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院士科普|从百年演进到需求导向——植物科技守护粮食安全

来源:光明网2025-09-16 11:21

  在国家粮食安全战略升级的当下,“大食物观”已从主粮供给延伸至肉蛋奶等多元需求领域,而植物科技正是串联这些需求的关键纽带。对植物科技工作者而言,大食物观的提出既是挑战也是机遇,基础研究如何打破“实验室局限”,对接产业实际需求?青年学者如何选准方向助力粮食安全?

  植物科学百年里程碑:宏观与微观的“双轨突破”

  育种技术的演进离不开植物科学整体的发展,而学科发展的规律正是需求催生问题,问题推动创新。

  宏观维度的突破,是从“物种普查”到“分子进化”的认知升级。20世纪初,欧美国家率先启动植物资源普查。“同一植物在不同山头形态有差异,究竟是一个种还是两个种?”这一问题催生了“物种”的科学界定,分类学也由此成为当时的核心学科。唯有先厘清“植物是谁”,才能为后续育种、利用找到准确素材。

  中国的植物分类学研究,最早可追溯至20世纪30年代的零星研究阶段。新中国成立后,国家启动植物资源调查,300多位科学家联合系统研究,催生108册《中国植物志》巨著的诞生,这部著作厘清了中国2.7万种植物的“身份信息”,也成为应用导向基础研究的典范。

院士科普|从百年演进到需求导向——植物科技守护粮食安全

  1968年,“生物多样性”概念的提出,将植物研究与环境、人类健康关联,让分类学及其相关学科焕发新生;此后,分子生物学、群体遗传学与基因组学的发展,推动分类学向“分子进化生物学”升级,实现了“从形态观察到基因解析”的关键跨越。

  如果说宏观研究是“摸清家底”,微观研究便是“读懂机理”。过去百年,植物微观研究的三大里程碑事件奠定了分子遗传学的基础。一是植物组织培养技术,实现“一片叶子培育出完整植株”;二是冠瘿瘤机制的发现,科学家发现土壤农杆菌中的环状Ti质粒可导致植物形成冠瘿瘤,为基因转移提供了天然工具;三是DNA重组技术,实现“基因的定向转移与组装”。这三大技术推动学科从“描述性研究”走向“机制性解析”。

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  中国科学家在这一领域的贡献同样显著。2003年,李家洋院士在水稻中克隆出控制分蘖数的基因MOC1,直接关联产量,成为植物分子生物学与农业结合的里程碑;2006年,武维华院士在《Cell》发表论文,解析钾离子从细胞外到细胞内的转运网络,突破了“单基因-单性状”的研究局限,实现了“多基因网络解析”的重要突破。

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  从“知识积累”到“任务带学科”:植物科技的应用导向转型

  “基础研究不能一直停留在‘知识积累’阶段。被国外‘卡脖子’时,难道要等100年后再用?”种康直指当前植物科技的核心转型方向——从“跟跑”到“领跑”,从“知识积累”到“任务带学科”。

  1978年,中国植物科技界的核心任务是向西方学习——学习现代科学思维、实验方法、培养科研人才、建设研究平台。随着国家粮食安全、种业自主的需求日益迫切,植物科技的研究模式转向“任务带学科”,不再是“有什么技术就做什么研究”,而是“国家需要什么就攻克什么难题”。

  以“分子模块”的提出为例,2009年,中国科学院启动生物领域首个战略性先导专项。当时,面对“研究与产业脱节”的质疑,种康院士、薛勇彪研究员和段子渊研究员等科学家的思想碰撞,提出“分子模块”概念,即“控制复杂性状的主效基因或多基因网络,且可进行遗传操作的功能单元”。如今,“分子模块”已成为设计育种创新的核心思路——通过筛选优异等位基因,将高产、优质、抗病等性状的模块耦合,培育出综合性状优良的品种。

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  研究模式的转型,也要求科学家主动调整研究方向。李家洋院士早期研究拟南芥,回国后迅速转向水稻,解析产量基因;当二倍体水稻产量接近极限时,又攻关“四倍体水稻快速驯化”。借助分子进化技术,将野生稻上万年的驯化过程缩短至数年。种康院士的研究也同样遵循这一逻辑,从最初研究小麦,到转向水稻基因组,再到十年前洞察到国家“肉蛋奶刚性需求”的迫切性,牵头开展饲草设计育种研究。“我的转型,是国家不同时期的需求推着我走。”这句话道出了科研工作者与国家发展的深度绑定。

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  优秀植物科技工作者的核心素养:兴趣、坚持与报国情怀

  如何成为一名优秀的植物科技工作者?种康给出了“解题思路”。除了过硬的专业能力外,还需要具备四大核心素养。

  一是保持好奇心,兴趣是科学探索的“源动力”。20世纪70年代,号称“拟南芥之父”的马丁・柯尼夫(Maarten Koornneef)开辟拟南芥人工突变体研究系统,彼时无人认可,仅能在小众期刊发文,但他的坚持最终获学界认可,引领了植物科学研究前沿,彼时全球拟南芥突变体大多源自他的早期工作,有力地推动了植物功能基因组学的飞速发展。正是这份对植物性状的好奇心,让他在冷门领域开辟了新天地。

  二是培养敏锐的观察力,捕捉“转瞬即逝的现象”。“培养的材料,每天至少见一次面。”种康常对学生说。许多重大科研突破,正是源于对“异常现象”的敏锐捕捉。

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  三是要持之以恒,穿越科研“黑暗期”。科研路上难免遭遇瓶颈,要坚信“黎明前的黑暗最黑,也最接近光明”。

  四是博学厚德、锚定报国情怀。“做科研,不能只盯着自己的小领域,要知道国家需要什么。”种康强调,博学不仅是“知识的深度”,更是“视野的广度”和“思考的多维度”——了解科学史、关注产业动态、把握国家需求,才能让研究更有价值。始终围绕“解决中国人的吃饭问题”,这份家国情怀,方能让科技工作者在科研道路上走得更稳、更远。

  (文章系“科学与中国”科普报告会暨中国植物学会“2025科普走四方”科普报告会种康院士的内容,记者武玥彤采访整理)

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