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都市“菜农”——记我校1999届校友、青年科学家徐沛

编辑:苏北 房春东 发布时间:2017-06-10 08:30:05 浏览次数:

        时值初夏,豇豆角、瓠子等时令蔬菜开始陆续上市,出现在寻常百姓的餐桌上。人们在品味这些美味时,大概没有想过它们的前世今生是怎样的,怎样才能让豇豆长出更长更绿的豆荚、炒煮后口感更好,让瓠子在提高营养品质的同时,还能长出更新奇的造型来。今天,大家就向大家先容一位专门研究这些问题的青年科学家——www.402.com1999届校友、浙江省农业科学院蔬菜研究所研究员徐沛博士。


  淮安中学的化学小王子   


  徐沛,1981年出生于江苏省淮安市淮城镇,父母都是普通工人。从1993年考入淮安中学初中部,一直读到1999年从淮安中学高中部毕业,用他的话来说,“基本性格的形成、科学素养的奠基、学习和思考方式的培育以及自信心的形成,几乎都是在这6年中”。特别是高中班主任王加春等母校老师的鼓励与激励、帮助与支撑,让他得以将科学研究作为一生的兴趣爱好,在科研的道路上乐此不疲、孜孜以求。
  牟泉老师是徐沛的第一个化学启蒙老师。初三时,他在牟泉老师的引导鼓励下,参加了江苏省初中生化学竞赛,最终以初赛全省第二高分、决赛一等奖的优异成绩,为淮中赢得了荣誉。徐沛至今还记得学校在校园里张贴了大红喜报,让他感到由衷的自豪和莫大的成就感。
  张明山老师是他的高中化学老师。有一次,他带了一本《化学科普集萃》到课堂上,讲了书中的一些化学小故事。徐沛听得入了迷,下课后,他追着张老师借书看,张老师愉快地答应了。他回家后,找来化学药品,照着书上的步骤捣腾起来,当那些瓶瓶罐罐里的化学变化在他的手中成为现实时,那种乐趣和享受,真是比看影片、玩游戏强了不知道多少倍!

 

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  1999届校友 徐沛          摄影:金乐平


  徐沛对“新淮中”公众号记者表示,如今他从事的生命科学,在他看来,就是生命的化学,只是这些化学反应是在细胞内而不是在瓶瓶罐罐中。他说,中学阶段的学习,让他看到自己的长与短,看到了自己的兴趣爱好,为他后来坚定选择适合自己的行业领域奠定了基础。
  1999年,徐沛被母校淮安中学保送到南京农业大学读生物技术专业。2008年获生物化学与分子生物学博士学位,学位论文获江苏省优秀博士论文奖,同年,到浙江省农业科学院蔬菜研究所工作。
  从中学化学科代表到研究员,从懵懂少年到科研新兵,再到2015年作为全国蔬菜学领域仅有的两位入选人之一入选国家“万人计划”(和面向海归学者的“千人计划”同为国家高层次人才工程——编者注)青年拔尖人才,徐沛完成了完美的蜕变。


  从研究小麦到研究豇豆瓠瓜  


  最初,徐沛在大学读硕、读博,研究的都是小麦分子生物学研究,他那篇获奖的博士学位论文也是关于小麦雄性不育和光信号转导的课题,毕业后,他甚至要出国继续从事小麦方面的博士后研究。由于当时国内蔬菜分子生物学研究落后于主要农作物研究,浙江省农科院对徐沛的学术背景很感兴趣,便向他抛出了橄榄枝。勇于探索与尝试的徐沛欣然接受了浙江农科院的职位,到浙江开始了他的都市“菜农”生涯,专门研究蔬菜中的小众特色蔬菜——豇豆和瓠瓜。
  特色蔬菜研究在浙江有着一定的基础和优势。由于地少山多,浙江省主要农作物种植面积小,蔬菜产业却很有特色,豇豆、瓠瓜等特色蔬菜的种质资源保存、新品选育等具有一定的基础,而且,还和美国加州大学河滨分校在豇豆研究方面素有合作。正是这样的背景,让徐沛义无反顾地放弃了浸淫多年的小麦研究,开始了以豇豆、瓠瓜作为研究对象、以基因组学与分子育种为主要研究领域的科研生涯。

 

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  徐沛在粮用豇豆试验田(美国加州)


  从主要农作物转向研究特色蔬菜,对很多科研人员来说,可能是一个艰难的选择。可是对于徐沛,却是一个愉快的决定。他说,豇豆和瓠瓜,虽然都是小作物,无论是研究经费和学术影响力和水稻、小麦等相比,或许都是微不足道的。但他认为“每一个物种、每一条生命被创造出来,都是妙不可言的,其中的奥妙都足够一个科学家花上毕生的精力去研究”。
  他告诉“新淮中”公众号记者,“撇开深奥的术语,从学问情怀的角度,搞清楚中国人餐桌上千百年来的美味——长豆角和无数孩童梦想里的宝物——宝葫芦这两种作物外观特性形成的机理,并将此作为向国际同行传扬中华传统学问元素的一种方式,是我努力的方向和追求的梦想。伴随着这些遗传机理的解开,同时也可以为蔬菜外观品质的育种改良提供指南,促进更多新、奇、特、优品种的育成。”


  亚洲长豇豆身世之谜  


  我国老百姓饭桌上常见的长豇豆可具有长达1米的长荚。然而在非洲,长豇豆的洋兄弟——普通豇豆的豆荚却只有人的手指般长短。是什么原因导致这种“两兄弟,大不同”的现象出现呢?
  2012年,英国《自然》出版集团旗下著名遗传学期刊《Heredity》(遗传)发表了题为《中国长豇豆基因组的连锁不平衡研究:对育种驯化史和全基因组关联分析的启示》(中译)的论文,徐沛是第一编辑。这篇论文认为,最初豇豆生活在非洲,当地人民将其作为蛋白质的主要来源。后来,豇豆随人口流动迁移到了亚洲,但亚洲人并不喜欢吃它的豆子,却喜欢食用其嫩荚。于是人们一代代地选留那些荚长最长的豇豆种子进行繁殖,并且让它们彼此杂交并继续选择。论文的结论将豇豆豆荚变长归结为“外部力量(人为选择)”的影响”。

 

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  菜用长豇豆     来自网络


  2016年,徐沛在豇豆荚长育种驯化和调控机制研究方面取得新进展,其研究成果作为封面论文刊登于植物学主流国际期刊《Plant Biotechnology Journal》,徐沛是第一编辑兼第一通讯编辑。这篇论文从基因组学与细胞学两个角度科学说明了亚非两洲的豇豆“本是同根生”,却形态大相径庭的原因。
  徐沛先容说,之前的研究没有明确亚洲豇豆的长荚究竟是因为里面的细胞变长了还是变多了让豇豆成了长豇豆。“大家发现,亚洲豇豆的荚部细胞不但没有变长反而比非洲的还要小一些,但分裂能力却强很多,通过对基因表达谱的分析发现,蔗糖信号、赤霉素信号可能与亚洲豇豆长荚中细胞分裂调控密切相关。”
  这项研究成果,对未来豇豆新品种培育有非常重要的意义。“豇豆在非洲、美洲都是粮用的,只有在亚洲才是菜用的。现在某些菜用豇豆品种的荚长能长到1米以上,接下来大家的研究方向会在这次成果的基础上,从DNA序列中找到控制长荚的基因并分离出来,通过基因编辑,尝试定向应用到新品种当中去。”徐沛表示,这样就可以在保证口味优良的同时,让豇豆变得更长。“虽然更长的豇豆是否符合市场需求还有待观察,但这项研究成果对精准、高效育种工作来说,具有非常重要的意义。”


  “宝葫芦”里的秘密  


  瓠瓜,又称瓠子、葫芦,形状上有短棒形、葫芦形、蛇颈瓶形、圆形等数十种,嫩果可食,果实变老后不可食用,但葫芦状瓠瓜可剖开去瓤,用来舀水或米面粮食,被称之为瓢。
  徐沛回忆起儿时,那时候“大家都非常沉迷于《葫芦兄弟》这部动画片,特别是对那个宝葫芦充满好奇,谁曾想若干年后,我竟与“葫芦娃”打起了交道,成为立志要揭开宝葫芦身形之谜的一位农业科研工编辑”。

 

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  《葫芦兄弟》剧照    来自网络


  徐沛告诉“新淮中”公众号记者,与研究豇豆长荚形成之谜不同,研究瓠瓜形状的理论意义更大一些,因为其他瓜类没有这么丰富的瓜形变异,所以瓠瓜特别适合作为一种模式系统来研究果实形状。其中,食用瓠瓜应尽量让它的外形呈短棒形,方便储存及运输,而观赏性瓠瓜,就要培育出更多更奇特的形状来。为此,徐沛将瓠瓜研究重点确定为“阐明瓠瓜特有的葫芦形果实形成的遗传机制,克隆其关键基因,并阐明葫芦形果实形成的细胞学过程和调控网络”。

 

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  观赏瓠瓜    来自网络


  在植物果实性状研究中,科研人员遇到的一个普遍问题就是该性状难以定量描述,尤其是葫芦形、蛇颈瓶形等复杂或不规则形状,而精准、定量描述果实形状却是开展遗传学机理分析的前提。传统方法采用“半定量”方式进行果形描述,比如用1表示圆形,2表示棒形,但是遇到不规则或者过渡类型的果形就难以解决。
  徐沛认为,困难不过是“化了装的机遇”。为此,他找到擅长生物体形状数学模拟的美国宾夕法尼亚州立大学邬荣领教授,通过合作研究方式,利用“几何形态分析法”这种数学方法来研究瓠瓜瓜形这一生物知识题,取得了很好的效果。可以说,将这种复杂的数学方法与同样复杂的遗传基因组学分析相整合,对于只有生物学专业背景而非数学或统计学出身的徐沛来说,原本可谓“不可能完成的任务”。
  “与其在困难中认输,还不如主动接受挑战,并从中获得乐趣。”“科学研究本来就是一个不断接受挑战、不断克服困难的过程。”徐沛如是说。


  科研务求自主创新  


  作为一名80后学者,徐沛对科研之路之艰难感触颇深。
  “科学研究既需要聪明智慧,需要艰辛汗水,更需要坚韧不拔的毅力。”
  徐沛先容说,以他现在从事的豇豆、瓠瓜研究为例,一方面豇豆、瓠瓜这种小体量的蔬菜研究,和水稻、小麦等主要农作物研究相比,会受到来自观念、资金、影响力等方面的困扰,有时甚至会招致“这些小作物研究有价值吗”的质疑,这样的质疑甚至来自业内人士,所以,你必须能够沉得住气,要有咬定青山不放松的精神。另一方面,豇豆、瓠瓜都属于非模式植物,研究基础十分薄弱,可供借鉴的信息与方法是少之又少。这个领域的研究工作,用“筚路蓝缕,以启山林”来形容,丝毫不为过。
  怎么办?徐沛说:“解决的办法唯有自主创新。”弄一些快餐性“成果”,比如同源基因克隆,非常容易,但这种低水平模仿性的工作,只能是急功近利。科研工作必须一步一个脚印打好基础,绞尽脑汁,探索出一条别人没有走过的路来。
  他特别注意引进最新的技术方法,讲求跨学科合作,发挥非模式植物研究的后发优势。“当今的高水平研究都是跨学科甚至是跨界的。无论是谁,无论他的水平有多高、阅历有多丰富,他的专长总是有限的,因此科学家之间的合作就显得尤为重要。”徐沛说,我的研究工作就充分受益于“与国内外不同学科、不同专长的学者之间的合作。”
  比如豇豆耐旱研究方面,徐沛的合编辑中有以色列耶路撒冷希伯来大学的植物水分生理研究专家;群体基因组学研究方面,他的合作伙伴有美国加州大学河滨分校和美国宾夕法尼亚州立大学的统计遗传学教授。“不同学者、不同思路的碰撞,往往很容易产生灵感的火花,加快研究进度。”徐沛这样总结道。
  据悉,徐沛今年在家乡淮阴师范学院和他的博士同学合作种了一块实验地,进行豇豆长荚的多年多点试验。

 

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  徐沛在菜用豇豆试验田(浙江海宁)


  辛勤的汗水必将浇灌出参天大树, 拼搏的激情必将催开明艳的鲜花。近年来,徐沛取得了一系列丰硕的成果:作为第一或通讯编辑在《Plant J》、《Plant Physiol》、《Plant Biotechnol J》等本领域一流期刊发表论文15篇,并先后受邀在欧洲葫芦科育种会议、亚洲动植物基因组大会(PAG-Asia)、国际植物学大会等专业会议上做报告;主持国家高层次人才特殊支撑计划、国家自然科学基金,国家重点研发计划(子项目)等10多项;获浙江省“十一五”自然科学基金优秀项目奖、省151人才、省科技进步奖等荣誉;2015年,他作为青年拔尖人才入选中组部第二批“万人计划”。目前,他是中国园艺学会青年分会常务理事、国际豇豆研究联盟(ICC)成员,SCI期刊《Legume Research》编委和《Mol Biol Evol》等一流学术期刊审稿人,科威特科学发展基金会基金评阅人。
  在谈到对正在母校学习的学弟学妹们的寄语时,徐沛希翼学弟学妹们“以身为淮中人为荣,要有强烈的自信心,在中学阶段全面打好学业基础,在这个前提下找到自己的兴趣和才能所在,将来也不要随波逐流,去一味追求热门或高回报领域而放弃心中那份单纯的梦想。三百六十行,行行出状元,国家的发展需要各行各业的人才。”
  这些寄语既是对学弟学妹们的殷切希翼,也是徐沛他自己成长之路的真实写照。
  大家衷心祝愿这位都市“菜农”的科研之路越走越宽,让老百姓的餐桌上增添更多的美味佳肴。

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