实验室的故事｜在“高级别”温室里，上海科学家“重演”了远古时代“植物王朝”的更迭

“上海时刻”出品

　　“来尝尝这个！高级别”从培养箱中摘下一株草，实验室的时代晁代印研究员“神秘”地示意记者。故事

　　“哇，温室王朝好咸！海科”像是重演植物冰草般嫩嫩的口感，却一嘴盐味。远古

　　答案揭晓。更迭小草名唤盐角草，高级别是实验室的时代极少能在比海水盐浓度还高的土壤存活的植物。

　　在位于枫林路上的故事中国科学院分子植物科学卓越创新中心里，盐角草和千千万万株植物，温室王朝都舒服地“住在”人工气候室里，海科人工气候室是重演植物科学家们研究植物奥秘的核心场所。

　　更“高级别”的远古温室

　　温室里的植物长得好，还是大田里的更茂盛？

　　走进中国科学院分子植物科学卓越创新中心的人工气候室，水稻、拟南芥、玉米、小麦、棉花、大豆、木薯……郁郁葱葱，绿油油的一片，看着喜人。让人自然而然地认为，“温室的花朵”环境好、呵护足，自然要比风吹雨打的户外环境更适合生长。

　　非也！中国科学院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究员说，相比温室，大田里的水稻结的种子要更多！

图说：人工气候室的弧顶自控玻璃温室

　　那为什么，科学家们还需要人工气候这种“高级温室”呢？

　　“大田的环境是多变的，最寻常的晴雨都是老天决定。可对科研来说，控制变量是实验结果真实、可重复的必要条件。”晁代印解释，再者，户外一到冬季，很多实验没法继续展开；况且大田往往在郊区，对宝贵的科研进程来说，通勤路程有点过于“奢侈”了。

　　大棚、温室、人工气候室，傻傻分不清，有何区别？晁代印回答，大棚算是最简易的温室，主要在气温较低时满足植物正常生长；至于控制光照、温度、湿度以及各种气体浓度的精准控制，大棚则无法做到。与大棚和普通温室相比，人工气候室则是“高级温室”。晁代印给了个比方：大排档和高档餐厅，“中心的人工气候室有四层，由人工光照低温库、密闭气体培养间、人工光照培养间、自然光照培养间和弧顶自控玻璃温室等组成，为科研提供了系统的特殊受控环境实验平台。”

　　据介绍，人工气候室的温度能从-20℃设置到38℃，控制的精度在1℃之内；湿度可以保持在湿度40%-90%。

　　跟随科研人员的脚步，记者走进二层一间人工光照培养间，架子上种满了盐角草。看了下温度计，培养间的温度为22℃；头顶的LED灯也非简单照明，而是精准地模拟了太阳光谱。不难看出，这儿的“变量”只有土壤的盐度和盐角草的类型了。晁代印介绍，找到最适合盐角草类型和它的生长环境后，就可以用来调节土质，还可从中提炼生物盐；对爱美的姑娘而言，盐角草为原料的面膜还能改善肌肤年龄呢！

图说：晁代印在实验室查看盐角草生长情况

　　“重演”古生代植物变迁

　　你能想象得到吗？就是在这样的人工气候室里，科学家通过分子生物学的研究和环境模拟，找到了古生代末期植物变迁的秘密！

　　对远古生物感兴趣的大小朋友或许知道，最早的种子植物出现在3.6亿年前的泥盆纪，然而直到数千万年之后的石炭纪末期才开始崛起，并逐渐在二叠纪末期取代蕨类植物成为地球的霸主。这一事件是古生代结束、中生代开始的标志。可是，蕨类植物为什么在古生代晚期走向衰落，种子植物为什么会在古生代晚期开始崛起呢？

　　晁代印研究组选择的是拟南芥——植物界里的“小白鼠”。可是，拟南芥不是种子植物吗？如何“重演”蕨类植物的“大势已去”呢？

　　众所周知，根系是植物吸收和运输水分及矿质营养的关键器官，而植物根的结构和功能不断在进化。其中，晁代印研究组通过分子生物学和进化生物学发现，植物根部的一种内皮肤---木栓质片层仅仅存在于种子植物中，也就是说这种结构是种子植物的共同祖先在与蕨类植物“分道扬镳”后才进化出来的。在人工气候室中，科学家们发现，其他条件相同时，缺失了木栓质的拟南芥——相当于古生代的蕨类植物，水分运输效率剧烈下降，且对于干旱更为敏感。与此结果一致的是，地质学家早就发现种子植物崛起、蕨类植物衰落的古生代末期，正是地球从湿润转入干旱的时期。

　　“在石炭纪晚期开始的干旱气候下，进化出了木栓质片层的种子植物具备了更高效的水分运输效率，具有了更强的干旱适应能力。”晁代印表示。

　　肯定有人好奇，这样的研究成果，对如今植物，尤其是农作物的发展，有什么意义呢？科学家回答说，木栓质片层在植物应对干旱等逆境胁迫中发挥了重要作用，对提高植物的抗旱性、解析植物耐盐耐旱机制，甚至研发抗旱新品种都有参考价值。

　　记者了解到，自2013年回国加盟中国科学院分子植物科学卓越创新中心后，晁代印研究组便“锚定”了植物离子组与环境适应性方面的研究。“可以理解成两个相互关联的两个方向。我们一方面的研究兴趣在于，植物怎么从土壤里获取营养，离子在植物体内又如何平衡。”他解释，“其二，在剧烈的环境变化下，植物如何生存以及怎样进化。这两方面其实是密切相关的。”

图说：晁代印在查看实验室培育的研究基因功能的水稻

　　用热爱超越枯燥

　　研究植物的科学家，办公室也是绿意盎然。外人初访，自觉新奇，可成天面对这无法开口的植物，会生出倦怠吗？

　　“怎么会？！”晁代印咧开嘴笑了，“如果你爱科研，你会发现这是一件很幸福的事儿。”在他看来，科研便是破解自然的谜语，自然会给你线索，解谜的过程就像是“破案”。

　　“每天做重复的事情，当然会产生枯燥感。”他也不否认，但当“对它的热爱超越了枯燥”，于是就有了动力往前走。

　　“想想看，当天地之间没有人比你更早知道‘谜底’，多自豪。”晁代印说。

　　一个多月前，一只长出了“白色蘑菇”的苹果火了，网友戏称为“果菌王”，还被中国科学院昆明植物研究所的研究组“在线求购”。晁代印笑着说，像这样“有意栽花花不发，无心插柳柳成荫”这句话，在研究植物的科研机构里，实在是太贴切了。

　　“有的研究生，一个没看住，蚜虫在培养拟南芥的人工气候室里泛滥，结果前功尽弃。可专门养蚜虫的，反而没有成功。”晁代印举例道。

图说：晁代印为拟南芥修剪叶子

　　还有的研究生，在人工气候室里养了上下两排拟南芥，研究缺磷的影响。某天突然发现，上层培养基的拟南芥长得比下层的短。研究生问了旁人，都说以前都这样，是“正常现象”，可学生还是跑来晁老师这边求解。“会不会是光照原因呢？可上面光照条件好，不该长得更好吗？”晁代印说让假想先停一下，让事实多飞一会。从侧面打光，让上下层受光均匀——嘿，上下层长得一样了；那和磷的含量高低有关系吗，再做实验，发现只有低磷条件才会出现这样的现象……

　　后续，通过一系列实验证明，是光和磷共同调控，是地上部分和根系上下协同的结果——这同样是个“无心插柳”的故事。

　　“很多看似非常‘奇怪’的表现，都是一个很小因子的改变。找到这个因子，‘绊脚石’可能就变‘垫脚石’了。”晁代印表示。

　　记者还了解到，晁代印研究组正与古生物、化学、物理等领域“跨界”交叉，人工气候室未来还将带来更多惊喜。

　　记者 郜阳

　　>>>相关新闻

　　【“实验室的故事”系列】实验室的故事｜这群生活在上海松江的“小悟空” 肩负着脑科学研究的重要使命

(责任编辑：知识)