用植物生物研究守護(hù)綠色農(nóng)業(yè)
——記蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授何凱

肖貞林

2008年5月12日，是何凱一生都難以忘卻的日子。這一天，正在美國攻讀博士學(xué)位的他突聞噩耗——四川地震了，自己的家鄉(xiāng)汶川恰在震中。隨后，不少親朋好友在地震中罹難或受傷的消息傳來，而遠(yuǎn)在大洋彼岸的他焦急萬分卻無能為力。

親人的離去讓人悲痛，但在這場人間災(zāi)難中何凱也備受感動，他感動于華夏兒女的守望相助，感動于中國的強(qiáng)大偉岸。“無論走到哪兒，自己的根永遠(yuǎn)都在中國?！睉汛О炎约核鶎W(xué)獻(xiàn)給親愛的祖國的念頭，結(jié)束在美國加州大學(xué)伯克利分校的博士后研究后，何凱毅然回國。

如今，已是蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師的何凱，在“植物生物脅迫與非生物脅迫的機(jī)理研究”等方面已頗有建樹。2021年2月初，其團(tuán)隊(duì)一篇題為“激酶SnRK1.1通過磷酸化通道蛋白SLAH3參與依賴于硝酸根的解銨毒過程”（Kinase SnRK1.1 Regulates nitrate channel SLAH3 Engaged in Nitrate-Dependent Alleviation of Ammonium Toxicity）的研究論文發(fā)表引起業(yè)界廣泛關(guān)注。此研究揭示了激酶SnRK1.1負(fù)向調(diào)節(jié)硝酸鹽通道SLAH3，從而介導(dǎo)硝酸鹽依賴的銨毒性緩解機(jī)制，為調(diào)控硝酸鹽依賴的銨毒緩解提供了新方向；同時也揭示了C端磷酸化在SLAH3調(diào)節(jié)中的重要作用。因其研究價值頗為顯著，國際期刊《植物生理學(xué)》（

Plant Physiology

）特地為其撰寫新聞評述，進(jìn)一步闡述了該結(jié)果在硝酸鹽依賴的銨毒性緩解機(jī)制研究中的重要推動作用與意義。

因熱愛所以堅(jiān)持

何凱與植物生物的結(jié)緣來自生物課。何凱讀初中時沒有上過生物課，到了高中才第一次接觸生物。但他很快發(fā)現(xiàn)，生物是所有學(xué)科中自己最喜歡的，書本上、老師口中的DNA/RNA等生物學(xué)知識為他打開了一扇新奇的大門，何凱被深深迷住了。高考填志愿時，他毫不猶豫地選擇了四川大學(xué)生物學(xué)專業(yè)，并始終對生物保持濃厚的興趣。

2000年本科畢業(yè)，何凱繼續(xù)在四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院攻讀碩士學(xué)位。讀研期間，他初步找到了自己的細(xì)分研究方向——分子生物學(xué)。2003年碩士畢業(yè)后，他想到國外開闊視野，于是到美國俄克拉何馬大學(xué)攻讀博士學(xué)位，且先后擔(dān)任研究助理和教學(xué)助理。2009年，他又到美國加州大學(xué)伯克利分校植物與微生物系從事博士后研究，直到2013年回國進(jìn)入蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院工作。

盡管從高中起，何凱就一直對生物興趣盎然，但同許多人一樣，他也有過一段迷茫期。進(jìn)入大學(xué)后，他發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)與理想間存在很大的差距：“在當(dāng)時的社會氣氛下，我不知道自己未來的路在哪里?！庇幸魂?，他愛上了考古，便整天沉迷于在圖書館看考古書籍。到了大三，何凱突然意識到不能再迷茫下去了，一定要有明確的目標(biāo)，他發(fā)現(xiàn)自己依舊愛著生物學(xué)，決定報(bào)考本校分子生物學(xué)專業(yè)研究生。從此，何凱每天早上5點(diǎn)起床備考，學(xué)到凌晨12點(diǎn)方休息。1年多后，他以專業(yè)第一的成績?nèi)缭浮吧习丁薄?/p>

團(tuán)隊(duì)合影

“備考研究生的過程不僅是學(xué)習(xí)的過程，而且是塑造自我毅力、培養(yǎng)目標(biāo)堅(jiān)定性的過程，為我以后的科研打下了基礎(chǔ)。”通過考研，何凱意識到，面對困難和挑戰(zhàn)，逃避是毫無用處的，只有努力奮斗、學(xué)習(xí)和提升才可能抵達(dá)夢想的彼岸。就像攀巖，起先的幾步是簡單的，達(dá)到一定高度后每前進(jìn)一步都變得艱難?！澳銜淮未蜗胍艞?，向下看，備感恐懼；向上看，望不到頂?！苯?jīng)過備考磨礪，何凱越來越堅(jiān)信，只要他竭盡全力扎扎實(shí)實(shí)地走好每一步，就一定能抵達(dá)峰頂。

正所謂“歷經(jīng)磨難不言放棄，方能守得云開見月明”。這種不怕吃苦、持之以恒的精神，在何凱日后的科研工作中體現(xiàn)得淋漓盡致。在美國攻讀博士學(xué)位時，何凱研究植物中的一種受體酶—BAK1，初步判定其油菜素甾醇是基因冗余造成的，需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。然而當(dāng)他把受體激酶蛋白基因BAK1及其同源基因敲除后，不僅原設(shè)想的植株矮小、生命周期延長的情況未發(fā)生，連植物本身都找不到了。雖失落茫然，但何凱沒有放棄，他猜測這是一種新的植物免疫的機(jī)制——BAK1和其同源基因BKK1同時敲除后，導(dǎo)致植物產(chǎn)生強(qiáng)烈的細(xì)胞死亡。為驗(yàn)證這一想法，他立刻投入新的實(shí)驗(yàn)。半夜1點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，結(jié)果正如他所想。何凱激動地給導(dǎo)師打電話，電話只響了一聲便接通了。因意識到這一發(fā)現(xiàn)將具全球影響力，導(dǎo)師和何凱一樣，興奮得一宿沒睡?！耙?yàn)闊釔郏詧?jiān)持；因?yàn)闊釔郏猿錆M動力?！焙蝿P的科研人生因熱愛收獲了滿滿的快樂感和成就感。也正因?yàn)閳?jiān)持，何凱首次發(fā)現(xiàn)受體激酶BAK1除了作為共受體參與植物油菜素內(nèi)酯的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)之外，還是調(diào)控植物免疫的重要成員。相關(guān)研究闡釋了BAK1在調(diào)控植物免疫信號響應(yīng)中的重要潛力，為目前植物免疫信號途徑的研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，開創(chuàng)了植物免疫抗病研究的新方向和新熱點(diǎn)。

成果助力綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展

科研成果唯有搬下高閣才能真正實(shí)現(xiàn)價值，對此深有同感的何凱，除了進(jìn)行植物生物基礎(chǔ)科學(xué)研究之外，一直堅(jiān)持致力于用自己的科研成果助力新式農(nóng)業(yè)發(fā)展，尤其在綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展相關(guān)研究上頗費(fèi)心力。

氮元素有“生命的元素”之稱，是農(nóng)作物不可或缺的一種重要營養(yǎng)元素，它直接影響作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氮肥的施用，在一定程度上可增加作物產(chǎn)量。然而，過量施用氮肥會引起一系列環(huán)境問題。隨著世界人口的急劇增長，氮肥的需求量也隨之增加。我國已經(jīng)成為世界氮肥消耗量最大的國家，如何提高作物的氮素利用率，減少氮肥的施用，是走農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路的關(guān)鍵所在。

植物在酸性土壤中，對包括氮素在內(nèi)的許多礦質(zhì)元素的吸收效率顯著降低，極大地影響了作物的產(chǎn)量。過量施用銨態(tài)氮肥會加劇土壤酸化進(jìn)程，進(jìn)一步減少作物產(chǎn)量，不利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。雖然硝態(tài)氮肥可以顯著提高作物產(chǎn)量，但其生產(chǎn)過程需要消耗大量能量，并且對安全的要求極高。

圍繞相關(guān)需求，何凱及其團(tuán)隊(duì)展開深入探索研究，很快便有了創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)離子通道蛋白SLAH3既有助于植物平衡無機(jī)氮吸收，又可以調(diào)節(jié)土壤酸堿度。通過對其進(jìn)一步細(xì)化研究，他們從分子水平闡明SLAH3參與植物調(diào)節(jié)氮素平衡吸收的機(jī)理，為構(gòu)建高效利用氮素、抗酸性環(huán)境的新型農(nóng)作物提供了重要的科學(xué)依據(jù)。何凱的這一發(fā)現(xiàn)，首次在模式植物擬南芥中闡釋了植物通過離子通道蛋白SLAH3轉(zhuǎn)運(yùn)硝酸根離子緩解銨毒的分子機(jī)理，以此為基礎(chǔ)發(fā)掘了SLAH3在植物平衡無機(jī)氮吸收、調(diào)節(jié)土壤酸度過程中的核心作用。成果為構(gòu)建高效利用氮素、抗酸性環(huán)境的新型農(nóng)作物提供重要的科學(xué)依據(jù)，對綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展大有助益。

為了進(jìn)一步揭示離子通道蛋白SLAH3調(diào)控植物對高銨和低pH脅迫響應(yīng)的分子機(jī)理，何凱制訂了專門的科研項(xiàng)目規(guī)劃。力爭實(shí)現(xiàn)以下三大目標(biāo)：闡明擬南芥蛋白激酶SnRK1.1調(diào)控SLAH3詳細(xì)機(jī)理，建立SnRK1.1-SLAH3分子調(diào)控模式；獲得擬南芥中在高銨、低pH脅迫條件下調(diào)控SLAH3的新組分；初步揭示蒺藜苜蓿中AtSLAH3同源基因的生物學(xué)功能，為構(gòu)建抗高銨、低pH的苜蓿材料提供理論依據(jù)。上述目標(biāo)如若達(dá)成，這將是植物科學(xué)領(lǐng)域的又一重要成果，對綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用。

與此同時，何凱在受體激酶BAK1的研究上也頗有建樹。在前期的工作基礎(chǔ)上，何凱最近研究發(fā)現(xiàn)了受體激酶BAK1參與調(diào)控植物免疫的“重要成員”。相關(guān)研究闡釋了BAK1調(diào)控植物免疫信號的具體分子機(jī)理，首次提出作為免疫共受體的BAK1是受到另一類免疫受體NLR蛋白的監(jiān)管，為植物免疫抗病研究提出新的觀點(diǎn)和研究方向。

目前，何凱主要致力于研究植物逆境適應(yīng)過程中的分子機(jī)制，對“植物氮脅迫與氮信號”和“擬南芥類受體蛋白的生物學(xué)功能”尤為關(guān)注。這些研究為促進(jìn)國家農(nóng)業(yè)綠色化發(fā)展，確保國家食品安全和可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，這是何凱和他在蘭州大學(xué)的團(tuán)隊(duì)矢志不渝的目標(biāo)和理想。

科研，需要眼中的那抹光亮

能夠取得今天的成績，何凱表示很大程度上源于美國博士生導(dǎo)師的指引和幫助。這份指引和幫助，體現(xiàn)在學(xué)術(shù)上，也折射在生活中。

學(xué)術(shù)上，導(dǎo)師對他竭力培養(yǎng)，既教學(xué)術(shù)方法，又教學(xué)術(shù)精神。生活中，導(dǎo)師又是一個親切和善的人。汶川地震發(fā)生后，何凱的導(dǎo)師帶頭為汶川災(zāi)區(qū)發(fā)起募捐。在聽聞汶川的遭遇后，何凱和導(dǎo)師常去的一家餐館的華人老板還特地拿出300美元遞給何凱的導(dǎo)師，讓他轉(zhuǎn)交給何凱代其募捐。這份一方有難八方支援的情誼，何凱銘記在心，永遠(yuǎn)不會忘記。

做學(xué)生時，何凱以導(dǎo)師為榜樣；現(xiàn)在，他成了學(xué)生的榜樣。要求學(xué)生做到的每一件事，何凱都會身體力行，以身作則后方要求學(xué)生去做。他感慨當(dāng)年的自己因常有機(jī)會與導(dǎo)師討論學(xué)術(shù)問題而獲益匪淺，如今，他也盡力抽更多時間與學(xué)生溝通交流。何凱帶有“生物脅迫”和“非生物脅迫”兩個方向的研究生，不管多忙，他每周都會抽出時間分別參加兩個方向小組的討論?！皩?shí)時討論才能進(jìn)步，身為老師多與學(xué)生溝通，可以防止他們‘走彎路’。”何凱說。關(guān)注學(xué)習(xí)和科研的同時，何凱也關(guān)心學(xué)生的心理健康，設(shè)身處地考慮他們學(xué)習(xí)、工作、生活上的難處并及時排解。

科研方法上，何凱鼓勵學(xué)生及時更新學(xué)習(xí)新方法、新技術(shù)。他認(rèn)為，時代在前進(jìn)、科技在更新，科學(xué)的方法也一定是日新月異的。身為科研工作者，不管學(xué)術(shù)成就多高、技術(shù)掌握多全面，都要不斷學(xué)習(xí)新的方法和技術(shù)，緊跟時代步伐才有可能創(chuàng)造更多科研成果。為此，何凱要求學(xué)生閱讀包括英文文獻(xiàn)在內(nèi)的大量文獻(xiàn)。在他看來，學(xué)生的背景不同、科研訓(xùn)練基礎(chǔ)各異，閱讀文獻(xiàn)能夠很好地學(xué)習(xí)他人科研思路、掌握科研技巧、培養(yǎng)科研體系。同時，閱讀文獻(xiàn)還可提高英文水平，優(yōu)秀的英語表達(dá)能力對科研成果的輸出至關(guān)重要。

此外，何凱還注重培養(yǎng)學(xué)生誠實(shí)、熱愛、勤奮的科研精神。他常常告訴學(xué)生，科研首先要做到的是學(xué)術(shù)誠信，科研一定要腳踏實(shí)地、一步一個腳印地走，絕對不能弄虛作假。同時，何凱也非常注重樹立良好的實(shí)驗(yàn)室文化，他從不要求學(xué)生打卡，給予學(xué)生相對輕松的實(shí)驗(yàn)室氛圍，希望學(xué)生不是為了完成導(dǎo)師要求而不情愿地待在實(shí)驗(yàn)室，而是發(fā)自肺腑地喜歡科研而努力研究，體會科研的快樂。何凱盼望看到學(xué)生眼中那抹熱愛科研的光亮，就像當(dāng)年求學(xué)時期的自己一樣。

“促進(jìn)我做好科研的是興趣，新問題的出現(xiàn)吸引我去探索。”何凱想把這種精神傳遞給自己的學(xué)生。他享受帶領(lǐng)學(xué)生一起投身科研的過程，縱使困難重重亦樂在其中。對他來說，這就像滿懷激情地剝開包裹科研真相的洋蔥皮，堅(jiān)定不移地一層層剝下去，也許有一天，便會揭開生物的奧秘。