梦想长大了像袁隆平一样造福于村民:给黄瓜关上苦味开关

创业点子 阅读(1537)

  一个小孩,从小就梦想做一个像袁隆平那样的人,生产很多粮食,造福于村民。为了践行诺言,他多少年如一日“板凳甘做三年冷”,取得了一个又一个突破。

  他就是黄三文。

  1、破译基因密码

  黄三文,湖南人,1971年出生于湖南农村。儿时经常挨饿,可当上个世纪80年代家乡人种植袁隆平培育的杂交水稻后,产量翻了一番,村民从此告别挨饿,那个时候,才几岁的他对袁隆平非常崇拜,梦想长大了像袁隆平一样,造福于村民。高考填志愿时,他没有听从亲友们关于选择热门专业的建议,而报考了北京农业大学,学习植物育种学。

  2004年,我国虽然已发展成为蔬菜生产和消费大国,蔬菜产业GDP达12000亿元,基本实现了蔬菜周年均衡供应,但与美国、荷兰、以色列等国相比,我国的蔬菜育种水平差距仍然很大。面对此种状况,在英国留学的黄三文再也不能安心读书了,他放弃了攻读博士后的机会,回国从事蔬菜基因组研究。

  2005年2月4日,中国农科院蔬菜花卉研究所成立了功能基因课题组,黄三文作为中方首席科学家参与了大型国际合作项目——国际马铃薯基因组计划。研究期间,他发觉国内外黄瓜遗传育种研究一直落后于番茄、白菜等主要蔬菜作物,一直没有完整的分子标记遗传图谱,最好的遗传图谱也只有200多个分子标记,大部分是不可移植的标记,严重制约了黄瓜遗传育种研究。

  

  “可别小看了小小的黄瓜,它是我国重要设施蔬菜,年播种面积约1500万亩,约占世界播种面积的50%,常被用来作为研究植物性别决定、维管束形成的重要模式系统,而黄瓜约有2.3万个基因,是现在已知着花植物中基因数目最少的,我们就从这最少的入手,难度不是最大,若能攻下它的遗传基因图谱,就为研究其它的蔬果类打下基础,所以前景不可估量,”当黄三文重新确定团队的突破重点时,很多人都表示了异议,“我们总不能样样都跟在别人后面亦步亦趋,我们也要敢于走在前面。”他的口气很激动,但又很坚定,不容置疑。

  为了取得突破,黄三文“板凳甘做十年冷”,而每天风雨无阻的第一件事是下地和农作物亲密接触,长势、病虫害、花、果……一一作做好纪录,然后回到实验室分析数据,追根溯源,并不惧失败,大胆采用最新测序技术与传统技术相结合的测序手段。就这样日复一日的坚持,两年后他们终于破译了黄瓜的基因组遗传密码,从而打开了探究瓜类作物多样性和成果基因的大门,举世震惊,而黄瓜也由此成为全球第一个被破解基因密码的蔬菜作物。

  

  2、寻找苦味的“元凶”

  现在,我们所吃的黄瓜香脆可口,略带甘甜。可实际上,已往的黄瓜多数都有苦味,尤其在南方地域,更苦。苦味在果实中的存在,不仅影响了蔬果的品质,也影响了农民的生产效益。

  一些专家认为黄瓜苦味是缺水造成的,黄三文觉得这种说法有一定道理,但“缺水只是表面现象,更深的原因在于黄瓜中或许存在一种物质,它是导致果实变苦的‘元凶’,这种物质只有在黄瓜碰着倒霉的时候如干旱、高温、泥土盐碱化等,才会排泄掉。”他大胆推测道。

  为了验证这一推测,黄三文和他的研究团队系统收集了世界各地的3342份种质资源,涵盖了所有野生和栽培黄瓜类型,随后又投入到旷日持久的实验中,终于找出元凶——原来黄瓜的苦味是由葫芦素C引起的,极少量的葫芦素就能引起显着的苦味,比咖啡因还要苦100倍,这种发现与国外的最新研究成果一致。可怎样去掉黄瓜中的苦味呢?荷兰育种专家采用了一种“简朴粗暴”的方法,即把黄瓜苦味物质葫芦素C粉碎掉,使整株黄瓜完全产生不了苦味,但同时也牺牲了叶片的抗虫性。

  黄三文认为荷兰专家的做法不可取。“可是如何更加精准调控苦味基因,让它们在可食用部位不苦,在其他部位苦,从而既保证果实品格,又保证其仍具有防御虫害的本领呢?”他陷入了沉思,突然灵感一动,“应该从基因中找到黄瓜变苦的机密开关。”于是,从2012年起,他带领团队包下一片20亩的试验田,采用基因诱变的方法种植,探寻苦味开关。与十字花科、茄科等蔬菜作物比较,黄瓜的生育周期较长——它一年之中的播种茬口最多可达6次,远远高于部分蔬菜的2到3次。夏季,温室大棚内的温度要比外面平均高8℃至10℃,酷热难耐,当地人都受不了,但为了掌握第一手资料,黄三文他们每天都要去大棚,为试验田里的黄瓜逐一人工授粉、选种,观察并记录生长情况。每年的4月到11月,他们经常是早上六七点上班,晚上六七点下班,披星戴月,没有例外。

  那几年时间,研发团队整天一门心思想的都是如何让黄瓜不苦。黄瓜有2.3万多个基因,是哪些基因在起作用呢?“一定要找出来。”黄三文握了握拳头,给团队鼓劲。

  

  3、给黄瓜关上苦味“开关”

  可是怎样找出呢?“一一品尝,一一筛选。”黄三文做出了一个令大家面面相觑的决定。“20亩,要每一根都品尝到,什么概念!”大家的眼一个个都瞪成了牛眼。

  “这是一项非常艰巨的工程,有可能什么都发现不了,但必须有人去做。”黄三文毅然决然地说。

  按要求3人一组同时品尝,每根黄瓜需要独立品尝3次,每尝一口,都必须要用矿泉水漱一下口,否则尝不出下一棵是苦还是不苦,要三人感觉一致才能最终判定。这样,团队一共品尝了6万多根黄瓜,18万片黄瓜叶子,才最终找到了两株不苦的瓜。“连吃二十几天的时候,我们多人的舌头都麻木了,因为对苦味已经不敏感了,都到了那种程度。”那段时间,大家吃饭时一见到黄瓜就反胃,就有人开玩笑说,“一个月把一辈子要吃的黄瓜都吃了。”

  那两根不苦的黄瓜就成了宝,种子则像金子一样被保管了起来。对于不苦的黄瓜来说,研究它的基因就能破解黄瓜苦味的密码。可这样的过程是一个艰难的过程,他们整整花了3年时间,做了上千次的实验,最终发现了控制黄瓜苦味物质合成的9个基因,并“顺藤摸瓜”,发现有两个“开关”基因分别在叶片和果实中控制苦味物质的合成。

  如果可以准确调节2个主开关基因的表达模式,就可以让黄瓜果实中不积聚苦味物质,让黄瓜口感好;同时又可以提高叶片中的葫芦素含量,用于抵御虫害,不用喷农药,就完美了。

  经过不断探索,黄三文团队终于能把控制苦味合成的“开关”关上,不让黄瓜变苦;把叶片控制苦味物质合成的“开关”打开,让叶片苦来抵御虫害了,这就为培育高产、兼顾叶苦抗虫和果实不苦的新品种提供理论基础,成功解决了华南黄瓜品种变苦而难卖的难题,仅那一年就创造了约80亿元的经济价值。

  而此时,距离黄瓜基因组计划启动已整整过去7年时间。

  黄瓜是蔬菜中第一完成基因组研究的作物,这个项目的成果带动了其它蔬菜(白菜、番茄等)的基因组研究,研究团队先后在Nature、Science和Cell等国际顶尖期刊发表10多篇研究论文,使我国蔬菜基因组学科进入国际领先行列。

  “以前菜农担心黄瓜变苦了卖不出去,我们培育的黄瓜新品解决了这个问题。口感好的黄瓜,大家都喜欢吃。”黄三文说,自己也出生农家,研究能造福农民,是他最开心的事。

  如今,黄三文正带队开展另一项科研攻关——恢复番茄原来的口味。“现在大家都说番茄没有以前好吃了,我就是要解决这个问题。”目前,他们已锁定了控制番茄口感的50个基因,相信未来五年内就能为老百姓培育出更加美味的番茄。

  黄三文,多年如一日甘坐“冷板凳”,敢于突破,勇于创新,2018年终于获得了国家“生命科学奖”,2019年又获得了国家自然科学奖二等奖,在践行儿时的梦想“长大了像袁隆平一样造福于村民”、给老百姓带来实实在在好处的同时,也实现了让中国的蔬菜基因研究由跟跑到领跑的跨越。

  

  作者简介:教师,省作协会员。爱好写作,累计在各省级刊物发文达300篇/次,其中,《信念开启最丑女人的成功路》2016年收入“品格架构师丛书”系列丛书;2017年《孟子本是理科生》《明清票号的防伪密码》两文被意林之《国学·跟着国学大师学经典》收录;2018年《黄旭华:一生为祖国“深潜”》《能“吃掉”残留农药的植物》两文同时入选《孩子,你可以与众不同》主题阅读;2019年《敢于放弃牛津的女孩:因为爱》《喜鹊和乌鸦》两文同时入选华樾教育集团为推动“语文主题学习”而主编的用于高中阅读的系列读本。科技文《验证码有什么用》等文先后被多省制作成中考阅读题等各类试卷。