劉春明：愿做科學世界的一粒種子

王 輝

袁隆平院士曾經(jīng)說過：“一粒糧食能救一個國家，也可以絆倒一個國家。”這是國家安全非常重要的一個“砝碼”。10月16日是第40個世界糧食安全日，主題為“齊成長、同繁榮、共持續(xù)，行動造就未來”。糧食安全的初級階段是解決吃得飽的問題，第二階段是解決吃得好的問題。北京大學現(xiàn)代農(nóng)學院院長劉春明認為吃得好包括兩個方面，一是好吃，口味口感好，但更重要的是營養(yǎng)好，營養(yǎng)平衡。

除了“吃得飽”，“吃得好”也是農(nóng)業(yè)科研人員關注的問題，30多年來劉春明一直從事植物種子發(fā)育遺傳學研究，他目前的研究重點是水稻營養(yǎng)品質(zhì)改良和灌漿調(diào)控機理。他希望為中國人從“吃得飽”到“吃得好”轉(zhuǎn)變貢獻自己的力量。

民以食為天

“我研究的是植物胚胎與胚乳發(fā)育的分子調(diào)控，這么說你肯定不太了解，換個說法就是種子發(fā)育研究，你們可能就容易懂了。”坐在窗明幾凈的辦公室里，劉春明微笑著對記者解釋他的研究工作。

人類近80%的糧食來自禾本科作物的種子，包括小麥、水稻、玉米、高粱、燕麥、谷子、大麥等。大多數(shù)單子葉植物的種子的外部是保護作用的果皮和種皮，內(nèi)部是胚胎和胚乳，單子葉植物種子的營養(yǎng)主要累積于胚乳中。他說：“人類每天生活離不開胚乳，你吃的饅頭包子用到的面粉都來自胚乳。”

在植物學上，胚乳又分為糊粉層和淀粉胚乳兩部分。淀粉胚乳，即我們食用的白米，主要成分是碳水化合物，糊粉層則富含蛋白質(zhì)、脂肪酸、維生素、膳食纖維、鈣、鐵、鋅等微量元素。

但是，水稻在加工過程中，糊粉層被碾磨掉了，剩下的是淀粉胚乳。經(jīng)過精細加工之后的大米，雖然口感好，但長久食用，會導致人體維生素、微量元素等攝入量不足，例如缺鐵性貧血癥，維生素B1、B2缺乏癥等。來自世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全世界三分之一的人口缺鐵；我國7個月至7歲的兒童，鐵缺乏癥患病率達40.3%。

因此，要想獲得齊全的營養(yǎng)，食用全米（即糙米）如紫米、黑米等是很好的方式。順著這個思路，劉春明十多年前開始思考：既然糊粉層所含物質(zhì)對于人體健康如此重要，是否可以把糊粉層加厚呢？如此，不就可以提高稻米的營養(yǎng)價值了嗎？“順著這樣的思路，我們開始研究糊粉層是怎么形成的。”

聽上去加厚胚乳糊粉層是一個很簡單的事情，但是在科學研究里遠沒有那么簡單。劉春明帶領的中國科學院植物研究所團隊采用化學誘變技術，誘變中花11（一個作物品種）的種子。

他們創(chuàng)建了一種半粒種子篩選體系，并利用這一體系篩檢了36000多粒種子，發(fā)現(xiàn)了2個糊粉層加厚的變異品系，分別命名為ta1和ta2。普通品種的水稻種子胚乳糊粉層細胞只有1層，ta1的糊粉層增加到了3～5層細胞，ta2的糊粉層更厚，有5～10層細胞。

劉春明

和劉春明預期的一樣，檢測中心分析結(jié)果顯示ta1和ta2全米中的蛋白質(zhì)、維生素、膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)的含量比普通全米均有顯著提高，微量元素、維生素的含量比普通白米高3～5倍。

從2012年開始，他聯(lián)合山東省水稻研究所、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所團隊，利用這些新創(chuàng)制的種質(zhì)材料與紫香糯1306進行雜交，歷時7年培育出中紫1號、中紫2號、中紫3號、中紫4號4個糊粉層加厚高營養(yǎng)紫稻品系。

與普通的白米比較，“中紫4號蛋白質(zhì)增加了20%，脂肪增加了22%，鐵增加了2倍，鋅增加了2倍，膳食纖維增加了3倍，維生素A增加了5倍，維生素B2增加了1倍，維生素B6增加了10倍”，劉春明拿著數(shù)據(jù)圖項認真地和記者講解。

2020年9月，在山東東營召開的第三屆三角洲論壇上，中紫4號大米出現(xiàn)在論壇的茶歇現(xiàn)場，一碗熱氣騰騰的紫色米粥吸引了不少參會代表的注意。米粥有一股淡淡的香氣，嘗一口，黏黏的，還有點甜味。

“我們已經(jīng)在多個地區(qū)試驗種植了‘中紫4號’水稻，但是想要推廣，還要等品種權批下來以后。”

2019年、2020年，“中紫4號”在山東濟南、濟寧、東營等沿黃稻區(qū)作春稻種植，畝產(chǎn)可達450公斤左右，還具有一定的抗鹽堿，抗稻瘟和抗條紋葉枯病等特性。

劉春明和團隊將探索一條從能量型向健康營養(yǎng)型轉(zhuǎn)變的水稻育種新途徑，這對提高水稻營養(yǎng)品質(zhì)、改善人民健康水平都具有重要的意義。

流金歲月

“一個人生活中有很多偶然和必然。對我來說，學生物學純屬偶然，但后來從事生物學研究卻有很多必然。”20世紀70年代末，人們接受的是“學好數(shù)理化，走遍天下都不怕”的觀念，劉春明的高考第一志愿選擇了青島海洋學院的海洋物理專業(yè)，很遺憾，青島海洋學院沒有錄取劉春明。錄取通知單上寫的是他沒有報考的學校和專業(yè)——山東師范學院（現(xiàn)山東師范大學）生物系。

劉春明讀高中的時候?qū)W校還沒有生物課，他對生物一無所知，也不知道學了生物將來能做些什么。他從爸爸的書堆里翻出來一本米丘林遺傳育種學小冊子，內(nèi)容是講如何做嫁接，比如把西紅柿和土豆接在一起，上邊長西紅柿，下邊長土豆，這本書激起了他對當時還一無所知的生物學的興趣。

在山東師范大學遇到的姚敦義教授是劉春明的啟蒙老師，“姚老師的課是我聽過的所有課中最生動的，他從不照本宣科，而是在講課中融入很多重要科學發(fā)現(xiàn)的背景資料和小故事；他也不是簡單地傳授知識，而是非常重視講授知識的獲得過程”。1984年，劉春明考上了姚敦義教授的碩士研究生，對剛剛興起的分子遺傳轉(zhuǎn)化技術非常感興趣。但是當時山東師范大學的研究條件難以實現(xiàn)劉春明的研究想法，姚敦義教授便向劉春明推薦了幾個專家，讓他去請教一下。

揣著姚先生的介紹信，上海中國科學院植物生理研究所的夏鎮(zhèn)澳教授向劉春明推薦了許智宏先生。劉春明憑著初生牛犢不怕虎的愣勁把自己的想法與許智宏先生討論完之后，許先生便馬上同意劉春明到他的實驗室做碩士論文研究。兩個月后，劉春明從山東師范大學來到上海市楓林路300號，開始了他的碩士研究生涯。

和學生團隊合影

“正式把我領進科學之門的是許智宏先生，而以后多年的共事和合作，使我們成為忘年之交。”劉春明直到現(xiàn)在，在思考一些重大科學問題的時候，還是喜歡同許智宏先生交流一番，聽聽他的建議。從許智宏先生那里，他學會了觀察和對非預見性試驗結(jié)果的追蹤精神。

1989年，國家人事部專家司向新加坡國立大學派遣生物工程方面的研究人員，經(jīng)許智宏先生的推薦，劉春明以Visiting Scientist（訪問學者）在新加坡國立大學分子與細胞生物學研究所（IMCB）工作三年。三年期滿時，他對做研究產(chǎn)生了濃厚的興趣，也第一次有了做博士的欲望。

“這是一個讓我猶豫了6年的決定。也許對有些人來說挺浪費時間的，但對我來說是完全值得的。”對劉春明來說，沒有任何其他職業(yè)能夠像做科學這樣需要自由地追蹤自己的好奇心，通過思考和研究找到問題的答案。“對植物世界的好奇，使我有了永遠做不完的問題。”

1996年6月，劉春明順利在英國John Innes Center/UEA拿到博士學位。他在美國俄克拉何馬州立大學三年博士后研究之后，受聘于荷蘭瓦赫寧根大學國際植物中心擔任種子發(fā)育實驗室主任和高級研究員，也成為瓦赫寧根大學第一位獲得永久職位的學者。

2005年年底，劉春明放棄了收入頗豐的荷蘭職位，受中國科學院植物研究所邀請正式回國，主持籌建信號轉(zhuǎn)導與代謝組學研究中心并擔任主任。“在國外漂游的16年里，我先后在新加坡、英國、美國和荷蘭學習、工作過，既經(jīng)歷過痛苦的掙扎，也有過成功的喜悅，這是一段十分難忘的經(jīng)歷和歲月。”最終選擇回國源自他一直以來的家國情懷。

種子改變世界

回國后的劉春明先后擔任中國科學院信號轉(zhuǎn)導與代謝組學研究中心主任、中國科學院植物分子生理學重點實驗室主任、中國農(nóng)科院作物科學研究所所長。具有豐富科研工作經(jīng)驗的他，在協(xié)調(diào)組織全國主要糧食作物育種、種質(zhì)資源保護、重要基因克隆、重要栽培技術發(fā)掘、重要新品種培育等方面積累了一些科研管理經(jīng)驗。2020年6月，劉春明出任北京大學現(xiàn)代農(nóng)學院院長。

優(yōu)良的種子是農(nóng)業(yè)的“核心”。能不能掌握好選種、生產(chǎn)、加工技術，能不能把優(yōu)質(zhì)品種推廣到田間地頭，關系到一個國家的糧食安全和人民的溫飽問題。

當前，北京大學現(xiàn)代農(nóng)學院正圍繞作物遺傳與分子研究、數(shù)字化與智慧農(nóng)業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工與營養(yǎng)健康、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟管理四大專業(yè)方向，推進農(nóng)業(yè)科學發(fā)展。“北京大學現(xiàn)代農(nóng)學院的設置跟一般的農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院的定位不一樣，它需要跨學科的全方位發(fā)展。”劉春明認為未來的農(nóng)業(yè)需要提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)價值，提高農(nóng)民種地的積極性，“我們要搞好加工、運輸、銷售等各個方面的工作，要把科技與農(nóng)民的生活聯(lián)系起來，增加農(nóng)民收入，使農(nóng)民真正受益”。

在田野里指導學生

劉春明曾經(jīng)在世界農(nóng)業(yè)強國荷蘭工作7年，荷蘭的高科技農(nóng)業(yè)給他留下了非常深刻的印象。中國農(nóng)業(yè)想要變強，就需要積極求變，而創(chuàng)新是唯一的突破口。“10年、20年之前我們的科學技術研究是跟蹤為主，但現(xiàn)在我們必須引領，靠跟著別人，你永遠是被動的。”劉春明希望可以一直追尋自己的理念，在水稻營養(yǎng)品質(zhì)改良方面耕耘。

展望未來，劉春明將帶領北京大學現(xiàn)代農(nóng)學院在原創(chuàng)性的科學研究上做更多的工作，中國的農(nóng)業(yè)需要用更多更好的創(chuàng)新引領，“作物科學還有很多奧秘等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)”。