扎根東北鹽堿地 潛心抗逆機理研究

謝明昊

在祖國的東北，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。那么，它們是通過什么特殊的機制存活下來的呢？

事實上，植物的細胞是一個復雜的系統(tǒng)，每時每刻都進行著成百上千的生物化學反應，與外界進行快速高效的信息和物質交換，而這些生命活動主要通過蛋白質發(fā)揮各種調控功能來實現(xiàn)。運輸囊泡作為載具，可以使蛋白質在細胞內、細胞間移動進行交流。為了使這種移動高效有序，囊泡的行為受到高度嚴密的調控。尤其是植物，由于不能移動、無法躲避不利條件，所以進化出了更加復雜高效的囊泡運輸調控機制。

20世紀70年代開始，生物學家對細胞物質運輸?shù)恼{控機制這一科學問題產(chǎn)生了廣泛關注，從細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與重建教育部重點實驗室、東北林業(yè)大學生命科學學院李立新教授團隊，多年來將研究的重點放在植物細胞的物質運輸途徑中關鍵調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）下物質運輸對植物生長發(fā)育的調控作用上。通過不斷的科研探索，為我國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。

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生物系生物專業(yè)畢業(yè)后，一直在哈爾濱第一中學從事教學工作。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，都應該不甘于現(xiàn)狀，繼續(xù)學習。2001年年底，在去日本留學的愛人的陪伴下，李立新也決心前往日本京都大學大學院理學系植物分子細胞生物學專業(yè)攻讀理學碩士和博士學位。

前往世界著名高校進行學習和科學研究，從語言到專業(yè)基礎對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就是語言關。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，并在這一基礎之上，2003年4月成功用日語挑戰(zhàn)并通過了碩士入學考試，得到了導師的認可。自此，她開始跟隨導師踏入植物生物學領域，從事囊泡運輸機制的研究。

在李立新的介紹下，記者了解到：物質/囊泡運輸是細胞生命活動的基礎，不管細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），其都是細胞生命活動最基礎、最重要的一項功能，從事這一領域研究，李立新深刻感受到其意義所在。在多年的海外求學之旅中，她在這一領域不斷打磨，積累了豐富的經(jīng)驗。

扎根東北，開展植物環(huán)境脅迫應答機制的探索

游子思歸，科研報國。一直以來，李立新都希望將自己的科研之根，深深扎在祖國的土地上。2008年3月獲得理學博士學位后，闊別祖國多年的她終于回到了家鄉(xiāng)，作為高層次引進人才來到了東北林業(yè)大學生命科學學院任職。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，開展了囊泡運輸對植物生長發(fā)育和環(huán)境脅迫應答的調控機制的深度探索。

最初，李立新在日本做囊泡運輸相關領域的研究時，還未曾將其與環(huán)境脅迫聯(lián)系在一起?！拔覄偦貒臅r候還只是堅持深入挖掘囊泡運輸機制，后來逐漸將兩者相結合解決更深層次的生物學問題，研究也更有意義?！彼f。

為了能在這一領域積累更多的科研財富，2009年8月—2012年7月，李立新前往沙特阿卜杜拉國王科技大學植物逆境基因組研究中心，在著名植物生物學家、美國國家科學院院士朱健康院士的指導下開展博士后研究工作，進行基因編輯和植物脅迫應答方面的研究，積累了豐富的經(jīng)驗?；貒?，李立新繼續(xù)將研究的重點放在物質運輸對于植物生長發(fā)育以及環(huán)境脅迫應答的調控機制中，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）。作為后備耕地資源儲備來源，鹽堿地的土壤改良和植被恢復意義重大。

在對鹽堿地進行生物改良理論研究中，李立新與團隊成員獨辟蹊徑，選擇從鹽堿地的土著植物下手?！八鼈冎阅軌蛏L在這樣的嚴酷環(huán)境下，是因為本身具有一些特殊的機制，因此我們將其作為研究材料，研究特有基因、細胞結構以及植物整體的特性，以探索這些獨特性質在其他植物上的應用?！崩盍⑿抡f。

土壤中植物的根際存在大量的微生物，其中有些是促進植物生長發(fā)育的益生菌。這些根際促生菌對于植物抵抗環(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。李立新團隊在研究中發(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植物的促生機制以及植物對微生物的應答機制，為高效微生物菌肥的研制奠定理論基礎。

在這一領域的研究道路上，李立新團隊一直步履不停。通過研究，他們發(fā)現(xiàn)了在環(huán)境脅迫下植物的囊泡運輸途徑與ABA通路密切相關。植物如果受到脅迫，ABA通路就首當其沖發(fā)生變化。他們發(fā)現(xiàn)了一些囊泡運輸調控因子與ABA通路有密切關系，如其缺失，不只對ABA通路產(chǎn)生影響從而大大降低植物對環(huán)境脅迫的適應能力，而且對植物種子的壽命以及蛋白質的品質造成很大影響。除此之外，他們還于近期發(fā)現(xiàn)：如果將植物的某個調控囊泡運輸?shù)幕蛳抡{，能夠使植物耐鹽堿能力提高?，F(xiàn)如今，他們正在進行深入研究，探討該因子如何通過影響植物細胞的微環(huán)境來調節(jié)細胞內的離子平衡，進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)得起時間檢驗的科研碩果

任何科研成果的誕生都不是一蹴而就的。鹽堿地改造是一個系統(tǒng)性工程，需要將研究與實際緊密結合，而這些過程都是需要時間的。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科研成果的實踐與反饋以及政策的支撐?！捌鋵嵨覀冊诳蒲袑嵺`的過程中充滿著困難，很多人認為只要將科研成果或者技術進行了應用，就馬上看到明顯的效益。事實上，這些成果都是要經(jīng)過驗證和提高才能真正產(chǎn)生價值的，在這一過程中，科學家所要做的就是將科研技術不斷改良、完善，以得出更加務實且經(jīng)得起時間檢驗的科研成果。”李立新說。

現(xiàn)如今，李立新團隊也在與多所高校和研究所的團隊合作，進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行鹽堿地改良，在鹽堿地恢復成為有效耕地的同時也能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。

在我國有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，我國植物學家們近期成立了國家耐鹽堿水稻技術創(chuàng)新中心，李立新團隊將借力于創(chuàng)新中心東北分中心平臺更好地開展植物耐鹽堿機制的研究，與團隊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工作中。她深知“農(nóng)業(yè)強乃是中國強之根本”，而“農(nóng)業(yè)強”需要深入的植物科學研究作為后盾，因此在教學過程中，她不光給學生生動地講授書本上的知識點，還搜尋描繪細胞內生命活動的優(yōu)質動畫，通過動態(tài)過程的呈現(xiàn)將知識點描繪出來，加深學生的理解；還會介紹最新的研究進展和其在實際生產(chǎn)生活的應用，提高學生對植物科學的興趣，受到了學生的極大歡迎。

在碩士以及研究生的培養(yǎng)方面，李立新也會從學生的角度出發(fā)，給予他們更多的課題選擇機會并讓他們獨立完成課題。學生在一系列科研實踐之下，潛移默化地掌握更多的技能和科學思維方式，提升他們的科研水平。在多年的精心培育下，李立新團隊向高校和社會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精圖治的改造，綠植覆蓋、生機煥發(fā)。這是李立新和眾多耕耘者理想中的景象，向著這一目標，她與科研團隊的科研筑夢之旅仍在延續(xù)著……