新华网北京6月16日电 题:傅向东——稻田里的基因“解码者”
记者 陈听雨
小满小满,麦粒渐满。
当风拂过小满后的浅夏,在夏熟作物的籽粒开始灌浆的时节,新华网记者走进中国科学院遗传与发育生物学研究所。
“创新为民,惠泽五州”,在中国科学院院士、中国科学院遗传与发育生物学研究所副所长(主持工作)傅向东那间并不大的办公室里,这幅题字非常醒目。
“这是共和国勋章以及国家最高科学技术奖获得者、小麦遗传育种学家、中国科学院院士李振声先生写的一幅字。”傅向东说,“意思是科学研究工作应当为国家服务、为人民服务,甚至为全世界的人民服务。”这也成为傅向东投身科研工作的信念。
“如果错过这个机会,我可能会后悔一辈子”
傅向东对遗传学的好奇心萌芽于浙江省龙游溪口中学,上世纪八十年代,他在那里度过了难忘的中学时代。
在生物课上,人类ABO血型的遗传规律让傅向东对基因产生了兴趣。“A型血的父亲和B型血的母亲,可以生出A型、B型、AB型,还可能会有O型血的孩子。这是为什么?我非常好奇!”傅向东回忆。
就是抱着这份好奇心,傅向东报考了武汉大学生物系遗传学专业,也踏上了毕生投身的科研道路。
2005年,傅向东结束了在英国约翰英纳斯中心的博士后研究,选择回国。彼时,中国科学院遗传与发育生物学研究所的条件算不上好。
“20年前,我们与西方科研水平相差还是非常大的。我来遗传发育所的时候,这里只有两个铁皮房子,里面的设备、实验台、办公设施都非常之简陋,无论从科研条件还是场所都没办法跟国外相比。”傅向东回忆说,“但是当时国家非常重视科研,对科研的投入逐步加大,这让我看到了希望。我当时抱有‘赌一把’的心态,正是基于对国家经济发展的信任,对国内的科研充满信心。”
令傅向东没想到的是,根本没用五年的时间,回国一两年就拿到了500万元的研究经费。“国家的的确确在加大对科研的投入,2000年之后回国发展的一大批科研人员,他们的科研项目推动了国内植物学科整体的发展。如今,我国植物学科是站在国际前沿的,近五年国内科研人员发表了很多高水平的学术论文,彰显了我国基础研究能力和科研创新能力的提升。”傅向东说,“现在回头再看,我觉得回国的选择是非常正确的,如果我错过这个机会,可能会后悔一辈子。”
“超越‘绿色革命’,走得更远一些”
“上世纪30年代,科学家就发现,赤霉素能促进植物生长,但不清楚其调控的具体机理,我所在的实验室就研究赤霉素的调控机理。”傅向东介绍。
上世纪60年代,以降低农作物株高、半矮化育种为特征的第一次“绿色革命”,使全世界水稻和小麦产量翻了一番,解决了温饱问题。“这在当时极大地推动了全世界的水稻产量,是了不起的事情。”他说。
然而,半个多世纪后,“绿色革命”的水稻、小麦又让农学领域的专家有了新困扰。
半矮化农作物株高变矮了使得它对化肥不敏感,氮肥的利用效率也下降了,农民大量施肥,但并没有获得想要的产量,同时又带来了环境问题。
“我们提出了一个观点:当时的‘绿色革命’并不是真正的绿色,而是一个耗能的生产方式。”傅向东说,“当时全世界没人相信,但我们自己做实验,构建了带有‘绿色革命’矮秆基因和不带矮秆基因的水稻和小麦近等基因系,系统比较了矮秆基因对生长发育和氮素代谢的影响,发现植株变矮后的氮素吸收和同化能力确实下降了。通过研究发现,矮化育种的过程的确伴随着大量化肥的使用,虽然带有‘绿色革命’矮秆基因的水稻和小麦的分蘖数增加,但每穗上的种子数量却是减少的。”
如何在矮化品种高产抗倒伏的优良性状基础上,提高其氮素利用效率;或如何在现有施肥条件不变的情况下,提高每穗的穗粒数?能不能超越“绿色革命”,走得更远一些?这成为萦绕在傅向东心头的问题。
经过多年科研攻关,傅向东带领团队找到了与植物氮素吸收与利用率密切相关的基因GRF4,从分子水平上揭示了“绿色革命”矮秆育种伴随氮肥利用效率降低的原因,并提出解决方案。
在此基础上,傅向东团队以水稻产量性状对氮素营养的响应为切入点,找到了赤霉素和氮素协同调控水稻分蘖的关键基因NGR5,阐明了NGR5介导的赤霉素信号传导途径调控水稻氮肥利用效率的表观遗传调控分子机制。
迄今为止,傅向东团队挖掘出的优异基因已被多家育种单位广泛应用,育成了150 多个水稻新品种,累计推广面积超过1亿亩。
“把论文写在祖国的大地上”
今年五月底,傅向东从河北沧州和江苏盐城两地考察归来。回顾中国科学院遗传与发育生物学研究所在盐碱地上的研究接力传承故事,傅向东印象最深的是2006年春天,“那是李振声先生带我第一次下麦田,距离现在整整20年了。李先生为了让我了解农业生产的全貌,亲自带我下麦田,去了石家庄、沧州、南皮。那时麦子还未成熟,青青的穗子在风中摇曳。老先生站在麦田里,给我讲小麦,讲盐碱地。那一刻,我真正理解了什么叫‘把论文写在祖国的大地上’。”
在傅向东看来,研究成果不能停留在实验室,要应用到田间地头,产生实实在在的经济效益。
“当年我回国后做水稻研究,克隆了一个生产上非常重要的高产基因,论文在《自然-遗传学》杂志发表后,我去向李振声先生汇报。他一方面鼓励我,另一方面又说了一句让我警醒的话:这是‘马后炮’工作,因为这个基因育种家已经用了。这话对我触动很大。从那以后,我的研究思路发生了根本转变。我们从事植物分子遗传学研究的人,能不能给育种家提出一些新的育种思路和方向?后来我做高产和氮高效协同的研究,其思想源头也在于此。”傅向东讲述。
尽管当前我国农业领域基础研究能力和科研创新能力持续提升,但傅向东同时看到,“农业是个非常复杂的问题,学科的发展、论文的发表,并不代表生物育种的发展。我们依然存在基础研究和育种实践‘两张皮’的问题。”
怎样能够缩短它们之间的距离?怎样找出好的办法、好的合作模式、好的创新模式,把我们强大的基础研究能力转换成推动我国种业走向国际前列的动力?这是傅向东一直思索的问题,也是农业育种领域的全新机遇。
“希望我们的育种策略能被育种家、种业公司广泛接受,真正让农民增收,国家受益。”傅向东说。
“科研就是在失败中求乐子”
傅向东主持的科研项目曾获得国家自然科学奖二等奖,团队挖掘了一批具有重要育种价值的关键核心基因,培育了“中禾优”系列水稻新品种。荣誉加身的同时,傅向东与团队也经历过长期没有突破的“郁闷研究”。面对荣誉与低谷,他深知遇到困难是科研工作的常态。
“我常对学生们讲,平时做的研究工作,有1%能写入博士论文,就已经很不错了。因为我们科研工作,永远都是失败、失败再失败,科研本来就是一种在失败中求乐子的事情,这是一种常态。我的学生们,乃至我们年轻的科研工作者们,都应该调整好心态,理性地接受这种常态。在失败、失败、再失败中找出解决方案,才是最快乐的事,在迷雾重重的科研工作中,灵光一闪的瞬间,就是最高兴的时刻。”傅向东说,“困难所藏身的地方,可能又是一个新的机会,给我们打开了一扇新的窗。”
作为导师,傅向东在招生时,喜欢“把丑话说在前头”,“见到前来报考的学生,我会告诉他们两点:第一,实验室特别苦;第二,发文章特别慢,说不定到毕业时都没有文章。”
当被问到这是否是他招生的“筛选法则”时,傅向东却笑着否认,“我想找到对农业研究真正感兴趣的学生,这是他们人生最美好的时光,如果浪费在自己不感兴趣的事情上,那简直是犯罪。”
傅向东表示,“现在生活水平提高了,物质条件很丰富,不少学农业的学生可能从来都没下过田,甚至没去过农村。我也可以不让学生下田,让工作人员提供全部的数据和信息。但是,那就不是真正在做农业科研工作,学生既然选择做这一行,就应该到田里去,清楚了解自己做的实验在田里究竟长什么样。”
“李振声先生八十多岁高龄时,仍然去田间一线观察他所培育的小麦在盐碱地的生产情况。这就是我们身边的榜样,我们没有任何理由不去学习他们躬身科研。不仅如此,我们在传承中还要创新,发挥年轻一代的闯劲,更有激情、更有担当地去创新,我们应该想得更远,为育种业做出更大的贡献,用自己的科研能力,最终为老百姓带来福利,这才是科学家应该做的事。”傅向东说。
正因如此,傅向东希望学生是受兴趣驱动来选择农业科研工作,“做科研有难处,需要凭着兴趣才能走得更远,希望学生真正感觉到,我来这个实验室,做这个实验是我喜欢干的事情,是值得我追求的事情。这样的学生在热忱地科研过程中,哪怕受到了挫折,都会充满激情地去解决。”
在傅向东看来,“每一个能顺利拿到博士学位的学生都是英雄,因为他们都经历了困难与挫折,都挺过来了,很不容易。我作为导师,就是在过程中帮助学生尽快走出科研困境,激情满满地投入到新的工作中。”
藏粮于地,藏粮于技。从实验室破解基因密码,到耕耘阡陌间,像傅向东一样,一代代农业科研人恰如默默扎根的禾苗,以科技创新为养分,深耕种业攻关之路,用一粒粒良种筑牢国家粮食安全底座,让科研之花盛开在华夏万顷良田之上。




