种气候，分布范围相当广泛。 从南纬45度到北纬60度，海拔从海平面到12000英尺，都可以看到它们的身影。植株可以很矮小，只有2英尺，也可以高大至20英尺。成熟期有的短至60天，有的长至11个月。
与其它作物一样，玉米的产量主要取决于品种、土壤、气候以及耕作方式。在北美的不同区域，人们曾经种植着不同品种的玉米。当英格兰 “五月花” 号刚刚抵达新英格兰时，当地印第安人种植着具有八行黄白相间的硬粒型玉米。这种玉米非常适应康州的气候。
许多来自西部的品种也被陆续带进康州。然而，玉米喜温好短日照。康州地处于美国东北部，全年温度相对较低，霜降时间较早。这导致大部分品种无法适应康州相对寒冷的气候，难以完全成熟。未成熟的籽粒不适合用作谷物食用，整颗玉米只能被用作饲料。
为了培育出更好的品种，1905年，詹金斯决定招揽玉米研究的专业人才。他搭上火车，风尘仆仆地赶到了伊利诺大学，面试了霍普金斯的一位得意门生——爱德华·伊斯特（Edward M. East）。
伊斯特家学渊源深厚，是著名生物学家哈维的后裔，甚至有人认为他可能与物理学家牛顿也有着亲缘关系。原本专攻化学的他接受了良好的专业训练，但他却逐渐爱上了遗传学，高度关注玉米的杂交实验。幸运地是，他遇到了一个遗传学蓬勃发展的时代。在伊利诺大学期间，他就通过杂交和人工选择等手段来改变了玉米仁的蛋白质和脂肪含量。
1905年秋，伊斯特便来到了纽黑文市，在康州农业实验站工作了四年。他先后进行了烟草、土豆和玉米等农作物方面的实验。其中玉米仍是他的主要研究对象。他与赫伯特·海斯（Herbert K. Hayes）合作研究，并于1911年在康州农业实验站内部刊物上共同发表了《玉米的遗产》。1909年，伊斯特转战去了哈佛大学。海斯接替了他的工作，又随伊斯特在哈佛大学攻读研究生。1915年，海斯离开康州远赴明尼苏达州，唐纳德·琼斯（Donald F. Jones）接管了康州农业实验站。
一开始，琼斯主要是维持伊斯特和海斯开展的试验，几乎没有取得进展。直到有一天，他察觉到自交系的产量很低，但是，如果再用它们的后代进行杂交，杂交后代就表现出了明显的生长优势而且具有丰厚的产量。之后，琼斯决定尝试用两个来自不同品种的自交系杂交的后代进行杂交。在1918年，他就成功培育出了高产量玉米，这种杂交体系被称为 “双杂交” 。
唐纳德·琼斯（Donald F. Jones）
琼斯的玉米双杂交图示
考虑到农业科学实验的目的不仅仅是为了增产，同时也是为了农民和公众受益。在杂交实验初步成功后，琼斯仔细核算了高产玉米种子的生产成本和农民的购买力。他发现向农民销售杂交种子的想法切实可行。很快，琼斯的双杂交法得到了其它玉米育种学家的认可，其中包括他的好友，后来担任美国副总统的华莱士。
华莱士1926年成立了Hi-Bred 玉米公司，
1935年更名为Pioneer Hi-Bred玉米公司
1926年，华莱士成立了Hi-Bred玉米公司来种植琼斯的杂交玉米。这家公司也是世界上首个和最大的杂交种子公司。他们取得了巨大的成功，吸引了许多农场和公司纷纷加入杂交玉米的种植行列。到了1933年，美国已经完全进入了大规模商业生产杂交玉米的时代。有趣的是，在我能够查询到的历史记录里，中国在1948年也已经出现了美国杂交玉米的身影。据1948年9月24日《华北日报》报道：
中央农业实验所北平农事试验场，今年所作种子改良推广工作，获得空前成功，四月间中华救济团美援物资之“杂交四一六号”玉米品种，其在清河镇附近天主堂真福院农场推广者，较当地品种增产达两倍。
清河镇农民收割来自美国的杂交玉米
事实上，琼斯并非美国第一位尝试双杂交的人。创造了杂种优势（heterosis）一词的著名植物遗传学家歇尔（George Harrison Shull），就曾经在1950年举行的全美杂交会议上指出，他在1910年就进行了类似的杂交试验，也获得了高产量。不过，歇尔的兴趣在于遗传学实验，而非农作物的经济价值。特别值得一提的是，自双杂交系统建立以来，杂交玉米研究突飞猛进。更多的玉米繁育家，获得了比歇尔和琼斯所分离的植株具有更强生命力的杂交玉米。他们甚至可以直接采用单杂交种替代双杂交种生产出杂交种玉米。
高产杂交玉米的诞生是现代遗传学快速发展的成果。到了1970年代，生物化学家们再次改变了生物和农业领域的面貌，他们发明了基因工程技术。自1996年转基因玉米大量在美国大量应用以来，目前，美国超过90%的玉米来自转基因作物。随着今日的基因编辑技术和基因组学的快速发展，农业领域或许将再次迎来一场革命性的变革。
如今生物和农业研究机构众多，康州农业实验站已经鲜为人知。不过，杂交玉米的诞生历史依然值得人们铭记，因为它标志着科学在农业研究中发挥的重要作用，记录了一群将自己奉献给科学和民众的科学家，也记录了一所大学曾经如何全力信任和支持自己的教授的博大情怀。
作者简介：
洪纬，生物学硕士，科学技术史博士。现在耶鲁大学养养动物，做做实验，读读历史。兴趣广泛，重点关注生物学史和疾病史。
参考文献：（上下滑动可浏览）
[1]耶鲁大学档案。
https://archives.yale.edu/repositories/12/resources/3072
[2]Horsfall, J. G. (1992). The pioneer experiment station (1875-1975). Union College Press, p12.
[3]Osborne, T. B. (1909). Samuel William Johnson. Science, 30(769), 385-389.
[4]Hopkins, C. G. (1911). The Story of the Soil. The Gorham Press, p15.
[5]Britton, W. E. (1931). Edward Hopkins Jenkins. Science, 74(1926), 537-538. DOI:10.1126/science.74.1926.537
[6]Becker, S. L. (1976, April 9). Donald F. Jones and Hybrid Corn. Lockwood Lecture, The Connecticut Agricultural Experiment Station.
[7]美国杂交玉米种子在平推广收获优良. (1948年9月24日). 华北日报, 第4版.
[8]美国农业部。
https://www.ers.usda.gov/data-products/adoption-of-genetically-engineered-crops-in-the-u-s/
欢迎关注我们，投稿、授权等请联系
[email protected]
合作请添加微信SxsLive2022
继续阅读
阅读原文