作者:李晨,王静 来源:中国科学报 发布时间:2024/2/6 14:24:06
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她给中国蔬菜装上“中国芯”

 

“女性科研工作者想要做出科研成果,需要付出更多努力。”山东农业大学长江学者特聘教授段巧红是一位优秀的女科学家,她长期从事十字花科植物受精机理研究。

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段巧红在采集花粉。山东农大供图

6年来,段巧红带领团队潜心研究关键育种技术、开展种源关键技术攻关,团队在国际顶级期刊上发表多篇重要成果论文,用理论突破和技术创新为中国十字花科蔬菜种质创制和新品种培育奠定了基础。

十字花科植物是很常见的蔬菜作物,它们在餐桌上从不起眼,总是作为其他主菜的一种陪衬,然而它们却对人类的健康大有裨益。就像女性科研工作者,她们或许不是最显眼的主角,但却能承担最重要的工作。 

农大是能干成事的地方

“我出国的目的很简单,就是去学习科学方法,掌握科研前沿,学成之后肯定是要回来服务国家的。”段巧红坚定在美国马萨诸塞大学做博士后研究期间,时常思考回国事宜。

那时,段巧红收到过国内多所高校和科研机构抛出的“橄榄枝”。但是在2017年决定回国发展时,她毅然选择了山东农业大学。

段巧红一直把我国大白菜理论研究的奠基者——山东农业大学教授李家文视作科研榜样。

在蔬菜科学研究领域,李家文有“中国大白菜教授”的美誉。从20世纪50年代开始,他对大白菜的生长发育周期和生理进行科学研究,系统地阐述了大白菜生长发育和栽培技术的关系。如今,山东农大仍流传着许多关于他的事迹。

“如果没有李家文教授这面大旗,我对大白菜方向的研究可能不会这么坚定。扛起这个大旗,就是我的使命。”她说。

入职后,段巧红凭借着深厚的理论功底、扎实的实践技能和对专业的无限热爱,迅速进入“角色”。首要的事就是组建实验室,“当年我7月底到校,8月初上班,使用经费、仪器设备,一路绿灯,实验室很快就建设起来正常运行了,非常鼓舞人心,这在其他单位是很难想象的。”她有些兴奋地告诉记者。

在学校的支持下,段巧红以最快速度组建了团队、搭建了科研平台。在和学校领导、学院领导以及多位专家几次深入讨论后,段巧红将科研方向定位为十字花科蔬菜作物的有性生殖领域,继续围绕博士后期间的课题“花粉与雌蕊相互作用调控植物受精过程的分子机制”进行深入研究。

认准了就干。2018年,黄家保副教授的加入让团队如虎添翼,两人在十字花科作物自交不亲和、远缘杂交不亲和方面的研究有多年的合作基础,团队研究方向更加聚焦。

她告诉记者,来农大后真切感受到农大人是怎样“把成果写在大地上”的。“学校并不急着跟我要成果,给我足够的时间让我安心搞科研。在这里我真的受到了全院乃至全校的支持。大家在一起干事,氛围特别融洽,我坚信农大是能干成事的地方。”段巧红下定决心,她也要在农大“干点事”。 

自己选择的路不会觉得苦和累

一年之计在于春,蔬菜也不例外。春季涉及播种、施肥和植保等多个环节,是一个与时间赛跑的农忙时节,稍有不慎将影响整个蔬菜生长周期。

做十字花科蔬菜育种与有性生殖机理研究,季节性困难是个大问题。白菜长得慢,开花需要三个月。为保证充足的实验材料,段巧红团队每三个星期要种一批白菜,每批200多株。

“虽然我们通过设施农业能够一年种出多季白菜,但白菜花春天开得最好,也是做实验最佳的时节。”于是,段巧红和团队师生提前安排实验项目,在总结秋冬实验成果的基础上,把重要的实验或需要扩大规模的实验放在春天。

每年春季这个关键时期,师生们每天五点就要赶去试验田,抢抓有利时机采花、授粉,时间紧、任务重、劳动强度大。“自己选择的路就不会觉得苦和累。”段巧红很享受这种忙碌的状态。

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巧红在实验室。山东农大供图

功夫不负有心人。2020年3月19日,以段巧红作为第一作者的文章刊登在《自然》杂志,科研团队成功揭示了被子植物阻止多个花粉管进入胚珠的分子机制,在分子与生化水平上解析了被子植物有性生殖机理,为解决小麦、玉米、蔬菜、果树等作物杂交育种中的瓶颈问题提供了重要理论支撑。

段巧红坦承,这仅仅代表实验室走出了第一步,在蔬菜新品种培育、种质资源创新等方面还有很长的路要走。

凭着一股钻劲儿,段巧红几乎把所有的时间都放在了科研上。时隔仅一年,又一项重量级成果诞生。2021年5月19日,《当代生物学》在线发表了团队的最新成果,从自花花粉与异花花粉引起柱头不同的生理变化入手,发现自花授粉特异性升高柱头活性氧,而异花授粉导致柱头活性氧降低,证实了活性氧是维持大白菜自交不亲和的必需因素,解析了植物抑制自花花粉以防止“近亲婚配”的分子机制。

2023年1月26日,段巧红教授领衔的蔬菜生殖机理与育种应用团队的研究成果再度在《自然》杂志发表,揭示了大白菜等十字花科蔬菜通过调控柱头活性氧水平以维持种间生殖隔离的分子机理,并研发了打破远缘杂交生殖隔离的育种技术,成功获得了大白菜的种间、属间远缘杂交胚,开辟了远缘杂交育种的新思路和新途径,让大白菜获得了“择偶”自由。

“我国从上世纪70年代中期开始大白菜杂种优势的利用研究,选育自交不亲和系生产大白菜杂交种,育成了上千个品种并在生产中推广应用。”段巧红介绍,这项成果进一步实现了从理论到生产的突破,具有提高作物产量、培育优良品种及创新种质资源等现实意义。 

成功和创新来源于历练

创新,难免遭遇挫折。

做实验,是学习成长的过程,失败中也许藏着下一次成功的种子,也有可能是创新的开始。这是段巧红求学时期就明晰的事情。

大学时期,生物化学专业的段巧红学习成绩名列前茅,但大四时她果断放弃了保送本校四川大学的机会,决定考北京大学植物学研究生。“学英语、看专业文献和锻炼身体是那时最主要的三个事情。”她说,“周围人不理解,但我毫不动摇,一心努力备考,最终如愿了。”

2000年,段巧红正式加入北京大学教授、中国科学院院士许智宏实验室,开启了五年半硕博连读的科研之路。博士毕业时,摆在段巧红面前的有两条路:一是做导师助手,压力小、稳定;二是出国深造,充满未知与挑战。段巧红毫不犹豫地选择了第二条路。

段巧红的破冰研究离不开她在美国学习期间养成的“泡”实验室习惯。“当时每天工作12—16小时,没有节假日和周末的概念。我导师是位女教授,她用实际行动告诉我女性科研工作者想要做出科研成果,需要付出更多努力。”

现在回想起来,她对导师仍是满满的感激。“导师给我很多细致的指导,从实验课题设计、实验技术培训、实验数据分析等多方面给我建议,提高成功的可能性,也经常推荐我参加各种学术活动,与全世界顶级科学家交流。”

段巧红对学生也有同样的要求。她给予学生充分的自由和空间,但前提是必须有所创新,“科研必须要创新才有价值,不是简单地把别人的东西拿过来重复。”

她激励青年人树立正确的得失心,敢于在失败中成长。团队进行某项实验,倘若一位同学失败了,她会请另外几位同学也来试试,看看是否还是失败。

“就像当初我把老师当表率一样,希望我能成为学生的榜样,把自己的成长经验复制给他们。在面对一些选择时要充分考虑自己怎样做才能达到满意的状态。”段巧红说。

新冠肺炎疫情期间,学生不能返校。如果不播种,开学后学生将没有植物科研材料,段巧红看在眼里急在心里。她与黄家保每天穿梭在实验室与大棚之间,根据每个学生的要求为他们播种、育苗,并及时向学生们“汇报”植物生长情况。

段巧红的“种子”不仅洒在了土地上,还种在了学生们的心里。2018级博士研究生张丽丽感动地说:“如果不是段老师‘出手相救’,我的科研进度至少要推迟一年。” 

把破解瓶颈难题练为看家本领

种源安全关系到国家安全,粮食如此,蔬菜亦是如此。

推进生物育种产业化是我国追赶世界科技前沿和保障国家粮食安全的战略选择。

“宁可备而不用,不可用时无备。”这是段巧红多年从事科研创新的心得:提前规划,做好充足准备,为育种做好应用基础研究的前提准备也是她多年研究的目的。关键核心技术要不来、买不来,只有攻克瓶颈难题,才能从根本上推动经济高质量发展,保障国家蔬菜安全。

当前,在段巧红的带领下,曹芸运、张彤、窦胜玮、杨印庆、李茹等团队骨干正把目光聚焦于新的目标:提升生物育种创新能力,加快作物种源科技攻关、加强作物种源挖掘与创新利用,开展作物种业基础研究,联合上中下游不同育种单位开展良种联合攻关。

“希望可以通过我们的努力,研发出真正解决蔬菜产业发展的有效手段和工具,尽快实现从‘0到1’的概念突破和从‘1到100’的应用转换。”段巧红和团队青年科学家们盼望着有更多优秀的青年才俊加入他们的大白菜育种团队。

 
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