晶报记者姚慧苹实习生张冉/文
晶报记者赖犁/图
深圳植物学家黄三文一直记得小时候的一个经历:奶奶在地里种了黄瓜,熟了以后,他偷偷去摘来吃,谁知道黄瓜吃到一半,就变苦了。
黄瓜为什么吃着苦?这个童年困惑,一直留存在黄三文的记忆深处。当成年的黄三文做了国际黄瓜基因组计划以后,他和团队用长达5年的研究,终于破解了这个童年之谜。
7月23日至29日,第19届国际植物学大会将在深圳举行。这是深圳向世界展示绿色魅力,让深圳市民详尽了解深圳的生态环境的一次绝妙机会。晶报记者也借此带您走近本土植物学家、学者们,探究他们鲜为人知的绿色世界。
他研究黄瓜、番茄、马铃薯
他带领团队完成世界上第一个黄瓜基因组框架图、第一张黄瓜变异组图谱,在世界顶尖级别的科学刊物《Science》《Nature》(《科学》《自然》)分别发表国内蔬菜研究领域的第一篇论文,确立了我国在该研究领域的国家优势地位。中国农业科学院深圳农业基因组研究所所长黄三文研究员无疑在植物研究领域做出了开创性的工作,科研成就硕果累累。
为什么会到深圳工作?黄三文介绍,年2月,在世界百强名校之一的荷兰瓦赫宁根大学获得植物育种学博士学位后,他回国继续植物基因组研究工作,并与华大基因长期合作。
年,华大基因的项目来到深圳。“深圳自然环境很好,整个城市比较有活力,作为移民城市,在深圳看到年轻力量的机会比较多。”大致了解深圳的情况后,带着憧憬的黄三文决定跟随项目一起来深圳。年,中国农科院在深圳成立了生物育种创新研究院和农业基因组研究所。根据单位的安排,黄三文顺理成章地留在深圳继续科研工作,一留便是3年。
回国以来,黄三文一直致力于通过组学研究,带动国内蔬菜生物学研究与育种。基因组、变异组这些大众鲜少听说的专业名词,充斥在黄三文的科研工作中。但其实,他的研究对象是大家再熟悉不过的东西——通过对黄瓜、番茄、马铃薯等最常见蔬菜的基因进行研究,黄三文及其团队获得的研究成果,显著提升了我国蔬菜学科基础研究水平和国际影响力。
深圳植物学家黄三文在实验室内查看植物生长情况并一一记录。
一个多月内,他们品尝了6万多棵黄瓜的叶子
童年吃到苦黄瓜的记忆一直在黄三文的脑海里挥之不去。“做了国际黄瓜基因组计划以后,我们在研究黄瓜的时候,发现了黄瓜的苦味物质——葫芦素!”
经过长达5年的研究,黄三文研究团队终于发现了控制黄瓜苦味物质的葫芦素合成的9个基因,并找到了2个在果实和叶片中控制这9个基因的调控基因。
事实上,在果实里控制葫芦素合成的这个调控基因是一个“驯化基因”。“就像人类驯狼成狗的过程一样,把野狼驯化成狗,需要把它野性的部分去掉。”黄三文解释,在人类将野生黄瓜“驯化”为栽培黄瓜的过程中,把味道甘甜的黄瓜留下继续种植,把带苦味的黄瓜弃去。经过一代代的挑选,黄瓜才由野生植物变成栽培植物。但在自然状态下生长的黄瓜,依然在叶片中保留了苦味。遇到干旱、高温等逆境的条件,调控基因“失灵”,苦味会被重新释放出来。
在研究黄瓜基因组时,黄三文印象最深刻的是,整个团队20多人在一个多月的时间内,一共品尝了6万多棵黄瓜的叶子。这些黄瓜都来自试验田,为了从中找到叶子不苦的黄瓜突变体,研究人员决定用最简单的方法——用舌头来判断苦味。为避免误差,每根黄瓜的样品需要3位研究人员分别试吃。18万次的试吃,黄三文团队终于发现了两株叶片不苦的黄瓜,使研究取得突破。
“现在回想起来,可能我小时候吃的那个黄瓜,正是因为干旱,所以才变苦的。”黄三文感慨,全国大约有万户农民,使用面积达万亩的土地种植这种容易变苦的黄瓜。对于这些农民而言,这个问题非常严峻。因为黄瓜一旦变苦,他们就会面临果实卖不出去的困境。获取这个信息后,黄三文团队培育出了不苦黄瓜的系列品种,使得这万户农民不再受到这个问题的困扰。
“从基因组到实际应用,因为一个小小的发现,我们就能改变几百万户农民的命运。”黄三文说。
袁隆平的水稻启蒙了他
面对成功,黄三文表现得十分低调。
这种低调与平和,体现出一位植物学家身上最基本的科学精神。“我研究的是基因组学,基因组是指一个生物体所有基因的总称。”谈论起自己的科研工作,黄三文仅是用平静的语气、通俗易懂的词汇向来人介绍其中的奥秘。“比如说,人的基因组有20个基因,30亿个碱基,这些碱基可以看成是一个个‘字母’。我研究的蔬菜中,黄瓜也有近20个基因,但是只有3亿个碱基,和人类相比少了10倍。”
黄三文认为,人的生老病死大部分由基因组来决定,植物的生长和发育,很大程度上也是由它的基因组决定的。所以,植物学家研究某种植物的基因组,就能掌握其生命规律。熟知植物的基因组后,人类可以运用这些知识来操控植物的生长,为人类服务。黄三文自豪地笑道,“可以说,基因组在整个生命学科里是最有发展前途的,也是发展最快,最有潜力的学科。它是一个由生物学、数学、计算科学交叉形成的学科。”
“我还记得,袁隆平的杂交水稻研究出来时,产量一下子翻了一番。”回忆起与植物学最初的渊源,黄三文第一时间就想起了这位在中国人尽皆知的卓越科学家,“世界杂交水稻之父”袁隆平。
回望黄三文的成长经历,也许就不难明白他对植物的热爱和科研的信仰——作为农村长大的孩子,黄三文家里也有十几亩地。袁隆平的研究成果令黄三文第一次得知,原来科技在农业方面可以起到这么大的作用。黄三文回忆,年幼的他也曾有过一个质朴的梦想:希望自己有朝一日也能像袁隆平一样,运用自己所学的科技知识,研究出科学成果,帮助家里的农地达到更高的产量。“那时候就觉得,做农业挺好的,可以帮助有需要的人。”
刘仲健教授指导学生清理兰苗杂草。
他发现了以深圳命名的兰科新种
与黄三文不同,刘仲健的植物研究看着更“高端些”。他研究的是兰科植物(俗称兰花)。丹霞兰、槽舌兰、布袋兰、虾脊兰、疣花三角兰、心启兰、墨兰、小兰屿蝴蝶兰、杏黄兜兰……这些一般人感觉陌生的兰科植物,却是他多年研究、实验室里相伴的对象。
这位深圳市国家级领军人才、鹏城杰出人才、国务院特殊津贴专家,如今是国家兰科植物种质资源保护中心、深圳市兰科植物保护研究中心主任、首席科学家、教授、教授级高级工程师,中国野生植物保护协会副会长兼兰科植物保育委员会主席,中国兰花学会副理事长,IUCN兰花专家组亚洲委员会副主席。同时,他还同时担任着清华大学深圳研究生院兼职研究员,福建农林大学闽江讲座教授,华南农业大学丁颖讲座教授,渤海大学客座教授等职务。他建立了兰科2个新亚族,10个新属,80多个新种。在《Nature》《NatureGenetics》《PNAS》等期刊发表论文多篇,出版专著17部,获科技奖励近20次。
《深圳自然笔记》作者南兆旭曾在一次活动中满怀热情地说过,“深圳的自然资源非常丰富,野生高级植物就超过2种,各类动物更是不计其数……”虽然是不折不扣的异乡人,但南兆旭早已在与深圳相处的无数个日日夜夜里对深圳这座城市产生了浓烈的家园感,其中的一个体现便在于他对这座城市的花花草草有不一般的感觉。
刘仲健也是在研究“花花草草”。但显然,他的生活没有那么诗意——为了摸清中国特别是深圳市野外兰科植物资源,从年开始,刘仲健领导成立了野外调查队,发现了两个以深圳市为模式产地并以深圳命名的兰科新种:深圳香荚兰和深圳拟兰。但是,这两个物种从发现之时起就已处于濒临灭绝的境地。
目前,已对这两个物种进行抢救性保护防止它们灭绝。这些新类群的发现,特别是一些重要类群分布北缘居群的发现对丰富这些类群的种质资源和遗传资源具有重要意义。同时,深圳香荚兰是生产香精的很好材料,可以发展成为新产业。且这一切的背后,是长年累月在荒山野外风风雨雨一次次的探寻。
以深圳命名的兰花深圳香荚兰。陈利君/摄
以深圳命名的兰花深圳拟兰。陈利君/摄
威胁野兰生存的不是自身生物学缺陷
刘仲健也是世界上首次成功将我国的国际一级濒危兰科物种回归自然,创立兰科植物保护新模式的人。
怒山的杏黄兜兰(Paphiopedilumarmeniacum),就是这样一个典型的案例。作为中国特有的国际一级保护的濒危物种,杏黄兜兰野外资源已濒临灭绝。刘仲健通过对杏黄兜兰繁殖式样、物候和生命周期等生物学特性和生境需求、群落结构特征等生态学习性进行研究,提出了原产地野外生态观测与迁地保护—繁育—回归原产地的保护新模式,成功地将杏黄兜兰恢复了野外种群。“狗”,还原成了“狼”,这是另一种形态的驯育。
不过,让刘仲健感慨的,威胁野兰生存的,不是其自身存在的生物学缺陷,而是生长空间被完全剥夺和人为灭绝性采集。
在刘仲健组织、指导下,经过二十多年的努力,兰科中心建立了中国首个国家级兰科植物种质资源库,建成世界上保存中国兰科植物物种最多的基地,也是世界上名列前茅的兰科植物保护中心,收集和迁地保存的兰科植物从原来单一的千余株商业品种,积累到目前中国几乎所有的兰科物种和世界重要的兰科植物以及种质资源样本份,活体植株万株,这一大批极其珍贵的资源,具有难以估量的经济价值和科学研究价值。
这株花序长得像狐狸尾巴的狸尾豆是唐佳梦在公园南区意外发现的,在她办公室二楼的小阳台,有她不少“捡”回来的宝贝。
人类成长史对植物驯化不可缺失
唐佳梦也是一个驯化植物的人。
唐佳梦从小便有一个关于植物的梦。来自湖南邵阳的她,小时候曾与一位老中医结下忘年交。跟随老中医上山采药的经历,是她最初对植物产生兴趣的起点。她还记得,那些从山上采摘回来的植物在她身上留下的清新气息。
但在她长大后,唐佳梦在家人的期盼中前往长沙学习计算机专业。毕业后,唐佳梦在朋友的介绍下来到深圳工作。尝试了公司文员、技术专员、广告专员等多种工作,但唐佳梦总觉得在她的职业生涯里缺了些什么。在她的业余时间里,植物一直是她精神上的寄托。因为植物,她更结识了一批志趣相投的朋友。一到节假日,她便去郊区探访植物。几年的功夫,深圳很多山野沟涧都留下了她的脚印。
年,朋友的一句话唤醒了她,“你对植物这么热爱,就应该从事植物相关的工作!”于是,唐佳梦毅然放弃了当时的工作,开始接触植物相关的工作,并报考了华南农业大学的园林技术专业。年9月,她来到深圳市红树林湿地保护基金会工作,任高级保育专员一职,负责福田红树林生态公园中的植物引种、保育、景观等生态修复工作。
“虽然几个月的时间里,我被晒黑了好多。但是,在公园里和同事们一起工作,每天看着公园里的花草树木,我不觉得累,也比从前开心了很多。”工作中,以往只对植物了解的唐佳梦,还将开始接触昆虫、两爬、土壤等其他领域的知识来充实自己,因为这些自然因素都是和植物的生长息息相关的。“我以前不懂生态学,但在工作中接触到这些之后,我对生态学更加感兴趣了,如今城市发展迅速,过度的开发对植物的生长环境产生了很大的影响,市民的生活又和植物密不可分,如何平衡自然与城市的关系,我需要继续学习,