分子技术打造全能作物

看到这个项目的名字———“作物抗逆性与水分、养分高效利用的生理及分子基础”，您可能和我们一样，感到一头雾水，但首席科学家王学臣的一番话，让我们体会到了这个项目的分量，“面对我国人口不断增长、耕地和水肥资源日益减少、环境状况急剧恶化、粮食供需矛盾日益尖锐的严峻现实，如何通过提高作物的抗旱、抗盐、耐养分亏缺的能力和水分、养分资源利用效率来增加粮食产量、节约资源和改善环境，已成为我国农业持续高效发展的重大需求。”他如是说。

我们从今年春节前就开始联系王学臣教授，但是王教授实在抽不出时间，3月中旬王教授总算有时间了，不过不是在学校，而是因为生病住进了医院。在我们采访973首席的历程中，遇到生病住院的首席不止一两个，跟住院的王教授通了几次话之后，我们感觉采访的机会已经很渺茫了。几次试探性的联系后，王教授在日程表上圈圈点点了一番，终于在一个会议的前一天接受了我们的采访。

王教授说话开门见山：“我就想干点实事，虽然不爱接受采访，但很高兴认识你们。”于是，采访就在朋友相会般的氛围中开始了。

记者：王教授您先给我们破破题吧，为什么要做植物抗逆性和水分、养分高效利用这个课题?

王学臣：这得从我国农业发展需求说起，我国是农业大国，随着人口的增加和耕地面积的减少，我国的粮食需求面临着巨大的压力，干旱和盐害对于作物产量潜力发挥的影响最为严重。

据统计，我国的干旱、半干旱地区约占国土面积的一半以上，年受旱面积达3—4亿亩。特别是担负我国粮食生产任务65%以上的华北、东北和西北，恰恰是我国最缺水的地区，即使在非干旱的农业区，也常常因季节性干旱而对农业生产产生严重影响。我国现在有1亿亩盐碱土耕地，还有3亿亩盐碱荒地尚待开发，另外北方灌溉地区的次生盐渍化土地生产潜力还有待进一步挖掘。同时我国淡水资源严重短缺，仅为世界人均占有量的1/4，但我国灌溉水的利用率和农田水分生产效率却很低，不足发达国家的一半。

还有，我国既是磷、钾矿产资源贫乏的国家，又是粮食产量受磷、钾限制最严重的国家之一。同时我国作物的磷、钾肥利用率很低，其中磷肥的当季利用率只有10%—15%。

因此，面对我国人口不断增长、耕地和水肥资源日益减少、环境状况急剧恶化、粮食供需矛盾日益尖锐的严峻现实，如何通过提高作物的抗旱、抗盐、耐养分亏缺的能力和水分、养分资源利用效率来增加粮食产量、节约资源和改善环境，已成为我国农业持续高效发展的重大需求。

记者：项目中作物的抗逆性指的是什么?而养分的高效利用提出的意义又是什么?

王学臣：我们研究的作物抗逆性主要是指作物抗旱、抗盐的能力。作物营养存在着两个问题，一个是营养不够，一个是营养多余。我们国家氮肥用量大大超标，用多了农民支付会加大，还会破坏环境，造成土壤的富营养化，进而造成水体的富营养化。于是我们提出了养分高效利用这一课题，即提高作物对氮、磷、钾吸收率和利用效率。这对于提高作物产量和减少氮、磷等元素的流失，进而减少水的污染，是非常有意义的。

记者：照这样说来，这个课题不仅理论性强，而且对实践的指导意义非凡。题目中有一个“作物适应逆境的信号转导机制”的子课题，“信号转导机制”对提高作物抗逆性以及水分、养分高效利用有什么作用?其中要解决的问题是什么?

王学臣：这是一个理论性很强的问题。打个比方，你被针扎了一下，就感觉到疼了。但是针扎后的结果是细胞破裂，它怎么就转化为疼这个神经信号了呢?这其中的信号是怎样转导的?植物感受环境刺激的机理，就是一个信号转导过程。比如植物中都有调控气孔的开关，当外界湿润植物体内水分充足时，气孔就会打开;当外界干燥植物体内水分少时，气孔就会关上。气孔的开关是由一些信号分子形成了信号链，这些信号链又合理地组成了一个网络来调控气孔的开关，这就叫细胞信号转导。这些信号和受体结合，像接力赛似的，启动了一系列的信号传递体。

这中间有一个很关键的信使———钙信使，信号转导过程中，靠的是细胞里面钙的浓度高低变化，频率振幅变化，空间分布变化，也就是钙因为振荡的时空差别会携带不同的信息，搞清了这些信息，就搞清了植物的信号转导机制，就知道植物是干了，还是盐多了。

现在的问题就在这儿，钙的浓度和振荡频率，谁来调控?它携带的信号传给谁了?我们行话叫做钙的上游信号和下游信号，这也是我们要解决的问题，通过研究我们取得了一些原创性的进展。

记者：气孔开关调控是您从1992年就开始研究的一个热点，项目中第4子课题就是“作物逆境适应性中膜调节与气孔调节的生理生化机制”，这个课题在整个课题研究中是什么样的地位?对于解决问题起到什么样的作用?

王学臣：因为气孔在调控作物的光合作用和蒸腾作用中是非常重要的，所以我们把它单列一个课题来研究。气孔是作物和外界交换气体的窗口，排出水分和氧气，吸收二氧化碳。我们希望能够让这个窗口达到最优化的调节。例如干旱的时候，水分尽量少被排出，但又不妨碍二氧化碳进入进行光合作用，这样既可达到水高效利用的目的，同时又不影响作物的生长。

记者：那么要想调控气孔的开关，关键在哪儿?

王学臣：调控气孔的开关有很多种方法，例如，如果给作物喷上一种叫做脱落酸的植物激素，可以让气孔关闭，提高作物的抗旱性和水分利用效率。但这样做要费工、费时和费钱，而且不易掌握最佳喷药时间。如果能通过基因调控，让作物自身具有感知环境变化的能力，自己对气孔进行最优化的调节，就可以在不增加任何操作的情况下，提高作物的抗旱性和水分利用效率。这又涉及到另一个概念———启动子。启动子决定了移植入作物内的抗逆性基因在什么时候、植物的哪个部位起作用。

如果抗逆基因在植物的各个部位表达，就容易造成这样的效果：植物具有了抗逆性，但是会长得矮小，产量降低。所以我们现在要做的就是希望构建出这样一种诱导性启动子，使得基因在适当的时候且只在气孔中表达，这样就可以解决当水分供应正常时，抗逆基因不表达。在干旱的条件下，抗逆基因表达，解决了植物抗逆性和生长发育的矛盾。我们已经拿到了这样的启动子，并在烟草中初步试验结果很好。

记者：这么说来，整个项目的既定目标都达到了吗?

王学臣：要说具体指标都完成了，不过从深层上来讲，不能简单用“是否完成”一言以蔽之。从发表了多少文章，克隆多少基因申报专利，培养多少人才方面，我们都达到目标了。但具体到某个问题，我们做了人家没做，我们是超过人家了，可是从整体水平来讲，我们和美国还差得挺远。所以急功近利是不可行的，基础研究是一个循序渐进和逐步积累的过程，它依靠着整个社会的基本素质的提高和观念、体制问题的解决，都不可能是一蹴而就的。由于国家“973”计划的实施，基础研究队伍不断壮大，研究水平大幅度提高，我对我们国家的基础研究赶超世界先进水平充满希望。

记者：现在对于转基因作物的安全性公众还持有相当的怀疑，您对这个问题怎么看?

王学臣：转基因作物的安全性确实是一个非常重要的问题，但并不可怕。我们要加大研究力度，大胆而慎重的推进。

国家对转基因作物的研究要大力支持，但试验结果必须经过严格的标准检验过后才可能释放。就目前来讲，释放可能可怕，也可能不可怕，但比人们想得要好得多。现在转基因作物的长期效应谁也说不清，但是你可以换一个角度来考虑，事实上自然界的基因，也在转来转去，而且生物在进化过程中也会发生基因变异。

记者：在您看来，对于有争议的研究我们应该采取什么态度呢?

王学臣：研究转基因问题是大势所趋。对于研究，心态应该是放开的，但是必须加强管理。研究内容不论是否有争议，国家都一定要有技术储备。如果我国没有自主知识产权的研究和科学的前瞻性，那我们就只能在发展中受欺负。