用“光”彈奏作物的“生長(zhǎng)曲”
——記湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授周智

唐慧喬 王 鵬

民以食為天，百業(yè)農(nóng)為先。作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，自古以來(lái)，我國(guó)的一代代農(nóng)業(yè)科學(xué)家和從業(yè)者初心如磐，不斷探索著農(nóng)業(yè)發(fā)展的道路與方向，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授周智也是其中的一員。站在農(nóng)學(xué)與化學(xué)的交叉地帶，他結(jié)合自身發(fā)光材料背景優(yōu)勢(shì)，圍繞“光調(diào)控作物生長(zhǎng)”這一課題，先后展開了作物先進(jìn)栽培環(huán)境、模式、手段等連續(xù)性創(chuàng)新研究，為實(shí)現(xiàn)“增加糧食產(chǎn)量、提升作物品質(zhì)”的目標(biāo)提供強(qiáng)勁支撐。同時(shí)，靶定我國(guó)“雙碳”目標(biāo)，他以“提升植物光合效率、增加二氧化碳吸收”為切入點(diǎn)，大力推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)固碳減排，助力我國(guó)農(nóng)業(yè)綠色高效發(fā)展。“我正在做的事情，既是為了當(dāng)下，也是為了長(zhǎng)久。給作物提供良好生長(zhǎng)環(huán)境、讓作物更好生長(zhǎng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)固碳減排，這是人與自然和諧共生的事情?！睂Ｗ⒖蒲?、腳踏實(shí)地的周智是這樣說(shuō)的，也是這樣做的。

周智

以光助農(nóng)拓新路

在農(nóng)藥、化肥等領(lǐng)域中，農(nóng)學(xué)和化學(xué)的“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”早已取得不少成果。不過(guò)，自本科起即就讀于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的周智，卻沒(méi)有沿襲這一傳統(tǒng)的研究方向。在為期13年的求學(xué)生涯中，他始終思考著農(nóng)業(yè)與化學(xué)的本質(zhì)關(guān)系，并試圖以完全不同的思路去耦合二者關(guān)系。這樣的想法敦促著他在本科和碩士期間，就新型化學(xué)品及新材料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用展開研究；并讓他在中南大學(xué)攻讀博士及赴荷蘭展開博士后研究時(shí)，對(duì)以熒光粉為代表的農(nóng)用發(fā)光材料研究及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)起沖鋒。這個(gè)被周智稱為“打基礎(chǔ)”的階段，他的每一步都走得篤定而踏實(shí)。

待到2014年學(xué)成回國(guó)、入職母校后，“如何更好地用光來(lái)調(diào)控作物生長(zhǎng)”成了擺在周智面前的首要問(wèn)題。盡管課題組剛剛成立，但深思多年的周智很快就為自己和團(tuán)隊(duì)確立了發(fā)展方向——“在農(nóng)業(yè)大學(xué)，要做與農(nóng)業(yè)相關(guān)的研究，更要做能夠發(fā)揮自身化學(xué)優(yōu)勢(shì)的農(nóng)業(yè)研究。”就此，他以平臺(tái)負(fù)責(zé)人的身份牽頭申報(bào)了“湖南省光學(xué)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心”省級(jí)科研平臺(tái)，錨定發(fā)光材料的制備、發(fā)光器件的組裝、發(fā)光器件在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用方法等方向，他期待“通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控作物的光環(huán)境，彈奏好光與作物的‘生長(zhǎng)曲’”。

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，平臺(tái)在基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等層面取得多項(xiàng)成果，一條從研究到應(yīng)用的鏈路也隨之打通?；谒麄?cè)谛滦透咝ED植物生長(zhǎng)燈用熒光粉的開發(fā)和性能提升，以及光對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的促進(jìn)影響這兩個(gè)方面開展的長(zhǎng)期探索，周智團(tuán)隊(duì)在原理、技術(shù)及應(yīng)用層面均取得突破，相關(guān)成果“高光效高熱穩(wěn)定熒光粉激發(fā)型LED植物生長(zhǎng)燈設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用示范”也于2019年被評(píng)為湖南省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

在這一成果中，圍繞LED植物生長(zhǎng)燈在實(shí)際應(yīng)用中遇到的發(fā)光效率低和熱穩(wěn)定性差問(wèn)題，周智團(tuán)隊(duì)通過(guò)雜原子取代改善熒光粉基質(zhì)結(jié)構(gòu)，達(dá)到增強(qiáng)能量傳遞最終實(shí)現(xiàn)熒光粉發(fā)光效率增強(qiáng)的目的；此外，他們還通過(guò)雜原子取代增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和原子沉積技術(shù)包覆改變表面性能，以提高熒光粉熱穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和制造了系列高光效高熱穩(wěn)定性發(fā)光材料，將其封裝成多功能LED植物生長(zhǎng)燈具后應(yīng)用于植物生長(zhǎng)，并針對(duì)不同植物及其不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)光譜的需求差異進(jìn)行按需供給，從功能成分和生長(zhǎng)速度兩個(gè)角度調(diào)控植物生長(zhǎng)。目前，項(xiàng)目共授權(quán)國(guó)家專利25項(xiàng)，其中發(fā)明專利10項(xiàng)、實(shí)用新型專利15項(xiàng)，在相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品的應(yīng)用等層面創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。這一技術(shù)開發(fā)與基礎(chǔ)研究并重、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的研究成果，對(duì)周智團(tuán)隊(duì)打開“研—產(chǎn)—用”三者循環(huán)推進(jìn)的良好局面起到了決定性作用，也成為啟發(fā)周智進(jìn)一步思索前進(jìn)方向的重要契機(jī)。

以光助茶香更遠(yuǎn)

在邁出、走穩(wěn)了科技成果產(chǎn)業(yè)化的第一步后，周智也不斷思索著以科研力量為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)賦能的可能性。通過(guò)與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)院士劉仲華教授的深入交流，他為自己和團(tuán)隊(duì)圈定了新的研究方向：一方面，要掌握好效果和成本之間的平衡，提高相關(guān)成果在農(nóng)戶及企業(yè)中的接受度，讓研究成果在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中得到全面推廣與應(yīng)用；另一方面，科研工作要朝著更加精深的方向發(fā)展，精心選擇具有當(dāng)?shù)靥厣牡湫蛢?yōu)勢(shì)作物作為研究的切入點(diǎn)和持續(xù)發(fā)力點(diǎn)，讓交叉研究進(jìn)一步發(fā)揮實(shí)用價(jià)值。從這個(gè)目標(biāo)出發(fā)，周智選擇了對(duì)湖南省乃至全國(guó)都有重要意義的茶葉行業(yè)，就光照與茶氨酸含量的關(guān)系展開研究。

“以清明節(jié)氣為界，茶葉有明前茶、明后茶之分。二者價(jià)格相差巨大，主要原因就在于以茶氨酸為代表的功能成分含量有很大差異，進(jìn)而導(dǎo)致茶葉風(fēng)味相去甚遠(yuǎn)?！敝苤墙榻B道，“光照條件會(huì)影響氨基酸的積累，清明前后茶葉品質(zhì)的差異很大程度來(lái)源于光照條件的不同，但其調(diào)控規(guī)律及響應(yīng)機(jī)制尚不明確?！本痛?，他與湘豐茶業(yè)集團(tuán)等企業(yè)合作，以湖南地區(qū)特異茶樹資源——保靖黃金茶為研究對(duì)象，展開了“Cr3+激活遠(yuǎn)紅光發(fā)射熒光材料的制備與茶氨酸光代謝調(diào)控研究”項(xiàng)目的攻關(guān)。

通過(guò)修復(fù)表面缺陷、構(gòu)建能量傳遞等多種策略對(duì)Cr3+激活的雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)發(fā)光材料進(jìn)行改性，周智團(tuán)隊(duì)提高了熒光粉的光效，增強(qiáng)了器件的熱穩(wěn)定性，從而獲得燈具的最佳使用效果。借由這一封裝燈具進(jìn)行的補(bǔ)光實(shí)驗(yàn)，周智團(tuán)隊(duì)明確了茶葉生長(zhǎng)過(guò)程中的光調(diào)控機(jī)制：添加適量遠(yuǎn)紅光后，茶氨酸含量高于單獨(dú)白光和單獨(dú)藍(lán)光3倍左右，是一種有效增加或維持茶氨酸含量的光照環(huán)境條件；換言之，遠(yuǎn)紅光是調(diào)控茶氨酸合成路徑及基因表達(dá)的關(guān)鍵因素?！傲私庹{(diào)控機(jī)制后，我們將特殊波段藍(lán)光加上遠(yuǎn)紅光進(jìn)行復(fù)合處理之后對(duì)茶樹進(jìn)行照射，使茶氨酸含量變得相對(duì)穩(wěn)定，可以將明前茶的有效采摘期延長(zhǎng)一周左右?！蹦壳埃@一項(xiàng)目成果為植物照明燈具產(chǎn)業(yè)及茶產(chǎn)業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，有效地促進(jìn)了農(nóng)用發(fā)光材料及植物燈用LED設(shè)備的發(fā)展，同時(shí)在茶葉增產(chǎn)、茶農(nóng)增收等方面表現(xiàn)出極高的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

截至目前，周智已累計(jì)申請(qǐng)專利50余項(xiàng)，其中已有20余項(xiàng)進(jìn)入推廣及應(yīng)用階段。以所學(xué)所研為產(chǎn)業(yè)發(fā)展持續(xù)賦能，是他投身產(chǎn)學(xué)研實(shí)踐的起點(diǎn)。如今身為人師，周智同樣堅(jiān)定地扛起為行業(yè)培養(yǎng)新人的職責(zé)，他期待育得“源頭活水”，共同匯成行業(yè)發(fā)展的磅礴新歌。

“新農(nóng)路”上好“光”景

2022年是周智的“豐收年”。在這一年，他先后斬獲了農(nóng)業(yè)農(nóng)村部神農(nóng)青年英才、霍英東教育基金會(huì)高等院校青年科學(xué)獎(jiǎng)、中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)青年科技獎(jiǎng)和第五屆中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)青年科學(xué)家優(yōu)秀獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。提及這些榮譽(yù)，周智認(rèn)真地說(shuō)：“這一切都離不開學(xué)校提供的平臺(tái)、離不開團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)助，更離不開學(xué)生的支持。”

在周智課題組剛剛成立、處處“捉襟見(jiàn)肘”的時(shí)候，他帶著僅有的3名本科生，一步步走到了繁花盛景時(shí)。如今回顧來(lái)時(shí)路，周智說(shuō)：“把本科生當(dāng)成研究生，他就是研究生；把研究生當(dāng)成博士生，他就是博士生；把博士生當(dāng)成同事，像同事一樣尊敬他，給他機(jī)會(huì)和空間，他就能夠像同事一樣做得好。我就是以這樣的態(tài)度來(lái)培養(yǎng)學(xué)生，逐步形成了適合我們的教學(xué)方法，也就此誕生了更多的教學(xué)成果?！?021年，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院融合現(xiàn)代信息技術(shù)、現(xiàn)代生物技術(shù)、現(xiàn)代工程技術(shù)和傳統(tǒng)農(nóng)學(xué)共同設(shè)立了智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)，周智出任班主任和專業(yè)教授，他將前沿理論和實(shí)際課題引入課堂，著力培養(yǎng)學(xué)生成為國(guó)家急需的復(fù)合型人才?！靶罗r(nóng)科建設(shè)本質(zhì)上就是復(fù)合型農(nóng)業(yè)人才建設(shè)，我們要做的就是發(fā)揮自己和團(tuán)隊(duì)在科研和實(shí)踐方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，幫助學(xué)生行穩(wěn)致遠(yuǎn)、茁壯成長(zhǎng)。”

“作物生長(zhǎng)需要好的環(huán)境，包括光環(huán)境和土壤環(huán)境。”談及未來(lái)的科研方向，周智娓娓道來(lái)，“我們將繼續(xù)以茶為研究中心、以光為主要手段，分別就光照對(duì)茶樹功能成分含量變化的調(diào)控機(jī)制、光照在茶葉委凋等加工過(guò)程中的作用等方面，緊緊圍繞‘光與茶’的主題開展學(xué)科交叉研究；針對(duì)具體的產(chǎn)業(yè)問(wèn)題，我們將選取多個(gè)研究視角、綜合不同學(xué)科之力進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，從而為‘新農(nóng)路’創(chuàng)造更多好‘光’景?！?/p>