育一株“青春”大白菜

劉一穎

2023年春節(jié)剛過，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)國重樓8樓的蔬菜生殖機(jī)理及育種應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室，就迎來了博士研究生楊琳、惠基運(yùn)和碩士研究生楊柳、吳曉宇、崔曉爽。雖然當(dāng)時(shí)距離開學(xué)還有20多天，但他們提前回到學(xué)校，進(jìn)行授粉試驗(yàn)。

1月26日凌晨，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了他們所在的段巧紅教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果——揭示了大白菜等十字花科蔬菜通過調(diào)控柱頭活性氧水平以維持種間生殖隔離的分子機(jī)理，并研發(fā)了打破遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的育種技術(shù)，成功獲得了大白菜的種間、屬間遠(yuǎn)緣雜交胚，開辟了遠(yuǎn)緣雜交育種的新思路和新途徑。

五年來，這支成員平均年齡27歲的科研隊(duì)伍，潛心研究大白菜關(guān)鍵育種技術(shù)，用理論創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新為中國蔬菜種質(zhì)創(chuàng)制和新品種培育奠定基礎(chǔ)。“黨的二十大報(bào)告提出，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。我們科研工作者要大膽嘗試，勇于攀登科技高峰。”山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師段巧紅說。

“太陽剛出來，就要趕到試驗(yàn)田”

做十字花科蔬菜育種與有性生殖機(jī)理研究，季節(jié)性困難是個(gè)大問題。新學(xué)期伊始，段巧紅來到實(shí)驗(yàn)室，開始為育種工作做準(zhǔn)備。一年之計(jì)在于春，蔬菜更是如此。春季涉及性狀調(diào)查、授粉和收種等多個(gè)環(huán)節(jié)，稍有不慎就會(huì)錯(cuò)過大白菜育種的黃金時(shí)節(jié)。

“白菜長得慢，開花需要三個(gè)月。雖然我們通過設(shè)施農(nóng)業(yè)，一年能種出多季白菜，但春天白菜花開得最好，也是做實(shí)驗(yàn)的最佳時(shí)節(jié)。”為保證充足的實(shí)驗(yàn)材料，段巧紅團(tuán)隊(duì)每三個(gè)星期要種一批白菜，每批200多株。他們在總結(jié)秋冬實(shí)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，把重要的或需要擴(kuò)大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)放在春天。“每年春天，太陽剛出來，我們就要趕到試驗(yàn)田，搶抓有利時(shí)機(jī)采花、授粉，時(shí)間緊、任務(wù)重、勞動(dòng)強(qiáng)度大。但大家從不抱怨，只想著抓緊時(shí)間工作，把握大好春光。”段巧紅說。

實(shí)驗(yàn)室里，大家各自忙碌，偶爾低聲交流。楊琳說，專業(yè)上的收獲和成長讓自己的學(xué)術(shù)信念更加堅(jiān)定。“團(tuán)隊(duì)凝聚力特別強(qiáng)，大家一起努力拼搏、攻堅(jiān)克難。”她告訴記者，只要段老師沒有外出參會(huì)，即使是周末也和大家泡在實(shí)驗(yàn)室或試驗(yàn)田；團(tuán)隊(duì)教師黃家保常常凌晨一兩點(diǎn)才走出實(shí)驗(yàn)室。

功夫不負(fù)有心人。五年內(nèi)，段巧紅團(tuán)隊(duì)三篇科研論文登上國際重量級學(xué)術(shù)期刊。2020年3月，《自然》主刊發(fā)表團(tuán)隊(duì)科研成果，揭示了被子植物阻止多個(gè)花粉管進(jìn)入胚珠的分子機(jī)制，在分子與生化水平上解析了被子植物有性生殖機(jī)理；時(shí)隔僅一年，2021年5月，《當(dāng)代生物學(xué)》在線發(fā)表了團(tuán)隊(duì)的最新成果，證實(shí)了活性氧是維持大白菜自交不親和的必需因素，解析了植物抑制自花花粉以防止“近親婚配”的分子機(jī)制。“最新的學(xué)術(shù)論文也是基于此前研究，進(jìn)一步探索的成果。”段巧紅說。

“試錯(cuò)成本太高”，也要敢嘗試

1996年出生的楊柳正在安排實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。加入團(tuán)隊(duì)三年，她感觸最深的就是，團(tuán)隊(duì)對青年給予充分的信任與支持。“段老師常鼓勵(lì)我們大膽動(dòng)手，只要對實(shí)驗(yàn)進(jìn)展有幫助，即使藥品、材料或者儀器貴重，也都支持我們嘗試和利用。”

蛋白的亞硝基化實(shí)驗(yàn)，讓楊柳印象深刻。一個(gè)亞硝基化檢測試劑盒近5000元，只能做10次。“比起實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，更珍貴的是時(shí)間。實(shí)驗(yàn)所需的擬南芥柱頭，準(zhǔn)備起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需提前一天去雄，一次收集近500個(gè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果近一周才出，試錯(cuò)成本太高。”楊柳說，“在老師的指導(dǎo)下，我們做足準(zhǔn)備，歷經(jīng)兩個(gè)月，終于成功了。”

黨的二十大報(bào)告提出，努力培養(yǎng)造就更多大師、一流科技領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、青年科技人才。作為團(tuán)隊(duì)帶頭人，段巧紅給予大家充分的自由和空間，但前提是必須有所創(chuàng)新，“科研必須要?jiǎng)?chuàng)新才有價(jià)值，不是簡單地把別人的東西拿過來重復(fù)。”

對實(shí)驗(yàn)成敗，段巧紅團(tuán)隊(duì)有著清晰冷靜的認(rèn)識(shí)。“做實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)成長的過程，失敗也有可能是創(chuàng)新的開始。”吳曉宇告訴記者，“團(tuán)隊(duì)進(jìn)行某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，倘若一位同學(xué)失敗了，老師會(huì)請另外幾位同學(xué)也來試試，看看是否還是失敗。即使實(shí)驗(yàn)成功了，也要再試試，找到成功的因素。”

去年寒假，因無法按時(shí)返校播種，學(xué)生擔(dān)心不能及時(shí)獲得充足的植物科研材料。為了讓學(xué)生全身心投入學(xué)術(shù)研究，黃家保每天穿梭在實(shí)驗(yàn)室與大棚之間，按照每位學(xué)生的需要播種、育苗，并及時(shí)向他們“匯報(bào)”植物生長情況。2018級博士研究生張麗麗說：“如果不是老師‘出手相救，我的科研進(jìn)度至少要推遲一年。”

“扛起這面大旗，是我們的使命”

提到大白菜研究，繞不過山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授李家文。自20世紀(jì)50年代開始，他對大白菜的生長發(fā)育周期和生理進(jìn)行科學(xué)研究，系統(tǒng)地闡述了大白菜生長發(fā)育和栽培技術(shù)的關(guān)系，被視為中國大白菜理論研究的奠基者，有“中國大白菜教授”的美譽(yù)。

“如果沒有李教授這面大旗，我可能不會(huì)如此堅(jiān)定地選擇大白菜作為研究方向。扛起這面大旗，是我們的使命。”段巧紅說，自己出國做博士后研究，是為了更好地了解學(xué)術(shù)前沿，掌握科學(xué)方法，回國開展學(xué)術(shù)攻關(guān)。面對國內(nèi)多所高校和科研機(jī)構(gòu)拋出的“橄欖枝”，2017年底，她毅然選擇了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)。

“當(dāng)年，我7月底到校，8月初上班，使用經(jīng)費(fèi)和儀器設(shè)備在合規(guī)的前提下，一路綠燈。實(shí)驗(yàn)室很快就建起來并投入使用。”她特別提到，科研方向的選定，得到了學(xué)校的大力支持。“經(jīng)過充分討論，選擇在十字花科蔬菜作物的有性生殖領(lǐng)域開展研究，繼續(xù)圍繞我博士后期間的課題‘花粉與雌蕊相互作用調(diào)控植物受精過程的分子機(jī)制進(jìn)行探索。”

隨著副教授黃家保、曹蕓運(yùn)加入研究，三人在十字花科作物自交不親和、遠(yuǎn)緣雜交不親和方面分工協(xié)作，團(tuán)隊(duì)研究快速有序，不斷向前推進(jìn)。如今，團(tuán)隊(duì)把目光聚焦于新的目標(biāo)：開展作物種業(yè)基礎(chǔ)研究，聯(lián)合上中下游不同育種單位開展良種聯(lián)合攻關(guān)。

“黨的二十大報(bào)告提出，突出原創(chuàng)，鼓勵(lì)自由探索。希望通過我們的努力，研發(fā)出真正促進(jìn)蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效手段和工具，盡快實(shí)現(xiàn)從‘0到1的概念突破和從‘1到100的應(yīng)用轉(zhuǎn)換。”這是段巧紅和團(tuán)隊(duì)青年科學(xué)家的夢想。

編輯/刁艷杰

Cultivate a Cabbage of “Youth”

Before the beginning of a new semester， at 8：00 AM， PhD students Yang Lin and Hui Jiyun， along with postgraduates Yang Liu， Wu Xiaoyu and Cui Xiaoshuang arrived at the Vegetable Laboratory for Reproductive Mechanism and Breeding Application on the eighth floor of the Guozhong Building， Shandong Agricultural University. Though there were over 20 days left before a new term began， they had returned to school ahead of schedule for pollination testing.

In the small hours of January 26， the international academic journal Nature published online the latest research finding of their team led by Prof. Duan Qiaohong， which revealed the molecular mechanism of the Brassicaceae including Chinese cabbage that maintains inter-specific reproductive isolation by controlling the ROS（reactive oxygen species） level of stigmata. Besides， they researched and developed a breeding technique breaking the reproductive isolation of distant hybridization， successfully obtained the inter-specific and inter-generic distant hybrid embryos of cabbage， and put forward a new idea and approach for distant hybridization breeding.

Over the past five years， the research team， with an average age of 27， has been concentrated on studying the key breeding technique of cabbage， and utilizing theoretical and technological innovation to lay a foundation for germplasm creation and new variety cultivation of Chinese vegetables. In March 2020， the teams research finding was published in a regular issue of Nature， which revealed the molecular mechanism of angiosperm preventing multiple pollen tubes from entering an ovule， and analyzed the sexual reproduction mechanism of angiosperm on the molecular and biochemical level； in May 2021， Current Biology published online their latest finding， which confirmed that ROS is a necessary factor for maintaining the self-incompatibility of cabbage， and parsed the molecular mechanism of plants inhibiting self-flowering pollen so as to avoid “inbreeding”.

“The report to the 20th CPC National Congress proposes improving the capacity for independent innovation. As researchers， we should make bold attempts， and strive to climb the peaks of science and technology，”said Duan Qiaohong.