李傳友：小番茄里有“大智慧”

王迪

編者按

今年6月，本刊策劃刊發(fā)了封面報(bào)道《為國育好“種” 解碼農(nóng)業(yè)“芯”》，講述了一些長期奮戰(zhàn)在科學(xué)育種一線、保障國家糧食安全的兩院院士及突出科研人員的故事。報(bào)道刊發(fā)后，社會(huì)反響熱烈。本刊決定刊發(fā)系列文章，報(bào)道瓜果、蔬菜、糧食、畜禽、水產(chǎn)等方面育種科學(xué)家，讓更多百姓了解我國在保障“大食物”安全方面的成就，激勵(lì)更多年輕人為我國食品安全奮斗。

一顆小小的番茄，要抵御多少種侵害，才能從一粒種子生長出成熟果實(shí)？中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李傳友頗有發(fā)言權(quán)。

李傳友，國家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家，長期從事植物防御與生長發(fā)育的調(diào)控機(jī)理研究。1994年從山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)后，考入中國科學(xué)院遺傳研究所攻讀博士。

1999年，博士畢業(yè)后，李傳友懷揣“植物對病蟲的防御反應(yīng)”研究領(lǐng)域的巨大興趣，選擇到國外繼續(xù)深造，從事博士后研究。

2003年，學(xué)成歸國后的他，正式進(jìn)入我國乃至世界領(lǐng)先的中科院植物基因組國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)潛心研究植物對病蟲侵害的系統(tǒng)性防御機(jī)理，致力于用分子設(shè)計(jì)手段培育綠色安全、營養(yǎng)健康、美味可口的番茄新品種。

2004年，李傳友獲“國家杰出青年科學(xué)基金”資助;2016年，入選中組部“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。

結(jié)緣番茄

“研究番茄，源于它在防御病蟲侵害時(shí)表現(xiàn)出的大智慧。”接受《民生周刊》記者采訪時(shí)，李傳友正沉浸在研究報(bào)告的成果中。“我們?nèi)粘３缘姆眩院贸浴⒖共。饕怯伤幕蚩刂疲@正是我們基礎(chǔ)科學(xué)的研究范疇。”

番茄，起源于美洲的秘魯和墨西哥。因其色澤艷麗，最初被認(rèn)為是有毒的果子，被稱為“狐貍的果實(shí)”“狼桃”。

16世紀(jì)初，番茄被引入歐洲，起初是作為一種觀賞植物。明萬歷年間，番茄傳入中國，晚清光緒年間，番茄在我國民間開始食用，因此，番茄在我國又名“西紅柿”“洋柿子”。

在李傳友看來，植物（比如番茄）經(jīng)過長期的進(jìn)化過程沒有被滅絕，反而作為自然界的第一生產(chǎn)者供人們享用，從這個(gè)意義上講，它一定具有非常強(qiáng)大的防御危險(xiǎn)和傳宗接代的能力。

“當(dāng)遇到危險(xiǎn)時(shí)，植物不同于人類和動(dòng)物，可以選擇逃跑甚至對抗。那么，植物它不能動(dòng)，一粒種子從它落地生根到枝繁葉茂再到開花結(jié)果，它一生要經(jīng)歷自然界的各種考驗(yàn)，如果沒有一套運(yùn)用自如的‘?dāng)澄覒?zhàn)術(shù)，不可能生存下來。”

李傳友進(jìn)一步解釋，也許有人會(huì)問，我們不是有農(nóng)藥幫助植物殺蟲嗎？“顯然，農(nóng)藥存在一定毒性，使用不當(dāng)或過度使用，將對人體產(chǎn)生一定不良影響。因此，我們需要研究植物自身的防御途徑和機(jī)制，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)非常有價(jià)值。”

根據(jù)侵害植物的方式，害蟲分為咀嚼式和刺吸式兩大類。番茄是研究植物防御咀嚼式昆蟲侵害的經(jīng)典模式。

“當(dāng)番茄被咀嚼式昆蟲侵害時(shí)，被侵害部位會(huì)產(chǎn)生蛋白酶抑制劑，讓蟲子‘消化不良。不止如此，蛋白酶抑制劑也可以在植物未受傷的葉片中產(chǎn)生，這些足以說明植物具有系統(tǒng)性防御反應(yīng)。”

當(dāng)植物發(fā)出系統(tǒng)性防御的“命令”時(shí)，一定有一個(gè)長距離移動(dòng)的信號(hào)。著名專家雷恩教授認(rèn)為，這個(gè)長距離運(yùn)輸?shù)男盘?hào)是系統(tǒng)素，是一個(gè)由18個(gè)氨基酸組成的小肽，這個(gè)概念在1991年被寫進(jìn)了教科書。

2006年，海南雜交水稻育種基地，李傳友與袁隆平院士在一起交流。

在國外攻讀博士后期間，李傳友與合作者一起克隆出大量基因，最終通過嫁接實(shí)驗(yàn)證明，雷恩教授提出的長距離運(yùn)輸信號(hào)其實(shí)不是系統(tǒng)素，應(yīng)該是茉莉酸。

“也就是說，其實(shí)是茉莉酸發(fā)布系統(tǒng)性防御的‘命令。”

這項(xiàng)研究在2002年被《科學(xué)》雜志評為動(dòng)物植物包括微生物里面信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。

2003年，李傳友回到中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所，建立了“茉莉家園”實(shí)驗(yàn)室，在系統(tǒng)研究茉莉酸的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑基礎(chǔ)上，揭示植物系統(tǒng)性防御的形成機(jī)制。

“隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)植物太神奇了，它的防御能力實(shí)在是太強(qiáng)大了，它們甚至能夠?qū)Σ煌臄橙瞬扇〔煌牟呗裕　?/p>

除了防御機(jī)制外，番茄也是研究果實(shí)發(fā)育和成熟的理想模式。比如，通過對番茄的研究，人們認(rèn)識(shí)到乙烯是調(diào)控果實(shí)成熟的通用激素。

小小的番茄，為何能夠提煉出那么多知識(shí)？李傳友介紹說，相比其他水果蔬菜，番茄的基因組相對簡單，經(jīng)典遺傳學(xué)的基礎(chǔ)雄厚。

從2003年開始，李傳友作為國際番茄基因組測序的中方聯(lián)絡(luò)人，主導(dǎo)了“國際茄科基因組計(jì)劃”，與來自14個(gè)國家和地區(qū)的300多位科學(xué)家一起，經(jīng)過8年努力攻堅(jiān)，完整解讀出番茄基因組，破解了番茄“基因字典”。

小番茄? 大收益

如今，隨著人們生活水平的提升，對蔬菜水果的需求與日俱增。尤其是番茄，在中國人的飲食概念中，它既是蔬菜又是水果，既營養(yǎng)又保健，深受人們喜愛。

據(jù)了解，目前我國是世界第一大番茄生產(chǎn)國。我國番茄常年總面積約1600萬畝，產(chǎn)值約1600億元，產(chǎn)量超過世界總產(chǎn)量的1/3。

“也就是說，種植番茄，一畝地的平均產(chǎn)值是一萬塊錢，收益要明顯高于其他農(nóng)作物和傳統(tǒng)蔬菜。”李傳友進(jìn)一步解釋，有人將番茄的投入產(chǎn)出比與幾種主要糧食和經(jīng)濟(jì)作物做了一組統(tǒng)計(jì)對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，番茄每畝純收益是土豆的6倍、甘藍(lán)的8倍、玉米的18倍。

當(dāng)前，山東、河南和新疆是我國主要的番茄產(chǎn)地。其中，山東、河南生產(chǎn)的大都是鮮吃番茄，主要作為菜用和水果;新疆大面積種植的是加工番茄，主要用于做番茄醬。

李傳友給記者算了一筆賬：如果一個(gè)農(nóng)民有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的蔬菜大棚（通常約1.5畝）用于種植高附加值的番茄，在管理好的情況下，一年能收獲兩季，那么，一年的收入將在10萬～20萬元之間，綽綽有余。

無糧不穩(wěn)，無蔬不康。李傳友認(rèn)為，在全面建成小康社會(huì)過程中，番茄產(chǎn)業(yè)將發(fā)揮巨大作用。

“對蔬菜水果的消費(fèi)，我們已經(jīng)不再單純追求量，更加注重質(zhì)。不只是營養(yǎng)，健康也可以給人以美的享受，這也是新時(shí)代滿足人們對于美好生活追求的一個(gè)重要體現(xiàn)。”

穩(wěn)住“菜籃子” 不靠“洋種子”

小小“菜籃子”，關(guān)系千家萬戶。

番茄不僅是我國百姓“菜籃子”中的重要品種，還在全球蔬菜貿(mào)易中占有重要地位，是世界三大貿(mào)易性蔬菜之一，番茄種子更是全球銷售額最大的蔬菜種子。

在番茄產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，番茄種業(yè)處于核心驅(qū)動(dòng)地位。種子是我國糧食安全的關(guān)鍵。手握中國種，才能端穩(wěn)“中國碗”;守好“菜籃子”，就要手握中國的蔬菜優(yōu)質(zhì)種子。

目前，隨著分子生物學(xué)的快速發(fā)展，蔬菜育種產(chǎn)業(yè)也孕育著新的技術(shù)革命。以分子標(biāo)記和新的育種技術(shù)為主要代表的生物育種技術(shù)將快速融入傳統(tǒng)育種技術(shù)，迸發(fā)出強(qiáng)大活力，推動(dòng)蔬菜育種從“經(jīng)驗(yàn)育種”向“精準(zhǔn)育種”飛躍。

富含花青素的黑色番茄、適合運(yùn)輸?shù)拈L方形番茄、色彩鮮艷的八色番茄……新的育種技術(shù)，讓番茄變得既好看又好吃，滿足著我們不斷提高的生活追求。

面對新一輪的種業(yè)科技革命，如何擺脫高端品種進(jìn)口依賴，讓我們自己的番茄品種一步步占據(jù)主導(dǎo)？對此，李傳友提出幾點(diǎn)建議：

首先，加大對科研人員和科研機(jī)構(gòu)的投入力度。要從娃娃抓起，吸引更多年輕人從事番茄方面的基礎(chǔ)研究。目前為止，我國從事番茄基礎(chǔ)研究的科研人員數(shù)量，較研究糧食作物人員數(shù)量有非常大的差距。以水稻為例，10年前，我們國家研究水稻的教授有3000人，而從事番茄基礎(chǔ)研究的實(shí)驗(yàn)室只有3～5家，直到現(xiàn)在，從事番茄基礎(chǔ)研究的實(shí)驗(yàn)室也不超過10家，因此，番茄基礎(chǔ)研究有著非常大的提升空間，需要年輕力量加入。

其次，加強(qiáng)番茄種質(zhì)資源的保護(hù)和利用。巧婦難為無米之炊，番茄種業(yè)崛起離不開種質(zhì)資源的創(chuàng)新。我國不是番茄的起源地，種質(zhì)資源匱乏，將威脅到“種源”安全。因此，必須加強(qiáng)番茄種質(zhì)資源的收集、保藏、評估與利用工作。

再次，加強(qiáng)番茄品質(zhì)、抗病性等相關(guān)研究。各種昆蟲，各種病菌都愛吃番茄，一旦某個(gè)病流行暴發(fā)，就會(huì)導(dǎo)致番茄品種的重新洗牌，必須加強(qiáng)番茄抗病的研究。與此同時(shí)，加強(qiáng)番茄品質(zhì)相關(guān)的基礎(chǔ)研究，加強(qiáng)抗病性跟品質(zhì)之間的相互關(guān)系研究。

最后，利用新的育種技術(shù)，促進(jìn)番茄育種發(fā)展。在讀研究生的時(shí)候，李傳友曾經(jīng)跟袁隆平院士請教。袁老說：“研究水稻是為了讓人們吃飽，那么研究番茄，是為了讓人們吃好。”番茄產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)當(dāng)中占據(jù)著重要地位，作為從事番茄基礎(chǔ)研究的科研人員，一定要培育好。

“從番茄生產(chǎn)入手，圍繞培育好吃、好看、好種的番茄這一個(gè)目標(biāo)，為振興我國番茄種業(yè)、實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興貢獻(xiàn)力量和智慧。”李傳友說。