○文/田靜

創(chuàng)新不止 在生物科學(xué)的海洋中遨游
——記合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院生物科學(xué)系主任曹樹青教授

○文/田靜

作為一位科研工作者，他沉著冷靜，為國家的糧食安全貢獻(xiàn)著力量；作為一位教育工作者，他博學(xué)多識，將自身所學(xué)毫不保留的傳授給學(xué)生；作為一個中國人，他創(chuàng)新不止，不斷向世界展示著中國人的智慧。

他，就是合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院生物科學(xué)系主任曹樹青教授。

尋根溯源，生物治理土壤重金屬污染

眾所周知，土壤重金屬污染是全球面臨的重要環(huán)境問題之一。土壤污染的重金屬可通過農(nóng)作物吸收而進(jìn)入食物鏈嚴(yán)重影響食品安全并危及人類健康。而作為農(nóng)業(yè)大國的中國，更是有近20%的耕地存在鎘、砷、汞、鉛、鎳、銅等重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響食品安全并危及民眾健康。據(jù)了解，造成土壤重金屬污染的原因復(fù)雜，包括工業(yè)排放、化肥農(nóng)藥使用及地礦開采等，通過物理和化學(xué)手段治理非常困難，也容易造成二次污染。

曹樹青認(rèn)為，植物修復(fù)基因工程是解決土壤重金屬污染的重要途徑之一。然而，尋找和發(fā)掘耐受重金屬毒害且調(diào)控重金屬超量積累（或降低重金屬吸收）的關(guān)鍵基因并闡明其作用機(jī)理，則是植物修復(fù)基因工程獲得成功并從源頭上控制農(nóng)產(chǎn)品食品安全的關(guān)鍵。

為此，曹樹青帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)展開了植物響應(yīng)重金屬信號傳導(dǎo)的長期研究，并得到了轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助，希望能夠通過正向或反向遺傳學(xué)途徑，篩選和克隆涉及植物重金屬超量積累（或降低重金屬吸收）的關(guān)鍵基因，并闡明其作用機(jī)理。這不僅有助于揭示植物耐受重金屬毒害的分子機(jī)理，而且可為利用植物修復(fù)技術(shù)治理土壤中重金屬污染提供新的基因資源，并為從源頭上控制農(nóng)產(chǎn)品食品安全提供新的技術(shù)途徑。

于是，科研團(tuán)隊(duì)利用正向遺傳學(xué)途徑篩選和鑒定了一個擬南芥耐鎘突變體xcd1-D，并克隆了其相應(yīng)的基因MAN3，該基因編碼一個1,4-糖苷水解酶。過量表達(dá)MAN3基因?qū)е骆k的耐受和積累，而MAN3基因功能缺失則該突變體表現(xiàn)出對鎘敏感。鎘脅迫誘導(dǎo)MAN3基因表達(dá)、增加甘露聚糖水解酶活性及甘露糖水平，從而激活谷胱甘肽依賴的植物螯合素合成途徑上的相關(guān)基因協(xié)調(diào)表達(dá)，進(jìn)而增加植物對鎘積累和耐受。

如今，研究已經(jīng)初見成效，發(fā)現(xiàn)了MAN3及其介導(dǎo)的甘露糖的新功能，首次揭示了植物響應(yīng)重金屬鎘脅迫的分子調(diào)控機(jī)制，為土壤重金屬污染植物修復(fù)基因工程提供了新的技術(shù)途徑和基因資源?！袄么藱C(jī)制，我們可以通過基因技術(shù)定向增加植物對鎘的積累和耐受，使其在受到重金屬鎘污染的土壤中仍可以茂盛生長，并將鎘吸收后儲存至液泡中?！辈軜淝嘟榻B，“之后我們再對吸收了鎘的植物進(jìn)行處理，即可有效降低土壤中的重金屬含量?！?/p>

2014年10月，該原創(chuàng)性成果在線發(fā)表在國際植物學(xué)知名學(xué)術(shù)期刊New Phytologist，引發(fā)廣泛關(guān)注。不僅獲得第十三屆全國農(nóng)業(yè)生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)術(shù)研討會優(yōu)秀論文獎，國內(nèi)的一系列主流媒體也都進(jìn)行了報(bào)道和轉(zhuǎn)載。

但這些榮譽(yù)并未羈絆住曹教授前進(jìn)的步伐，目前，他正帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究針對砷、鉛等其他重金屬的植物修復(fù)機(jī)制，并致力于產(chǎn)業(yè)化探索，致力讓更多的國人吃上放心糧食。

解決糧食安全，實(shí)際意義深遠(yuǎn)

民以食為天，華夏兒女自古以來就對糧食有著獨(dú)特的情感，而到了現(xiàn)代，糧食也始終是關(guān)系到國計(jì)民生和國家安危的重要問題，糧食安全是國家安全的物資基礎(chǔ)。如何增強(qiáng)作物品種的抗逆性是目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

為此，曹樹青教授認(rèn)為利用轉(zhuǎn)基因育種提高作物的耐寒和抗旱能力對糧食安全問題無疑具有重要的理論與經(jīng)濟(jì)意義。于是，他帶領(lǐng)課題組開展了“植物抗逆分子生物學(xué)”研究，即利用轉(zhuǎn)基因育種等技術(shù)增強(qiáng)作物品種的抗逆性，提升植物對抗不良環(huán)境的能力，如抗旱、抗?jié)?、抗凍、抗病蟲害等。這項(xiàng)工作的關(guān)鍵在于對植物抗逆分子機(jī)理的認(rèn)識及關(guān)鍵基因的發(fā)掘。他們以模式植物擬南芥為材料，通過正向和反向遺傳學(xué)途徑，利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)和基因工程手段，篩選和克隆抗逆關(guān)鍵基因，闡明其功能，并用于作物抗逆分子遺傳改良。

目前，該研究已經(jīng)可獲得具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新基因。曹樹青教授說：“這些研究不僅對于揭示植物抗逆分子機(jī)理具有重要的理論意義，而且可為作物抗逆遺傳改良提供新的基因資源。”

曹樹青教授還先后主持國家級和省級科研課題20余項(xiàng)，指導(dǎo)國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng)和校級大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目7項(xiàng)，主持校級精品課程及研究生教改項(xiàng)目各1項(xiàng)，參與省部級教改項(xiàng)目3項(xiàng)。在國內(nèi)外權(quán)威和核心刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，獲授權(quán)（或申請）國家發(fā)明專利14項(xiàng)，參與撰寫973專著1部。

曹樹青教授在美國訪學(xué)留影

如今，曹教授還在帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)繼續(xù)夯實(shí)著自己的科研成果，希望能夠?qū)⒓夹g(shù)做到更加成熟，更希望有更多的仁人志士參與到這些科研成果的推廣中，為祖國的糧食安全和食品安全問題盡一份力，為美麗“中國夢”的實(shí)現(xiàn)添一把柴。

人物簡介

曹樹青，博士，教授，博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院生物科學(xué)系主任、《合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》（自然科學(xué)版）編委。先后擔(dān)任國家科學(xué)技術(shù)獎評審專家、國家自然科學(xué)基金委員會同行評議專家、教育部博士點(diǎn)及霍英東青年教師基金評審專家、合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)委員會委員、《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》編委、國內(nèi)外多種學(xué)術(shù)期刊審稿人等。一直致力于植物修復(fù)基因工程、植物抗逆分子生物學(xué)及食品生物技術(shù)等方面的研究，為我國環(huán)境污染治理和糧食安全問題作出了貢獻(xiàn)。