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：1965年生于北京，植物表觀遺傳學家，中國科學院院士、中國科學院-英國約翰英納斯中心植物和微生物科學聯(lián)合研究中心共同主任、中國女科技工作者協(xié)會副會長。
　　“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各種環(huán)境，而不是僅僅關注植物遺傳學與生物化學?！痹?023年11月舉辦的世界科學家“她”論壇上，面對主持人的提問，中國科學院院士、中國科學院-英國約翰英納斯中心植物和微生物科學聯(lián)合研究中心共同主任、中國女科技工作者協(xié)會副會長曹曉風這樣回答。
　　在論壇間隙接受華西都市報、封面新聞記者專訪時，她分享了團隊近年來努力的成果——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

　　曹曉風畢業(yè)于北京大學生命科學學院，隨后致力于植物表觀遺傳的基礎研究，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。
　　為什么作為一位成果豐碩的植物表觀遺傳學工作者，曹曉風近些年會選擇開拓一個全新的研究領域呢？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科學領域有著卓越功績的科學家在應用科學領域也將努力進取，取得不凡成就。
　　這其實不是曹曉風第一次選擇踏足新的研究領域。20年前，因為愛國情懷，毅然放棄留美優(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，曹曉風曾受聘美國加州大學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理，在此領域積累了不少經(jīng)驗，也在知名學術(shù)期刊上發(fā)表過多篇很有影響力的文章。
　　但回國時曹曉風卻沒有選擇進入擅長的DNA甲基化研究領域，而是轉(zhuǎn)向了當時在我國才剛剛起步的組蛋白甲基化和小分子RNA研究領域。隨后，她結(jié)合國內(nèi)實際情況，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)控機理，奠定了我國在國際植物表觀遺傳學研究領域的堅實基礎。
　　近年曹曉風看到我國的植物表觀遺傳學研究已在穩(wěn)步發(fā)展，于是，基于對新時代國家重大戰(zhàn)略需求背后的基礎科學問題的新思考，以及對我國搶占農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新制高點的探索欲望，她決定在進行植物表觀遺傳學研究工作的同時，啟程探索一個新領域——鹽堿地生物改良。
　　在從事植物表觀遺傳這類基礎科學研究時，曹曉風團隊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、鹽堿化日益嚴重，這意味著這些地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際上是不可持續(xù)的，存在糧食安全的重大隱患。于是，進行“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，因為耕層土壤的鹽堿累積，導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)民就會種一些豆子做綠肥。豆科植物能把空氣中的氮氣固定下來，是天然的肥料。那能不能找到一些耐鹽堿、固氮能力強、生物量大的豆科植物來改良土壤？”曹曉風回憶道。
　　據(jù)悉，豆科植物與根瘤菌共生可以將氮氣轉(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，根瘤菌將氮氣轉(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”，曹曉風查閱了很多書籍資料，了解世界各地最耐逆、最強壯、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。當時我想它應該耐鹽堿，后來我們做實驗發(fā)現(xiàn)，它的確特別耐鹽堿?！庇谑恰胞}堿地改良小能手”就這么被曹曉風團隊發(fā)掘了。
　　之后，曹曉風帶領團隊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)計劃”：尋找最適配鹽堿地的“菁堅強”

　　然而在曹曉風團隊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，曹曉風團隊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)進行種植，觀察它們的開花時間、生長狀態(tài)等，同時選擇更耐酸、堿、鹽等不利環(huán)境的品種；同時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制奠定了基礎。
　　另一方面，團隊成功建立了田菁的雜交研究體系，“它的雜交其實很不容易，我們團隊的唐丁和賈亞軍老師花了幾個月的時間，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解釋道。
　　此外，隨著“田菁培優(yōu)計劃”的實施，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。
　　目前，團隊已成功選育出6個高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的田菁新品系，其中兩個“中科菁”品系已通過國家草品種區(qū)域試驗申請。
　　2023年9月，在中國科學院“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)松嫩平原大安示范區(qū)長嶺示范基地的重度鹽堿地上，曹曉風團隊選育的耐鹽堿、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)則是科研攻關團隊在該示范區(qū)落地生根的重點工作之一。

既能治鹽堿又能當飼料 但想“種好”仍需研究

　　根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織關于世界土壤健康的報告，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。如果能解決這個問題，全球糧食產(chǎn)量將大幅提升。
　　“黑土糧倉”科技會戰(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)曹曉風介紹，待相關研究和技術(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20%，不僅能改良鹽堿地，提升產(chǎn)能，實現(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”。“畜牧業(yè)中的草食動物也需要充分的蛋白供應，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介紹，團隊的科研人員鄧嫻和趙慶華已在進行田菁飼用價值的開發(fā)，同時還參與了首農(nóng)食品集團的自立項目，合作開發(fā)田菁的飼用功能。
　　未來，曹曉風團隊將利用田菁進一步研究植物與環(huán)境互作的科學問題，嘗試解開田菁能適應復雜的逆境、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、光溫資源等進行優(yōu)化和合理利用?！辈軙燥L表示，田菁的推廣種植其實并不簡單，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隊加入進來，“我們團隊的宋顯偉老師當時先找到了黑龍江農(nóng)科院草業(yè)所在鹽堿地上做試驗，效果特別好，后來我們在全國各地很多地方種，實驗效果也特別好。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計獻策?！?br data-filtered="filtered">　

　華西都市報-封面新聞記者 譚羽清 張崢 馬曉玉 吳德玉 車家竹