扎根東北鹽堿地 潛心抗逆機(jī)理研究

謝明昊

李立新

在祖國(guó)的東北，分布著大片的鹽堿地。在這片不毛之地上，只有嗜鹽堿植物才能夠生長(zhǎng)。那么，它們是通過什么特殊的機(jī)制存活下來的呢？

事實(shí)上，植物的細(xì)胞是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，每時(shí)每刻都進(jìn)行著成百上千的生物化學(xué)反應(yīng)，與外界進(jìn)行快速高效的信息和物質(zhì)交換，而這些生命活動(dòng)主要通過蛋白質(zhì)發(fā)揮各種調(diào)控功能來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)輸囊泡作為載具，可以使蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間移動(dòng)進(jìn)行交流。為了使這種移動(dòng)高效有序，囊泡的行為受到高度嚴(yán)密的調(diào)控。尤其是植物，由于不能移動(dòng)、無法躲避不利條件，所以進(jìn)化出了更加復(fù)雜高效的囊泡運(yùn)輸調(diào)控機(jī)制。

20世紀(jì)70年代開始，生物學(xué)家對(duì)細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)輸?shù)恼{(diào)控機(jī)制這一科學(xué)問題產(chǎn)生了廣泛關(guān)注，從細(xì)胞水平到分子水平逐漸開始了揭秘歷程。東北鹽堿地植被恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李立新教授團(tuán)隊(duì)，多年來將研究的重點(diǎn)放在植物細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸途徑中關(guān)鍵調(diào)控基因的挖掘和功能研究，以及環(huán)境脅迫（尤其是在鹽堿脅迫）下物質(zhì)運(yùn)輸對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控作用上。通過不斷的科研探索，為我國(guó)東北鹽堿地植物的抗逆研究以及鹽堿地的生物改良和利用奠定了理論基礎(chǔ)。

不忘初心，踏上植物研究之路

不安于現(xiàn)狀，不墨守成規(guī)，李立新一直在人生道路上創(chuàng)造著無限可能。

1991年7月，李立新從東北師范大學(xué)生物系生物專業(yè)畢業(yè)后，一直在哈爾濱第一中學(xué)從事教學(xué)工作。雖已成為一名優(yōu)秀教師，但李立新從未忘卻縈繞在內(nèi)心的科研理想。在她看來，人的一生無論處于任何階段、從事何種工作，都應(yīng)該不甘于現(xiàn)狀，繼續(xù)學(xué)習(xí)。2001年年底，在去日本留學(xué)的愛人的陪伴下，李立新也決心前往日本京都大學(xué)大學(xué)院理學(xué)系植物分子細(xì)胞生物學(xué)專業(yè)攻讀理學(xué)碩士和博士學(xué)位。

前往世界著名高校進(jìn)行學(xué)習(xí)和科學(xué)研究，從語言到專業(yè)基礎(chǔ)對(duì)于李立新來說都是一次巨大的挑戰(zhàn)。作為一名日語小白，李立新首要攻克的難關(guān)就是語言關(guān)。既然下定了決心，就沒有回頭路。經(jīng)過1年多的奮斗與努力，她順利攻克了語言瓶頸，并在這一基礎(chǔ)之上，2003年4月成功用日語挑戰(zhàn)并通過了碩士入學(xué)考試，得到了導(dǎo)師的認(rèn)可。自此，她開始跟隨導(dǎo)師踏入植物生物學(xué)領(lǐng)域，從事囊泡運(yùn)輸機(jī)制的研究。

在李立新的介紹下，記者了解到：物質(zhì)/囊泡運(yùn)輸是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，不管細(xì)胞是在正常條件還是遇到環(huán)境脅迫（比如病蟲害、鹽堿、干旱、溫度等脅迫），其都是細(xì)胞生命活動(dòng)最基礎(chǔ)、最重要的一項(xiàng)功能，從事這一領(lǐng)域研究，李立新深刻感受到其意義所在。在多年的海外求學(xué)之旅中，她在這一領(lǐng)域不斷打磨，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

扎根東北，開展植物環(huán)境脅迫應(yīng)答機(jī)制的探索

游子思?xì)w，科研報(bào)國(guó)。一直以來，李立新都希望將自己的科研之根，深深扎在祖國(guó)的土地上。2008年3月獲得理學(xué)博士學(xué)位后，闊別祖國(guó)多年的她終于回到了家鄉(xiāng)，作為高層次引進(jìn)人才來到了東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院任職。在這里，她開始立足于東北地區(qū)鹽堿地現(xiàn)狀，基于自己之前的研究基礎(chǔ)，開展了囊泡運(yùn)輸對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育和環(huán)境脅迫應(yīng)答的調(diào)控機(jī)制的深度探索。

最初，李立新在日本做囊泡運(yùn)輸相關(guān)領(lǐng)域的研究時(shí)，還未曾將其與環(huán)境脅迫聯(lián)系在一起?！拔覄偦貒?guó)的時(shí)候還只是堅(jiān)持深入挖掘囊泡運(yùn)輸機(jī)制，后來逐漸將兩者相結(jié)合解決更深層次的生物學(xué)問題，研究也更有意義?！彼f。

為了能在這一領(lǐng)域積累更多的科研財(cái)富，2009年8月—2012年7月，李立新前往沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)植物逆境基因組研究中心，在著名植物生物學(xué)家、美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士朱健康院士的指導(dǎo)下開展博士后研究工作，進(jìn)行基因編輯和植物脅迫應(yīng)答方面的研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?；貒?guó)后，李立新繼續(xù)將研究的重點(diǎn)放在物質(zhì)運(yùn)輸對(duì)于植物生長(zhǎng)發(fā)育以及環(huán)境脅迫應(yīng)答的調(diào)控機(jī)制中，立足于東北鹽堿地現(xiàn)狀，開展了一系列創(chuàng)新性科研探索。

在李立新的介紹下，記者了解到：黑龍江省鹽堿地總面積超150萬公頃，重度鹽堿面積超過50%，而且以每年2萬公頃的速度逐年增加，而有效耕地面積逐年減少（據(jù)2014年統(tǒng)計(jì)）。作為后備耕地資源儲(chǔ)備來源，鹽堿地的土壤改良和植被恢復(fù)意義重大。

在對(duì)鹽堿地進(jìn)行生物改良理論研究中，李立新與團(tuán)隊(duì)成員獨(dú)辟蹊徑，選擇從鹽堿地的土著植物下手。“它們之所以能夠生長(zhǎng)在這樣的嚴(yán)酷環(huán)境下，是因?yàn)楸旧砭哂幸恍┨厥獾臋C(jī)制，因此我們將其作為研究材料，研究特有基因、細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及植物整體的特性，以探索這些獨(dú)特性質(zhì)在其他植物上的應(yīng)用?！崩盍⑿抡f。

土壤中植物的根際存在大量的微生物，其中有些是促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育的益生菌。這些根際促生菌對(duì)于植物抵抗環(huán)境脅迫以及提高生物量和產(chǎn)量有重要作用，也是潛在的微生物菌肥資源。李立新團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，一些根際促生菌能夠幫助植物在鹽堿條件下提高生存率和生物量等。由此，他們開展了根際促生菌的研究，分析鹽堿條件下促生菌對(duì)植物的促生機(jī)制以及植物對(duì)微生物的應(yīng)答機(jī)制，為高效微生物菌肥的研制奠定理論基礎(chǔ)。

在這一領(lǐng)域的研究道路上，李立新團(tuán)隊(duì)一直步履不停。通過研究，他們發(fā)現(xiàn)了在環(huán)境脅迫下植物的囊泡運(yùn)輸途徑與ABA通路密切相關(guān)。植物如果受到脅迫，ABA通路就首當(dāng)其沖發(fā)生變化。他們發(fā)現(xiàn)了一些囊泡運(yùn)輸調(diào)控因子與ABA通路有密切關(guān)系，如其缺失，不只對(duì)ABA通路產(chǎn)生影響從而大大降低植物對(duì)環(huán)境脅迫的適應(yīng)能力，而且對(duì)植物種子的壽命以及蛋白質(zhì)的品質(zhì)造成很大影響。除此之外，他們還于近期發(fā)現(xiàn)：如果將植物的某個(gè)調(diào)控囊泡運(yùn)輸?shù)幕蛳抡{(diào)，能夠使植物耐鹽堿能力提高?，F(xiàn)如今，他們正在進(jìn)行深入研究，探討該因子如何通過影響植物細(xì)胞的微環(huán)境來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的離子平衡，進(jìn)而使植物在鹽堿脅迫條件下能夠生存得更好?！叭绻軐⑦@一機(jī)制解析出來，將為耐鹽堿植物的分子育種工作提供線索?！崩盍⑿抡f。

不斷打磨，拿出經(jīng)得起時(shí)間檢驗(yàn)的科研碩果

任何科研成果的誕生都不是一蹴而就的。鹽堿地改造是一個(gè)系統(tǒng)性工程，需要將研究與實(shí)際緊密結(jié)合，而這些過程都是需要時(shí)間的。在這一過程中，不光需要科研人員創(chuàng)造科研成果，還需要一線工作人員對(duì)科研成果的實(shí)踐與反饋以及政策的支撐?！捌鋵?shí)我們?cè)诳蒲袑?shí)踐的過程中充滿著困難，很多人認(rèn)為只要將科研成果或者技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，就馬上看到明顯的效益。事實(shí)上，這些成果都是要經(jīng)過驗(yàn)證和提高才能真正產(chǎn)生價(jià)值的，在這一過程中，科學(xué)家所要做的就是將科研技術(shù)不斷改良、完善，以得出更加務(wù)實(shí)且經(jīng)得起時(shí)間檢驗(yàn)的科研成果?！崩盍⑿抡f。

現(xiàn)如今，李立新團(tuán)隊(duì)也在與多所高校和研究所的團(tuán)隊(duì)合作，進(jìn)行鹽堿地生物改良的研究，力圖利用耐鹽堿作物和牧草等進(jìn)行鹽堿地改良，在鹽堿地恢復(fù)成為有效耕地的同時(shí)也能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

在我國(guó)有1億多畝鹽堿地具備種植耐鹽堿水稻的潛力，為了能夠變廢為寶，我國(guó)植物學(xué)家們近期成立了國(guó)家耐鹽堿水稻技術(shù)創(chuàng)新中心，李立新團(tuán)隊(duì)將借力于創(chuàng)新中心東北分中心平臺(tái)更好地開展植物耐鹽堿機(jī)制的研究，與團(tuán)隊(duì)成員共同投入東北耐鹽堿水稻的研究和鹽堿地改良工作中，希望能在這一領(lǐng)域做出更多創(chuàng)新性科研成果。

科研之外，李立新也傾注了大量的心血在教學(xué)工作中。她深知“農(nóng)業(yè)強(qiáng)乃是中國(guó)強(qiáng)之根本”，而“農(nóng)業(yè)強(qiáng)”需要深入的植物科學(xué)研究作為后盾，因此在教學(xué)過程中，她不光給學(xué)生生動(dòng)地講授書本上的知識(shí)點(diǎn)，還搜尋描繪細(xì)胞內(nèi)生命活動(dòng)的優(yōu)質(zhì)動(dòng)畫，通過動(dòng)態(tài)過程的呈現(xiàn)將知識(shí)點(diǎn)描繪出來，加深學(xué)生的理解；還會(huì)介紹最新的研究進(jìn)展和其在實(shí)際生產(chǎn)生活的應(yīng)用，提高學(xué)生對(duì)植物科學(xué)的興趣，受到了學(xué)生的極大歡迎。

在碩士以及研究生的培養(yǎng)方面，李立新也會(huì)從學(xué)生的角度出發(fā)，給予他們更多的課題選擇機(jī)會(huì)并讓他們獨(dú)立完成課題。學(xué)生在一系列科研實(shí)踐之下，潛移默化地掌握更多的技能和科學(xué)思維方式，提升他們的科研水平。在多年的精心培育下，李立新團(tuán)隊(duì)向高校和社會(huì)輸送了源源不斷的新鮮血液。

不忘初心，方得始終。曾經(jīng)白花花的鹽堿地，經(jīng)過辛勤耕耘的科研工作者們勵(lì)精圖治的改造，綠植覆蓋、生機(jī)煥發(fā)。這是李立新和眾多耕耘者理想中的景象，向著這一目標(biāo)，她與科研團(tuán)隊(duì)的科研筑夢(mèng)之旅仍在延續(xù)著……