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[兰州大学报]萋萋丰草情
——记兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室王锁民教授

日期: 2016-07-15 点击: ...
   

作者:本报记者 吴振荣 学生记者:常嘉容

图为兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室王锁民教授考察库布齐沙漠植物

  大漠孤烟,长河落日。贫瘠与荒芜早在人们心中形成了独特的西北印象。而兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室王锁民教授自上世纪90年代初走进河西走廊,就深深地扎根在这片炙热的土地,用始终如一的故土情怀和不懈追求的科研精神,一次又一次为荒漠的生态恢复点燃了绿色的希望。

传承与践行“道法自然 日新又新”的精神

  步入兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室大门,一块巨石映入眼帘,上书“道法自然,日新又新”,字体遒劲有力,挥洒自如。这句话由我国草业科学奠基人之一的任继周院士提出并书写,时刻激励着实验室每一个教职员工,并为实验室的发展指明了方向。

  王锁民教授说,科学研究一方面要遵循自然规律、科学规律,向大自然学习;另一方面也要在学习的基础上不断奋发进取,开拓创新。也就是实验室的精神:道法自然,日新又新。

  1998年,王锁民第一次走进阿拉善荒漠,开展为期一周的荒漠植物资源调查就取得了意外的收获。“当时,我们想在广袤无垠的沙漠中寻找一些沙区特有的植物资源,但是那片沙海中几乎寸草不生。当我们想要放弃而转向另一个目的地时,远远地看到一株植物‘孤独地’矗立着。我们兴奋地走近后,发现虽然它的部分根系都已经暴露于烈日下,但叶子仍旧生长得很旺盛”。王锁民回忆道,“那就是霸王,一种在西北荒漠区生长的旱生植物”。采样拿回实验室分析发现,在沙漠这样低盐的环境下,霸王这种旱生植物体内的含盐量与河西走廊重度盐碱地上生长的植物相当!“当时我就猜想:从含盐量很低的土壤中吸取并积累大量的钠可能是霸王等旱生植物适应荒漠环境的重要策略。”王锁民说。

  于是,他带领着自己的研究团队开始对这一现象进行深入研究,发现在实验室可控条件下,霸王等荒漠旱生植物可以通过吸收并积累大量的钠用于渗透调节,来适应干旱环境。这一研究成果在SCI农林一区杂志《TreePhysiology》发表后,得到国际学术界的高度重视和广泛引用,成为2015年度ESI高被引论文。该杂志的主编将民勤荒漠区生长的霸王照片选为当期杂志封面,同时邀请德国哥廷根大学著名树木学家专门针对该项研究成果撰写了评论文章,对论文中的研究结果进行了详细图解与评述,认为“关于干旱胁迫下霸王利用钠来挽救其正常生长性能的发现令人振奋,这为改善干旱区植物的生长开辟了新的前景”。

  在此基础上,王锁民及其团队又提出了新的问题,即能否让干旱区重要的牧草及作物也具有类似于霸王等植物的抗旱、抗盐特质?紫花苜蓿是一种优良的豆科牧草,享有“牧草之王”的美誉。然而,紫花苜蓿的抗旱、抗盐和耐瘠薄能力普遍不强,它只有种植在水肥条件较好的耕地里,才能获得理想的产量,这造成了粮草争地的局面。通过不懈地努力和实践,王锁民率领的团队最终成功地从霸王中分离到了关键抗旱基因,并将它们用于紫花苜蓿抗逆性的改良,使紫花苜蓿能够更好地适应干旱、盐碱度高以及贫瘠的土壤。该研究成果刚刚在国际重要学术刊物《PlantBiotechnologyJournal》上发表,这将不仅有助于提高我国西北地区盐碱荒地的利用率,也为该地区生态环境的恢复提供了重要理论支撑。

  经过多年的不懈努力,王锁民教授和他的团队收获了累累硕果,但是他们深知,科研的道路没有尽头,需要扎根苦干、一步一脚印地向前走。采访中,王锁民说:“我们已经给紫花苜蓿换了‘心脏’,现在我们正努力给紫花苜蓿‘披外衣、换皮肤’”。沙漠地区的年降水量仅是其蒸发量的十分之一,霸王之所以能够在沙漠中生长,一个重要原因是因为其具有很强的保水性。王锁民介绍,霸王的表皮蜡质厚度是一般植物的2到3倍,如果能够将这种特性转化到紫花苜蓿上,就可以进一步提高这一优良牧草的抗旱性,这是整个团队接下来要做的重要事情。另外,团队成员尹红菊博士和未丽实验师现在也开始着手做霸王转录因子功能分析方面的研究工作,以期进一步揭示霸王抗旱的分子调控网络、挖掘更多的抗逆基因,用于作物和牧草抗逆性的遗传改良。

  除了致力于微观领域的探索,王锁民教授还十分注重实践应用研究。在前期理论研究的基础上,他大胆提出一个创新性设想:既然钠在旱生植物适应荒漠环境过程中发挥着重要作用,那么能不能将钠作为一种肥料用于培养霸王等旱生植物的强抗旱苗?于是,经过一系列艰苦的试验和改进,王锁民带领他的团队最终成功研制出了既可促进霸王、梭梭、白刺等荒漠植物生长,又能提高它们抗旱能力的有机复合肥,他们成功建立了荒漠灌木抗逆种苗培育及荒漠区植被恢复技术体系,向民勤巴腾有机肥料有限公司转让核心专利技术以大规模生产荒漠植物育苗、造林和复壮专用有机肥,并进行了大面积的推广应用。以中国科学院兰州分院王涛研究员为组长的专家组认为,该项成果的熟化、转化和推广示范对当地乃至整个西北荒漠区植被的恢复与重建具有重要的生态、社会和经济意义,应用前景广阔。

  “道法自然,日新又新”。王锁民教授说:“我们十多年来的研究过程就这样,遵循自然规律、发现自然规律、学习自然规律,然后用科学的方法去创新,去实践。”

科研文化的“三驾马车”

  谈到多年科学研究所获得的经验,王锁民教授指出,拉动科研发展需要“三驾马车”:科研要密切结合实际和生产实践,要用系统学思想指导科研,实验一线是获得灵感与真知的源泉。

  “1987年我刚考上西北师范大学的硕士研究生时,导师赵思齐先生就跟我强调实践的重要性。安排我暑假回家乡去开展调研与实践。”王锁民回忆道。在赵先生的要求下,他奔赴庆阳宁县几个乡镇的基层农业科研机构、走访了生产一线的科研工作者,在田间地头学到了课本上学不到的许多知识,包括小麦优异品种的选育、旱作管理、种植制度等等。1989年暑假,他又和导师及兰州市农科所的科研人员一道,赴定西旱农区进行了为期半个月的田间采样与分析,与农民吃在一起、住在一起,积累了丰富的实践经验。正是这两次经历和导师赵思齐先生的言传身教,让他切实体会到了理论和实践相结合的重要性。“任继周院士也极其注重实践在科学研究中的战略地位,他在1981年创办甘肃草原生态研究所(兰州大学草地农业科技学院的前身)之前,就先期建立了庆阳黄土高原草地农业系统试验站,因此科研密切结合实际和生产实践是这个学术集体的文化传统。”王锁民兴奋地说道。1990年他到甘肃草原生态研究所参加工作后,即奔赴河西走廊,投身到任先生承担的利用耐盐牧草小花碱茅改良盐碱地和筹建临泽草地生态试验站的工作中,这一干就是5年,也正是这段在基层实践的经历,开启了他自己和团队研究的新方向。禾本科牧草小花碱茅在盐碱地上长势良好,他敏锐地感到这种草具有独特的抗盐机制,随后便对其展开了长时间的研究,从1995年在甘肃农业大学在职攻读博士学位、到1999年做博士后期间在兰州大学生命学院和上海植物生理生态研究所进行合作研究,再到后来指导学生研究,前后持续了20余年,其研究成果相继发表在《Plant,CellandEnvironment》和《JournalofExperimentalBotany》等一系列植物学领域的重要国际刊物上。直至目前,在参加南志标院士作为首席科学家的973项目中,对这一特色植物的研究仍是王锁民教授团队的主攻方向。在临泽草地生态试验站新开垦的重度盐碱地上,王锁民还发现一大片长势郁郁葱葱的盐地碱蓬,接着在他的博士论文中对其抗盐生理进行了初步分析,在此基础上2003年他成功申请到英国皇家学会的资助,在苏塞克斯大学著名植物生理学家TimFlowers教授实验室进行了为期一年的合作研究,系统分析了碱蓬属植物吸收钠的机制,随后又派遣其指导的博士研究生、现团队骨干张金林教授去该实验室继续这一工作,这些研究研究成果先后发表在《PlantPhysiology》和《PlantandSoil》等知名刊物。如前所述,其团队对荒漠旱生植物的系统研究也缘于他一次野外调查的意外收获。依托上述从生产实践中发现的几种植物材料,王锁民教授及其团队近年来共获批国家自然科学基金面上项目10项和优秀青年基金项目1项、863课题1项、国家农业科技成果转化资金项目2项和国家发明专利4项,有关荒漠草原典型盐生植物适应逆境机理的研究成果也获得了2011年度的甘肃省自然科学一等奖。

  王锁民教授强调,在具体科研过程中,用系统论的思想为指导将会收到事半功倍的效果。他说:“任继周先生成功地将系统学的思想运用于草地农业生态系统的宏观研究领域,这一思想对中观的生理和微观的分子领域的研究同样具有重要指导作用。我在做博士论文时,运用任先生倡导的系统论思想,提出了定量计算根系钾、钠选择性吸收能力和植株各器官钾、钠选择性运输能力的公式,并据此构建了鉴别抗盐植物类型的生理指标体系”。这一方法为盐渍区植物的筛选引种、抗盐机制研究及抗盐植物的育种工作提供了可量化的指标体系,得到了国际同行的高度评价和广泛应用。近年来,他的团队运用系统学思想又成功地揭示了控制植物根系离子选择性吸收和运输能力的分子基础,提出了关键蛋白调控根部钾、钠运输系统的作用模型,合理地解释了植物遭受盐胁迫时维持离子稳态平衡的机制,修正了前人提出的有关模型;同时,提出了叶中介导钠区域化的蛋白通过反馈调节根中相关基因的表达,从而控制植物整株水平上离子转运的机制。这些研究为认识植物适应逆境的分子机制提供了新的视角,相关成果发表在 《AnnalsofBotany》和《FunctionalPlantBiology》等刊物。

  王锁民告诉我们:“南志标院士曾说:草业科学是实验性很强的学科,科研人员特别是青年教师一定不能脱离实验第一线,这是获得真知的源泉”。因此,在科研工作中,他尽可能抽出时间亲自参与到实验中。王锁民说:亲临实验一线是在研究所工作时形成的良好风气,但进入大学,要警惕的是:不能只靠研究生做实验,我们虽然不能完全自己做,但至少要积极参与。1999年在上海植物生理生态研究所做实验时,王锁民一直苦苦寻思“盐怎么进入植物体内?”这一难题。而在当时,国际上大多采用吸盐量很少的拒盐植物作为研究材料,因此这一问题的研究始终没有取得进展。长时间地思考后他豁然开朗:“为什么研究钠的吸收途径不选择积盐类的植物,这些植物本身能够大量吸盐,做起来不是更加容易吗?”。这为钠如何进入植物体内途径的研究找到了理想的实验体系。为了进一步探究植物体内钠转运的分子机制,王锁民于2008年远赴美国加州大学伯克利分校,在国际著名植物学家ShengLuan教授实验室进行了一年的合作研究,他在长时间观察3个拟南芥突变体在盐胁迫下的生长特征后,发现一个十分有趣、但根据现有文献无法解释的现象。虽经多方求教,却始终不得其解,这一疑问一直萦绕在他的心头。直到2011年的一天,他在分析一名博士生的实验数据时才灵感忽现,数年的思考终于获得了圆满的答案。他最后感慨道:“科学研究并不能仅依靠文献,实验观察是获得真知的直接途径。亲身经历让我体验到南院士教导的真正内涵”。

  王锁民2011年底在草地农业生态系统国家重点实验室科研报告会上总结到:“实验室的文化传统是我们的事业获得稳健、快速的发展的基石,也是我们每个人成长的原动力”。

人才培养是团队建设的基石

  作为一名学术带头人,在取得丰硕的科研成果的同时,王锁民教授也十分注重人才的培养和科研团队的建设。草地农业生态系统国家重点实验室办公室主任范成勇介绍道,王锁民在学生时代一直学习俄语,直到工作后才开始自学英语,但他却十分重视培养团队成员的国际视野:从英国苏塞克斯大学TimFlowers教授实验室结束合作研究回国后,他为当时自己在兰州大学生命学院做博士后时协助张承烈教授指导的博士研究生宫海军(现西北农林科技大学教授)和现团队骨干成员张金林教授,积极争取英国皇家学会的经费支持、派遣他们出访学习,在王锁民的指导和支持下,张金林于2012年获“国家优秀青年基金”,并入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”;而当王锁民从美国加州大学伯克利分校ShengLuan教授实验室完成合作研究回国后,又派遣他的博士研究生、现团队骨干成员马清博士赴该实验室学习2年,马清博士于2012年获“教育部博士研究生学术新人奖”和中国草学会 “王栋奖学金”,博士学位论文入选2015年“甘肃省优秀博士学位论文”。为了全面提升了团队成员的学术水平和科研能力,近年他先后派遣团队骨干成员包爱科副教授和2名博士研究生分别赴美国弗吉尼亚理工大学、塞缪尔·诺贝基金会和普渡大学进行为期一年以上的合作研究和学习。功夫不负有心人,经过不懈努力,王锁民收获了团队的发展及学生的成长、成才,带出了一支草类植物逆境生理研究的生力军。

  踽踽绿洲路萋萋丰草情。王锁民教授凭借着他执着奋进的科研精神和对草业科学的憧憬与热爱,不仅取得了诸多瞩目的科研成果和学术荣誉,还培养出了一批又一批优秀的草业科学青年才俊。这些成就必将在我国生态文明建设和“一带一路”战略框架中发挥重要作用。

  王锁民教授坚信,一分耕耘,一分收获。科研的道路上永无止境,只有不断努力,才能越走越稳,越走越远。

  (《兰州大学报》第888期 二版)图文链接请点击

 

文:吴振荣,常嘉容
图:
编辑:王梦雪
来源:兰州大学报
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