創(chuàng)新不止 在生物科學(xué)的海洋中遨游

田靜

作為一位科研工作者，他沉著冷靜，為國(guó)家的糧食安全貢獻(xiàn)著力量；作為一位教育工作者，他博學(xué)多識(shí)，將自身所學(xué)毫不保留的傳授給學(xué)生；作為一個(gè)中國(guó)人，他創(chuàng)新不止，不斷向世界展示著中國(guó)人的智慧。

他，就是合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院生物科學(xué)系主任曹樹(shù)青教授。

尋根溯源，生物治理土壤重金屬污染

眾所周知，土壤重金屬污染是全球面臨的重要環(huán)境問(wèn)題之一。土壤污染的重金屬可通過(guò)農(nóng)作物吸收而進(jìn)入食物鏈嚴(yán)重影響食品安全并危及人類健康。而作為農(nóng)業(yè)大國(guó)的中國(guó)，更是有近20%的耕地存在鎘、砷、汞、鉛、鎳、銅等重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響食品安全并危及民眾健康。據(jù)了解，造成土壤重金屬污染的原因復(fù)雜，包括工業(yè)排放、化肥農(nóng)藥使用及地礦開(kāi)采等，通過(guò)物理和化學(xué)手段治理非常困難，也容易造成二次污染。

曹樹(shù)青認(rèn)為，植物修復(fù)基因工程是解決土壤重金屬污染的重要途徑之一。然而，尋找和發(fā)掘耐受重金屬毒害且調(diào)控重金屬超量積累（或降低重金屬吸收）的關(guān)鍵基因并闡明其作用機(jī)理，則是植物修復(fù)基因工程獲得成功并從源頭上控制農(nóng)產(chǎn)品食品安全的關(guān)鍵。

為此，曹樹(shù)青帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了植物響應(yīng)重金屬信號(hào)傳導(dǎo)的長(zhǎng)期研究，并得到了轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助，希望能夠通過(guò)正向或反向遺傳學(xué)途徑，篩選和克隆涉及植物重金屬超量積累（或降低重金屬吸收）的關(guān)鍵基因，并闡明其作用機(jī)理。這不僅有助于揭示植物耐受重金屬毒害的分子機(jī)理，而且可為利用植物修復(fù)技術(shù)治理土壤中重金屬污染提供新的基因資源，并為從源頭上控制農(nóng)產(chǎn)品食品安全提供新的技術(shù)途徑。

于是，科研團(tuán)隊(duì)利用正向遺傳學(xué)途徑篩選和鑒定了一個(gè)擬南芥耐鎘突變體xcd1-D，并克隆了其相應(yīng)的基因MAN3，該基因編碼一個(gè)1，4-糖苷水解酶。過(guò)量表達(dá)MAN3基因?qū)е骆k的耐受和積累，而MAN3基因功能缺失則該突變體表現(xiàn)出對(duì)鎘敏感。鎘脅迫誘導(dǎo)MAN3基因表達(dá)、增加甘露聚糖水解酶活性及甘露糖水平，從而激活谷胱甘肽依賴的植物螯合素合成途徑上的相關(guān)基因協(xié)調(diào)表達(dá)，進(jìn)而增加植物對(duì)鎘積累和耐受。

如今，研究已經(jīng)初見(jiàn)成效，發(fā)現(xiàn)了MAN3及其介導(dǎo)的甘露糖的新功能，首次揭示了植物響應(yīng)重金屬鎘脅迫的分子調(diào)控機(jī)制，為土壤重金屬污染植物修復(fù)基因工程提供了新的技術(shù)途徑和基因資源?！袄么藱C(jī)制，我們可以通過(guò)基因技術(shù)定向增加植物對(duì)鎘的積累和耐受，使其在受到重金屬鎘污染的土壤中仍可以茂盛生長(zhǎng)，并將鎘吸收后儲(chǔ)存至液泡中?！辈軜?shù)青介紹，“之后我們?cè)賹?duì)吸收了鎘的植物進(jìn)行處理，即可有效降低土壤中的重金屬含量?！?/p>

2014年10月，該原創(chuàng)性成果在線發(fā)表在國(guó)際植物學(xué)知名學(xué)術(shù)期刊New Phytologist，引發(fā)廣泛關(guān)注。不僅獲得第十三屆全國(guó)農(nóng)業(yè)生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)，國(guó)內(nèi)的一系列主流媒體也都進(jìn)行了報(bào)道和轉(zhuǎn)載。

但這些榮譽(yù)并未羈絆住曹教授前進(jìn)的步伐，目前，他正帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究針對(duì)砷、鉛等其他重金屬的植物修復(fù)機(jī)制，并致力于產(chǎn)業(yè)化探索，致力讓更多的國(guó)人吃上放心糧食。

解決糧食安全，實(shí)際意義深遠(yuǎn)

民以食為天，華夏兒女自古以來(lái)就對(duì)糧食有著獨(dú)特的情感，而到了現(xiàn)代，糧食也始終是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安危的重要問(wèn)題，糧食安全是國(guó)家安全的物資基礎(chǔ)。如何增強(qiáng)作物品種的抗逆性是目前我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

為此，曹樹(shù)青教授認(rèn)為利用轉(zhuǎn)基因育種提高作物的耐寒和抗旱能力對(duì)糧食安全問(wèn)題無(wú)疑具有重要的理論與經(jīng)濟(jì)意義。于是，他帶領(lǐng)課題組開(kāi)展了“植物抗逆分子生物學(xué)”研究，即利用轉(zhuǎn)基因育種等技術(shù)增強(qiáng)作物品種的抗逆性，提升植物對(duì)抗不良環(huán)境的能力，如抗旱、抗?jié)场⒖箖?、抗病蟲(chóng)害等。這項(xiàng)工作的關(guān)鍵在于對(duì)植物抗逆分子機(jī)理的認(rèn)識(shí)及關(guān)鍵基因的發(fā)掘。他們以模式植物擬南芥為材料，通過(guò)正向和反向遺傳學(xué)途徑，利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)和基因工程手段，篩選和克隆抗逆關(guān)鍵基因，闡明其功能，并用于作物抗逆分子遺傳改良。

目前，該研究已經(jīng)可獲得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新基因。曹樹(shù)青教授說(shuō)：“這些研究不僅對(duì)于揭示植物抗逆分子機(jī)理具有重要的理論意義，而且可為作物抗逆遺傳改良提供新的基因資源。”

曹樹(shù)青教授還先后主持國(guó)家級(jí)和省級(jí)科研課題20余項(xiàng)，指導(dǎo)國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng)和校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目7項(xiàng)，主持校級(jí)精品課程及研究生教改項(xiàng)目各1項(xiàng)，參與省部級(jí)教改項(xiàng)目3項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外權(quán)威和核心刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，獲授權(quán)（或申請(qǐng)）國(guó)家發(fā)明專利14項(xiàng)，參與撰寫(xiě)973專著1部。

如今，曹教授還在帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)繼續(xù)夯實(shí)著自己的科研成果，希望能夠?qū)⒓夹g(shù)做到更加成熟，更希望有更多的仁人志士參與到這些科研成果的推廣中，為祖國(guó)的糧食安全和食品安全問(wèn)題盡一份力，為美麗“中國(guó)夢(mèng)”的實(shí)現(xiàn)添一把柴。