○记者带您探秘国家重点实验室

○看“植物中的小白鼠”是什么模样

○看科学家如何用“转基因”加速棉花“进化”

植物逆境生长是个什么概念？基因克隆有多神秘？转基因和自然演化的区别是什么？抗旱耐旱棉花，未来某一天能种在月球上、火星上吗？

东方今报记者带您走进河南大学棉花生物学国家重点实验室，看每天和棉花、玉米等农作物打交道的科学家们都在忙些什么，他们的忙碌会给我们的生活带来哪些改变。

□东方今报记者章衡/文张晓冬/图

两株玉米，研究人员看到的是基因差异

3月16日，王道杰教授在自己的微信朋友圈分享了两篇文章，是河南大学官网发表的他培育的新品种“开油1208”和“开油1028”通过河南省审定，被确认为优良品种的报道。

两个新品种，具有高产、优质、抗逆等特性。长期从事棉花、油菜抗旱基因研究的他告诉记者，这种分享是他对自己取得阶段性成果的庆祝方式之一。

王道杰的实验田，在河南大学一个面积约2000平方米的温室大棚里。这个大棚里种满了棉花、油菜、玉米等作物。温室进门处的一块油菜地，他几乎每天都要去看看，观察油菜长势情况、进行农艺性状记载和病虫害调查，有针对性地采取相应的管理措施，来检验自己的研究。

王道杰说，在研究中，会经常应用克隆技术，克隆就是有目的的复制，目的是为实验提供充足的材料。比如，在棉花、油菜的抗旱细胞研究中，王道杰和他的实验团队，会通过筛选把已知与抗旱有关的关键细胞找到，但并不提取而是做基因克隆，使得相同的细胞能多次进行实验。“如果直接提取出来，这个细胞就成为唯一的，谁也不能保证实验一次就能成功。”他说。

在他和相关研究者看来，两株玉米不是叶子数量、果实大小的不同，而是基因方面的差异。其实，它们大部分的基因是一样的，但因为关键控制性状基因差别的存在，才会产生不同。

棉花实验室为什么要研究玉米、油菜

王道杰是棉花生物学国家重点实验室的研究成员之一。这个实验室依托中国农业科学院棉花研究所和河南大学，2011年正式批准建立，2014年1月通过科技部组织的建设期验收。公开信息称，这是河南省高校建设的第一个国家重点实验室。

棉花生物学国家重点实验室，主要从事棉花生物学基础和应用基础研究，有四个研究方向。棉花遗传多样性研究与新基因挖掘、棉花纤维品质性状形成机理研究、棉花高产分子机理与品种设计，这三个研究方向的实验室设在位于河南的中国农业科学院棉花研究所；棉花抗逆机理与环境调控研究的实验室，设在河南大学金明校区。

为什么棉花实验室要研究玉米、油菜？“即便是作物不一样，研究做到上游，可能只是实验材料不一样，工作的思路和工作机理都一样。”王道杰告诉记者，要从油菜里拿出抗旱的基因和从棉花里拿出抗旱的基因基本方法是一样的。

因此，棉花生物学国家重点实验室不仅仅研究棉花，还研究油菜、玉米、小麦等农作物，进一步发掘它们的生产潜力。

“植物中的小白鼠”

立下汗马功劳

“这个是拟南芥，被称为植物研究中的‘小白鼠’。”棉花生物学国家重点实验室的王伟指着实验室办公桌上几盆绿色植物介绍说。也许在他看来，这已经是在整个实验室中能找到的最好介绍的实验用品了。

为了让我们更了解拟南芥，他还专门找了实验室有关负责人带记者到拟南芥的培养室看了看。普通老百姓对拟南芥这种植物并不熟悉，因为它既不好吃、也不好看，对人类毫无经济价值。我国古人常将身边的一些卑微、低贱之物“视若草芥”，拟南芥早先也是一种无声无息、名不见经传的小草。但是，近一百年来，随着生物学和经典遗传学的蓬勃发展，科学家们逐渐注意到它的研究价值。

原来，拟南芥的基因组是目前已知植物中最小的。就拿拟南芥和油菜对比，油菜有8万个基因，拟南芥有2.5万个基因。遇到干旱，油菜和拟南芥都会有相似的应对机制去克服，找抗旱基因的话，从8万个基因里面找和从2.5万个基因里面找，难易程度显而易见。同时，拟南芥繁殖快、易于在实验室培养，两个月就能培养出来。它还是自花授粉植物，基因纯度高，用紫外线等物理化学方面的因素处理后突变率也比较高。

因此，拟南芥成了遗传学研究的好材料，被誉为“植物中的小白鼠”。设在河南大学的棉花生物学国家重点实验室，最初就是从拟南芥研究开始的。这个始建于1990年的实验室，在探索植物节水调控机理方面取得过辉煌成果，先后在国际知名的学术刊物上发表论文60多篇。

实验室主任宋纯鹏主持过国家重大研究计划“拟南芥赤霉素生物合成调节及其与脱落酸互作的分子机制”和“ABA调节拟南芥根系构型形态建成的分子机制”，实验室苗雨晨教授主持了国家自然科学基金“拟南芥ABC转运蛋白SAA1参与芥子酸及其衍生物转运的功能鉴定及调控机理研究”等。

从事植物逆境信号转导机制方向研究的江静教授，亲身经历了河南从只有一个项目、一间实验室，到现在发展壮大成为国际上具有重要影响的植物生物学研究区域之一的过程。

反复实验破解植物“节水密码”

棉花是喜热作物，对水分也有一定需求，所以，气候干燥但灌溉水源充足的地区最适宜种植棉花，这是传统意义上的棉花。棉花生物学国家重点实验室要做的就是改变棉花基础习性，让它们能在更多的地方种植，这就是逆境生成。

不过，棉花生物学国家重点实验室主要研究抗旱，试图降低作物生长过程中对水的需求量，提高作物水分的利用效率。为什么他们不大力研究抗涝抗寒呢？因为目前我国种植农作物遇到的干旱问题，要比水涝等多得多。水资源短缺是限制我国农业及国民经济发展的首要因素。近年来我国南方和北方频频出现干旱，使我国农业生产和人畜用水受到严重影响，干旱所造成的损失几乎是其他自然灾害所造成损失的总和。

据了解，我国旱地农业占全国总耕地面积的52%，其中没有灌溉条件的旱地约占全部旱地的65%。全国每年有7亿多亩农田受旱灾威胁，受旱面积3.26亿亩，成灾面积1.34亿亩。因此，他们要破解的逆境难题主要是指旱涝、高温等，是发展我国作物生产，尤其是北方干旱、半干旱地区作物生产的重大战略性课题之一。

这个研究过程就是科学家们寻找植物的“节水密码”。宋纯鹏教授带领实验团队，瞄准以提高植物水分效率为目标的生物节水这一重大课题，以控制植物光合和水分散失的气孔运动为模式系统，创造性地探讨了植物应答干旱胁迫气孔调节的分子机理。经过多年的系统研究，该项目共发表论文60篇，申请国家发明专利12项、授权5项。该项目开辟了保卫细胞活性氧信号转导研究这一方兴未艾的新领域。

由宋纯鹏、张骁、苗雨晨、江静和安国勇等人申报的“植物应答干旱胁迫的气孔调节机制”获2012年国家自然科学二等奖（当年一等奖空缺），实现了河南省在该奖项的零的突破。

让棉花抗旱就是加速“转基因”过程

关键基因的发现、研究和利用，其实就是找出差异基因的过程。当然，在实验室科学家们看来，基因本来就是一直在发生着变化，不过那种静态的变化需要一个漫长的时间，我们通俗意义上把这种转化称之为“进化”。

比如棉花，在雨量充足的年代，棉花需要很多水才能保证存活，但随着气候变化，水资源越来越匮乏，干旱越来越严重，需水量大的棉花品种就会无法存活，而抗旱耐旱的棉花品种就能适应环境存活下来。然后利用这种抗旱的棉花品种，有目的地培育高产优质新品种，从而成为我们现在看到的新疆棉花。

在河南大学棉花生物学国家重点实验室蔡应繁教授看来，进化是基因发生无目的性改变的自然现象，而转基因是有目的的人为改变基因。棉花和我们的生活息息相关，不过因为和我们的吃关系不大，所以并没有太多人关注其转基因学项目。

有人觉得像大豆、玉米的转基因产品，吃了转基因食品会对人体产生严重的后果，真的是这样吗？几位实验室的教授告诉记者，转基因没有那么可怕，即便人不对作物做基因转化，自然环境也会让植物基因发生变化，不过那个过程比较漫长人们容易接受。

对科学家来说，“旱涝保收”并不轻松

大家说起“旱涝保收”的时候可能多是轻松愉快，但放在宋纯鹏的团队中，则成了不断实验、论证无限接近这个目标的工作过程。在普通人看来，阶段性成果的取得意味着可以休息一段时间，对一个科学家来说则要永远在路上。

实验室不止一名科学家告诉记者，有时同学、朋友想找自己聊聊天，问在忙什么，他们的回答都是“写论文，看资料”，一次两次这么说还可以，说多了自己的同学就会说：“你哪有那么忙？”每个在实验室做科研的人，几乎都是这样，白天事情比较多，晚上才能趁着安静，梳理梳理思路。

这里的实验并没有外人想象的那么有意思，因为研究的成果并不是偶然得来，而是提前设定。实验室的科学家们要做的就是用实验进行反复验证其科学合理性。研究结果将为培育高产、稳产、优质、抗逆、广适耐旱的作物新品种奠定基础。

“凌晨三四点钟来了灵感，马上记录。”实验室课题带头人蔡应繁教授说，可能会因此兴奋得一夜都睡不着，这可以说是常态。“宋纯鹏主任在凌晨四五点钟给学生们修改论文，回复邮件是很常见的事情。”实验室课题带头人江静教授对记者说，做科研也是紧迫感和风险很大的职业，因为对从事基础理论研究的科学家来说，研究成果只有第一没有第二，而且这是在全球范围内的比拼，稍微晚那么点，可能就意味着一个团队坚持了几年的研究成果，被别人抢去。

对此，江静深有体会，因为她和团队关于植物激素的一项研究坚持了六七年，却在接近尾声时发现，成果已经被别的团队在国外知名期刊发表了。“搞研究就是这样，它不像搞生产，数量上去就行了。”王道杰说，这样一来自由的时间比较少，尤其是脑袋，闲不下来。

棉花能种在月球上吗？

王道杰告诉记者，只有在不断进步的基础研究之上，科学才能不断进步。在未来的某一天，不适合种植棉花的地方，比如说黄土高原或者是缺水低温的山坡上，可能也能种棉花，并能保证单位面积的产量。

现实生活中我们听说过彩棉，棉花生长出来就带着颜色。从研究的角度看，这就是找到控制棉花颜色的关键基因，使其变异改变棉花的颜色。

海南有种野生棉花，一年四季都在生长，真的就像一棵树一样。这也是棉花的某个基因在控制。抛开棉花成树是否仅是为了观赏性不讲，用术语说，在保证单位产量的前提下，塑造理想株型，实现棉花生产全程机械化，降低生产成本，其基础也是基因研究。类似在盐碱地上种植棉花，也需要抗盐碱基因的发现研究来实现。

那么，让我们脑洞大开一下，未来的某一天，棉花能种在月亮上或者是火星上吗？对此，棉花生物学国家重点实验室的科学家说，并不排除棉花能种在月球的可能性，但我们的研究距那一天还非常遥远。