田菁用于吉林長嶺鹽堿地的綠色治理。受訪者供圖

茁壯生長的田菁。受訪者供圖

圖據(jù)論壇主辦方

人物名片

　　曹曉風(fēng)：1965年生于北京，植物表觀遺傳學(xué)家，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院-英國約翰英納斯中心植物和微生物科學(xué)聯(lián)合研究中心共同主任、中國女科技工作者協(xié)會(huì)副會(huì)長。
　　“如果人生可以重來一次的話，我愿意打開更多視角，更多地去關(guān)注植物是如何與土壤互作、植物如何感知外界光溫變化以適應(yīng)各種環(huán)境，而不是僅僅關(guān)注植物遺傳學(xué)與生物化學(xué)?！痹?023年11月舉辦的世界科學(xué)家“她”論壇上，面對主持人的提問，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院-英國約翰英納斯中心植物和微生物科學(xué)聯(lián)合研究中心共同主任、中國女科技工作者協(xié)會(huì)副會(huì)長曹曉風(fēng)這樣回答。
　　在論壇間隙接受華西都市報(bào)、封面新聞?dòng)浾邔ＴL時(shí)，她分享了團(tuán)隊(duì)近年來努力的成果——一片片將貧瘠鹽堿化土地“染綠”的田菁圃。

奠基我國植物表觀遺傳研究 如今探索鹽堿地綠色治理

　　曹曉風(fēng)畢業(yè)于北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，隨后致力于植物表觀遺傳的基礎(chǔ)研究，并獲得了諸多成就，例如鑒定了水稻小RNA（核糖核酸）產(chǎn)生的關(guān)鍵因子及遺傳途徑，揭示了不同小RNA對水稻重要農(nóng)藝性狀的影響等，為我國糧食作物品種選育和培優(yōu)技術(shù)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。
　　為什么作為一位成果豐碩的植物表觀遺傳學(xué)工作者，曹曉風(fēng)近些年會(huì)選擇開拓一個(gè)全新的研究領(lǐng)域呢？或許是對如何平衡國家需求和研究興趣在指引著她。而那些正在東北荒原上茁壯生長的田菁，也證明著這位曾在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域有著卓越功績的科學(xué)家在應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域也將努力進(jìn)取，取得不凡成就。
　　這其實(shí)不是曹曉風(fēng)第一次選擇踏足新的研究領(lǐng)域。20年前，因?yàn)閻蹏閼眩闳环艞壛裘纼?yōu)越條件而回國的她就做過類似富有挑戰(zhàn)性的選擇。
　　回國前，曹曉風(fēng)曾受聘美國加州大學(xué)洛杉磯分校任助理研究員，與史蒂文·雅各布森研究員一起深入研究DNA（脫氧核糖核酸）甲基化產(chǎn)生、維持和重新建立的分子機(jī)理，在此領(lǐng)域積累了不少經(jīng)驗(yàn)，也在知名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表過多篇很有影響力的文章。
　　但回國時(shí)曹曉風(fēng)卻沒有選擇進(jìn)入擅長的DNA甲基化研究領(lǐng)域，而是轉(zhuǎn)向了當(dāng)時(shí)在我國才剛剛起步的組蛋白甲基化和小分子RNA研究領(lǐng)域。隨后，她結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況，以擬南芥和水稻為材料，開創(chuàng)性地解析了植物組蛋白甲基化和小分子RNA對植物生長發(fā)育的作用和調(diào)控機(jī)理，奠定了我國在國際植物表觀遺傳學(xué)研究領(lǐng)域的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　　近年曹曉風(fēng)看到我國的植物表觀遺傳學(xué)研究已在穩(wěn)步發(fā)展，于是，基于對新時(shí)代國家重大戰(zhàn)略需求背后的基礎(chǔ)科學(xué)問題的新思考，以及對我國搶占農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新制高點(diǎn)的探索欲望，她決定在進(jìn)行植物表觀遺傳學(xué)研究工作的同時(shí)，啟程探索一個(gè)新領(lǐng)域——鹽堿地生物改良。
　　在從事植物表觀遺傳這類基礎(chǔ)科學(xué)研究時(shí)，曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)的最終目的是選育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆的作物品種?？墒怯辛肆挤N之后呢？多數(shù)種子需要一塊適合生長的“良田”。但面對我們?nèi)丝诙?、耕地少的國情，而且許多地區(qū)耕地的質(zhì)量下降、鹽堿化日益嚴(yán)重，這意味著這些地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際上是不可持續(xù)的，存在糧食安全的重大隱患。于是，進(jìn)行“基于生物技術(shù)的鹽堿地改良”研究的想法便在她的心中萌生了。

亞熱帶繁盛“野草” 化身鹽堿地改良急先鋒

　　鹽堿地是最讓農(nóng)民發(fā)愁的土地類型，因?yàn)楦麑油寥赖柠}堿累積，導(dǎo)致大部分作物不能生長或大幅減產(chǎn)。這類土地廣泛分布于世界各地的干旱地帶和沿海地區(qū)，在我國主要分布于東北、西北以及東部濱海地區(qū)。根據(jù)土壤中鹽分種類的不同，可分為氯化物鹽土、硫酸鹽鹽土和蘇打鹽土等。
　　鹽堿地改良的方式有很多，包括工程、物理、化學(xué)及生物改良方法，例如在土地上“挖溝排鹽”，或是往地里放入石膏、有機(jī)化肥、泥炭等，這些改良方式可能作為治理重度鹽堿地的第一步是有效的，但也存在改良成本高、不可持續(xù)等原因，無法大面積應(yīng)用。
　　有沒有一種鹽堿地的治理方法是成本低、可持續(xù)的？曹曉風(fēng)從我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的精髓——“綠肥”中獲得了靈感，“過去沒有化肥，農(nóng)民就會(huì)種一些豆子做綠肥。豆科植物能把空氣中的氮?dú)夤潭ㄏ聛?，是天然的肥料。那能不能找到一些耐鹽堿、固氮能力強(qiáng)、生物量大的豆科植物來改良土壤？”曹曉風(fēng)回憶道。
　　據(jù)悉，豆科植物與根瘤菌共生可以將氮?dú)廪D(zhuǎn)化成植物需要的氮素營養(yǎng)。在豆科植物-根瘤菌共生中，豆科植物為根瘤菌提供合適的固氮環(huán)境及生長所必需的碳水化合物；作為回報(bào)，根瘤菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)變成含氮化合物，滿足豆科植物對氮素的需求。另外，固定的氮素也會(huì)釋放到土壤中，被其他植物利用。
　　為了找到能在鹽堿地上高效造肥的“豆子”，曹曉風(fēng)查閱了很多書籍資料，了解世界各地最耐逆、最強(qiáng)壯、最有活力的豆科植物。其間，在熱帶和亞熱帶地區(qū)生長繁盛的豆科植物田菁進(jìn)入了她的視線。
　　“我發(fā)現(xiàn)熱帶和亞熱帶沿海地區(qū)有特別多野生的田菁，長得很快很茂盛，那里甚至沒有什么土壤，周圍都是海。當(dāng)時(shí)我想它應(yīng)該耐鹽堿，后來我們做實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，它的確特別耐鹽堿?！庇谑恰胞}堿地改良小能手”就這么被曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)發(fā)掘了。
　　之后，曹曉風(fēng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在全國各地試種田菁，確定了它是一種非常能“忍受”逆境的植物，不僅耐鹽、耐堿，還耐酸、耐澇，生長適應(yīng)性很廣，尤其是在重度鹽堿地能較好地生長、產(chǎn)生固氮根瘤。

“田菁培優(yōu)計(jì)劃”：尋找最適配鹽堿地的“菁堅(jiān)強(qiáng)”

　　然而在曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)確定田菁有望用于鹽堿地改良之初，他們并沒有專門針對適用于鹽堿地的田菁種質(zhì)資源。在此之前，我國大面積種植田菁主要是用于生產(chǎn)替代瓜爾膠的田菁膠，并非為了鹽堿地的治理。
　　于是，為了得到與惡劣鹽堿地更“適配”的田菁資源，曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)基于前期收集到的來自世界各地的400多份田菁種質(zhì)資源，開展了“田菁培優(yōu)計(jì)劃”。
　　一方面，他們將已經(jīng)收集到的田菁種質(zhì)在全國不同的地區(qū)進(jìn)行種植，觀察它們的開花時(shí)間、生長狀態(tài)等，同時(shí)選擇更耐酸、堿、鹽等不利環(huán)境的品種；同時(shí)完成了普通田菁的基因組測序，獲得了端到端、無基因組縫隙的首個(gè)普通田菁基因組圖譜，為更好地理解普通田菁鹽堿耐受性的分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。
　　另一方面，團(tuán)隊(duì)成功建立了田菁的雜交研究體系，“它的雜交其實(shí)很不容易，我們團(tuán)隊(duì)的唐丁和賈亞軍老師花了幾個(gè)月的時(shí)間，嘗試了很多方法，終于把它雜交成功了。雜交成功就可能產(chǎn)生新的遺傳組合，培育出比父本、母本更優(yōu)秀的品種?！辈軙燥L(fēng)解釋道。
　　此外，隨著“田菁培優(yōu)計(jì)劃”的實(shí)施，田菁的基因編輯研究體系也已經(jīng)建立，為后續(xù)利用基因編輯手段改良田菁打下了基礎(chǔ)。
　　目前，團(tuán)隊(duì)已成功選育出6個(gè)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的田菁新品系，其中兩個(gè)“中科菁”品系已通過國家草品種區(qū)域試驗(yàn)申請。
　　2023年9月，在中國科學(xué)院“黑土糧倉”科技會(huì)戰(zhàn)松嫩平原大安示范區(qū)長嶺示范基地的重度鹽堿地上，曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)選育的耐鹽堿、肥飼兼用型“中科菁”系列田菁品系測得畝產(chǎn)鮮草2513.46公斤，標(biāo)志著這一田菁品系在貧瘠的重度鹽堿地上也能生長并豐收。
　　資料顯示，松嫩平原有近400萬公頃的鹽堿地，被視為中國糧食增產(chǎn)最具潛力的地區(qū)之一。大安示范區(qū)是“黑土糧倉”科技會(huì)戰(zhàn)的重要“戰(zhàn)場”，而鹽堿地田菁種植改良技術(shù)則是科研攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在該示范區(qū)落地生根的重點(diǎn)工作之一。

既能治鹽堿又能當(dāng)飼料 但想“種好”仍需研究

　　根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織關(guān)于世界土壤健康的報(bào)告，全球有超過10億公頃的土地受到不同程度鹽堿化的影響，我國有各類可利用鹽堿地總面積超過5億畝。土壤鹽堿化已成為世界性難題。如果能解決這個(gè)問題，全球糧食產(chǎn)量將大幅提升。
　　“黑土糧倉”科技會(huì)戰(zhàn)中田菁的成功種植，無疑證明這種極度耐鹽堿的豆科植物或?qū)榻鉀Q這一難題提供新途徑。據(jù)曹曉風(fēng)介紹，待相關(guān)研究和技術(shù)成熟后，田菁將不僅用于大面積改善東北地區(qū)的蘇打鹽堿地，對許多內(nèi)陸鹽堿地也同樣適用。
　　此外，田菁草質(zhì)柔軟，蛋白含量高，初花期粗蛋白高達(dá)20%，不僅能改良鹽堿地，提升產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)“藏糧于地”，還有望成為優(yōu)質(zhì)蛋白飼草用于發(fā)展畜牧業(yè)，助力“藏糧于技”?！靶竽翗I(yè)中的草食動(dòng)物也需要充分的蛋白供應(yīng)，如果有足夠的高蛋白飼草攝入，就能產(chǎn)生更多肉和奶，滿足人們對蛋白質(zhì)的需求?！辈軙燥L(fēng)介紹，團(tuán)隊(duì)的科研人員鄧嫻和趙慶華已在進(jìn)行田菁飼用價(jià)值的開發(fā)，同時(shí)還參與了首農(nóng)食品集團(tuán)的自立項(xiàng)目，合作開發(fā)田菁的飼用功能。
　　未來，曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)將利用田菁進(jìn)一步研究植物與環(huán)境互作的科學(xué)問題，嘗試解開田菁能適應(yīng)復(fù)雜的逆境、并在其中生長的奧秘，探索利用田菁的耐逆基因提高大豆苜蓿的耐逆性，以及如何將合適的野生資源馴化為新型作物、新型飼草等。
　　在采訪中曹曉風(fēng)坦言，田菁的大面積推廣種植還存在許多待解決的問題，例如現(xiàn)有品種繁種能力有限，栽培方法和收儲(chǔ)加工方式仍需優(yōu)化等。
　　“這里面有好多問題需要解決?，F(xiàn)在只不過是第一步，提出它是特別好的、可以用于改良土地的先鋒植物。至于田菁在不同類型、不同地區(qū)的鹽堿地上怎么用，需要因地制宜，根據(jù)所處區(qū)域的環(huán)境、水資源、光溫資源等進(jìn)行優(yōu)化和合理利用?！辈軙燥L(fēng)表示，田菁的推廣種植其實(shí)并不簡單，不同地方的種植品種和方式可能都有差別。
　　因此，他們也希望看到更多志同道合的研究團(tuán)隊(duì)加入進(jìn)來，“我們團(tuán)隊(duì)的宋顯偉老師當(dāng)時(shí)先找到了黑龍江農(nóng)科院草業(yè)所在鹽堿地上做試驗(yàn)，效果特別好，后來我們在全國各地很多地方種，實(shí)驗(yàn)效果也特別好。希望有更多優(yōu)秀的科技工作者能共同研究田菁，為鹽堿地的綠色治理獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。”
　

　華西都市報(bào)-封面新聞?dòng)浾?譚羽清 張崢 馬曉玉 吳德玉 車家竹