
數(shù)十載科研歲月為國家植物園體系建設(shè)奠定科研基礎(chǔ)
在南方的海島上采集土壤樣本分析土壤里的“生態(tài)圈”、在戈壁灘研究胡楊遇上沙塵暴、與甘薯天敵小象甲“斗智斗勇”……一群植物研究科研學(xué)者上山入林,為改善作物追根溯源,從自然的基因圖譜中尋找神秘的蛛絲馬跡,為保護(hù)生態(tài)多樣性提供科研基礎(chǔ)。
“植”根科研,青春“園”夢。他們是華南國家植物園的科研人員。一顆種子、一片綠葉背后都留有他們與植物王國的科研故事。從“新苗”再到“佳木”,一代代工作者和植物研究科學(xué)家扎根科研沃土,薪火相傳。
以數(shù)年為標(biāo)尺的科研生活在很多人眼中仿佛一個(gè)“不求回報(bào)”的過程,而在他們看來,研究過程中的每一個(gè)發(fā)現(xiàn),某種程度上也可以說是人類跨向未知領(lǐng)域的一小步,哪怕很小,都是一個(gè)驚喜。
華南國家植物園在廣州揭牌,這群科研工作者又迎來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。華南國家植物園將有望為地方科研人才培養(yǎng)搭建更大更廣的科研平臺。而對于廣州來說,培育更多一流科技領(lǐng)軍人才、高層次人才和高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)有了更充分的環(huán)境,一支具有國際競爭力的青年科技人才后備軍正在形成。
俯瞰中國科學(xué)院華南植物園農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)研究中心茶園。
上山入林
“冰與火”間逐夢植物王國
早上9點(diǎn),中國科學(xué)院華南植物園研究員王寶生來到實(shí)驗(yàn)溫室,仔細(xì)觀察抗旱處理中的櫟屬材料栓皮櫟,研究材料狀態(tài),并拍照記錄。僅對同一材料的觀察就要持續(xù)數(shù)月,而隨后的數(shù)據(jù)分析工作量則更大?!耙闱宄粋€(gè)物種已經(jīng)非常困難了?!蓖鯇毶χf。
在溫室中的工作相對來說已經(jīng)非?!笆孢m”,作為植物科研學(xué)者,上山入林是他們更為熟悉的日常。
大漠孤煙對于王寶生來說,不是書上的詩句,而是工作的場景。多年前他跟隨導(dǎo)師在西北的戈壁灘上研究胡楊,戈壁灘上一望無際的“荒蕪”是他至今都記得的場景,唯一高聳的植物是胡楊。
“胡楊是一種極度耐旱耐鹽堿的植物,一般都生長在非常干旱的地方。我們出門的時(shí)候只帶了4瓶礦泉水,預(yù)計(jì)的時(shí)間是早上9點(diǎn)到下午3點(diǎn),應(yīng)該夠喝了?!蓖鯇毶貞?,結(jié)果出門兩個(gè)小時(shí)他們就喝完了所有的水??诳孰y耐的時(shí)候還遭遇了沙塵暴,手機(jī)沒了信號,兩個(gè)人在漫天黃沙里迷了路,直到了下午2點(diǎn),才被兩個(gè)當(dāng)?shù)厝藥С隽烁瓯跒?/span>
如今回憶起這段往事,王寶生感嘆的卻是胡楊的保護(hù)。大片由當(dāng)?shù)貙W(xué)校掛牌研究的胡楊都難以存活,耐干旱耐鹽堿的大樹徑胡楊也扛不過環(huán)境的污染和惡化。
多年過去,這樣一件軼事還在王寶生的腦海里,也為他在華南國家植物園鉆研種間雜交的遺傳后果和適應(yīng)性意義埋下一顆火種。
“雜交在植物里面非常普遍也非常重要。通過分析物種基因組上的信息可以追溯出現(xiàn)有的物種是怎樣來的,這樣我們就可以根據(jù)它們的物種特性來制定保護(hù)策略,這也是保護(hù)生物多樣性的重要方法?!蓖鯇毶f。在他看來,廣州具有研究保護(hù)生物多樣性得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。
大自然總是將深?yuàn)W的科學(xué)道理用淺顯易懂的方式呈現(xiàn)在人類眼前,如同一粒種子的背后是一整個(gè)等待探索的宇宙。在上山入林采樣的過程中,王寶生善于發(fā)現(xiàn)也樂于研究這樣的規(guī)則。
野外監(jiān)測,“冰與火”的考驗(yàn),也常常降臨。野外樣地的建設(shè)、維護(hù)、樣品采集和動(dòng)態(tài)監(jiān)測……這樣的工作節(jié)奏是中國科學(xué)院華南植物園研究員、博士生導(dǎo)師魯顯楷的“家常便飯”。
在肇慶的鼎湖山,自2003年開始從事大氣氮沉降全球化影響森林生態(tài)系統(tǒng)健康和可持續(xù)發(fā)展研究以來,魯顯楷已經(jīng)持續(xù)“上山”十幾年,“最長的時(shí)候,有七八年吃住都在山上”。
濕熱天氣,常年待在山上,不僅常遇到蚊蟲叮咬,有時(shí)還會(huì)山高路陡跌倒摔跤,甚至淋成“落湯雞”。每當(dāng)講到鼎湖山自然保護(hù)區(qū)時(shí),他總是笑著調(diào)侃道:“鼎湖山保護(hù)區(qū)就是我的研究根據(jù)地?!?/span>
水滴石穿
十載攻堅(jiān)“薯”道難
螞蟻整齊排列的隊(duì)伍從蟻穴出發(fā),朝著食物前進(jìn)。有時(shí)候它們還會(huì)“交頭接耳”,傳輸信息。
趴著觀察昆蟲是很多孩子的童年記憶,同樣也是華南國家植物園農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)研究中心主任侯興亮對生物濃厚興趣的起源。如今他已經(jīng)成為中國科學(xué)院華南農(nóng)業(yè)植物分子分析與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,將熱愛變?yōu)樵谥参锇l(fā)育分子生物學(xué)攻堅(jiān)的動(dòng)力。
侯興亮介紹,作物對病蟲害的抗性是他的主攻方向之一?!案适硎潜U霞Z食安全的底線作物,我國甘薯產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的60%以上,但是全世界都沒有很好的方案去解決嚴(yán)重影響甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的病蟲害問題?!?/span>
甘薯種植危害最大的害蟲是甘薯小象甲。為了防蟲,種植戶只能噴灑農(nóng)藥。隨之而來的是農(nóng)戶生產(chǎn)成本的增加,更重要的是生態(tài)環(huán)境以及食品安全問題。培育天然抗蟲品種是大勢所趨,然而這卻是全球研究人員未攻克的問題。
甘薯作為最普遍的糧食、經(jīng)濟(jì)作物之一,這項(xiàng)科研為什么難?
“首先,要弄清楚甘薯的抗蟲機(jī)制很難,其次,要育種必須有抗蟲的材料,而這樣的材料迄今在全球領(lǐng)域都只有兩三個(gè),且抗性程度不高。”面對這樣的困難,侯興亮和科研團(tuán)隊(duì)笑稱自己的研究是“薯”道難。然而身處廣東,他們又具有天然的優(yōu)勢。
“甘薯在廣東、福建、廣西都分布很廣,我們與廣東海洋大學(xué)的朱宏波副教授合作,來回幾個(gè)省份收集了很多的資源,創(chuàng)建了比較高精度的抗蟲評價(jià)方法,對材料進(jìn)行分析。”侯興亮說。
5到8年的奔波和大量的測評工作,往返于15座城市,最終成功找了2份高抗材料。
“通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)甘薯對甘薯小象甲的抵抗依賴一種名為奎尼酸的代謝物及其衍生物??崴釋θ瞬]有毒性,但是會(huì)明顯抑制甘薯小象甲胰蛋白酶的活性,通俗來說就是甘薯小象甲吃了含有這種物質(zhì)的甘薯后,不舒服,所以它們就不吃了?!焙钆d亮說,含有高水平奎尼酸的天然抗蟲變異品種的甘薯抗蟲性強(qiáng)大,展示了一種有潛力的、兼具環(huán)境友好型和資源節(jié)約型的農(nóng)業(yè)抗蟲方案。
甘薯小象甲
一棵植物,從發(fā)芽到長大,短則數(shù)日,長則數(shù)年。而對于科研工作者而言,面對自然的廣闊,觀測的時(shí)間常以數(shù)十年計(jì)。面對全新領(lǐng)域的探索,結(jié)果也是不確定的。
“在野外,觀測常常受到天氣因素影響。遇到暴雨天氣,原本僅需一周的100棵樹苗日常光合作用監(jiān)測就會(huì)需要長達(dá)一個(gè)半月時(shí)間才能完成?!濒旓@楷說。
數(shù)十年如一日,魯顯楷和團(tuán)隊(duì)率先在鼎湖山“富氮”南亞熱帶成熟林進(jìn)行了11年的長期模擬氮沉降試驗(yàn)研究。
功夫不負(fù)有心人。2018年,他們提出了植物適應(yīng)性新假說,即“富氮”生態(tài)系統(tǒng)中的植物可以通過提升自身蒸騰能力適應(yīng)過量氮沉降來維持養(yǎng)分平衡,在國際上首次通過植物適應(yīng)性把生態(tài)系統(tǒng)“碳—氮—水”循環(huán)緊密結(jié)合起來。2021年,他們根據(jù)長期監(jiān)測研究進(jìn)一步提出了土壤碳吸存假說。該假說把氮沉降作為驅(qū)動(dòng)因子,為發(fā)展和完善陸地系統(tǒng)碳氮耦合循環(huán)模型提供了重要的機(jī)理支撐。該研究有望為中國森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯潛力評估和“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供決策基礎(chǔ)。
“要做科研,就要做好‘坐冷板凳’的準(zhǔn)備。但我相信‘水滴石穿’的道理,難題總有一天會(huì)被攻破。我就是想做別人沒有做過的東西,當(dāng)自己的成果對國家有用、得到國內(nèi)外同行認(rèn)可時(shí),才是我最幸福的時(shí)候?!濒旓@楷說。
數(shù)十載科研歲月,一代代植物生態(tài)學(xué)者以水滴石穿的毅力,突破了一個(gè)個(gè)難關(guān),取得了一次次成就,為植物園發(fā)展打下基礎(chǔ),成為植物科學(xué)的廣州力量。
走向未來
傳承創(chuàng)新寫就綠色名片
從空中俯瞰,滿目綠意。一片片茶園中,支起一個(gè)個(gè)白色半透明的棚。中國科學(xué)院華南植物園農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)研究中心副主任楊子銀和他的團(tuán)隊(duì)就在其中開展實(shí)驗(yàn)。
頭戴草帽,忙碌在茶園之間,他們心中懷抱著一個(gè)關(guān)于茶葉的“家國夢”。“讓中國茶走向全世界,是我們的理想?!睏钭鱼y說,從入行到熱愛,這個(gè)夢支撐他在科研路上不斷前行。
茶樹沒有甘甜的果實(shí),卻牽動(dòng)全球60多個(gè)國家的經(jīng)濟(jì),影響30億人口的生活。很多人都喝茶,而小小茶葉背后,承載著支撐茶區(qū)經(jīng)濟(jì)、滿足健康消費(fèi)、穩(wěn)定擴(kuò)大就業(yè)、助力扶貧、服務(wù)鄉(xiāng)村振興等諸多任務(wù)。
“實(shí)際上,我們國家的茶園面積和年產(chǎn)量是世界上排名前列的,但是畝產(chǎn)值卻在全世界十大產(chǎn)茶國中比較靠后。有效提升茶葉的品質(zhì)和效益迫在眉睫?!睏钭鱼y說。
從脫貧攻堅(jiān)、鄉(xiāng)村振興到“雙碳”發(fā)展,從生態(tài)恢復(fù)到保護(hù)生物多樣性,我國植物研究一線總是活躍著華南國家植物園科研人員的身影。
海風(fēng)拂面,烈日當(dāng)頭。在我國熱帶諸多海島上都曾留下中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)與環(huán)境科學(xué)研究中心主任劉占鋒科研團(tuán)隊(duì)的腳印。
對于普通游客來說,海島只是海洋景觀的一部分,而對于劉占鋒來說,海島上的土壤正是重要的研究對象之一,這其中也不乏人工海島。
“人工海島只有形成自我循環(huán)、自我維持的生態(tài)系統(tǒng)才能成為真正意義上的‘海島’,在種植合適的植物同時(shí),營造適宜的土壤環(huán)境也非常重要?!眲⒄间h說。
從一座人工島到一座真正的“海島”,背后是自然生態(tài)系統(tǒng)的活力。
“自然生態(tài)系統(tǒng)通常可以分為地上的生產(chǎn)者和地下的分解者兩個(gè)部分?!眲⒄间h說,土壤中的生物多樣性非常高,組成了一個(gè)“大家庭”,構(gòu)成了地球活的皮膚。在地球表面,土壤生物的活躍給地球帶來了無限生機(jī)。而不同土壤的生物協(xié)同作用,也在深深影響著地球的生態(tài)環(huán)境。因此,對土壤生物多樣性的保護(hù)與恢復(fù)對于整個(gè)社會(huì)的綠色發(fā)展都具有非常重要的意義。
如今,華南國家植物園建設(shè)不僅為一座城市帶來了新的建設(shè)階段,更為城市科研工作帶來新的機(jī)遇,為城市發(fā)展打開了綠色化生態(tài)化的大門。
“在植物園的建設(shè)中,把我們的科研學(xué)科做得更扎實(shí),應(yīng)用更廣泛,這將是我們未來‘走出園,融入城’的一個(gè)重要方向。”劉占鋒說。
在科研路上,許多先行者和一線的科研工作者的精神持續(xù)鼓舞著后來者。華南國家植物園不斷在創(chuàng)新中發(fā)展,在傳承中延續(xù)新時(shí)代科學(xué)家精神。
“華南植物園升級為華南國家植物園,不僅是機(jī)遇,也有挑戰(zhàn)。一方面,作為植物資源的寶庫,在支撐、助推經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮作用;另一方面,我們期待通過更加智慧的手段,將科普送到民眾身邊?!睏钭鱼y期待,科研的成果能進(jìn)一步走出園,融入到城市的建設(shè)與發(fā)展當(dāng)中。