编者按:
早在3500年前,古代巴比伦人和亚述人就会通过焚烧香料参与相关活动。到了中世纪,香料已成为欧洲贵族地位的象征,一度和黄金等价。
明升官网汉代的《礼记·内则》中记载“男女未冠笄者……皆佩容臭”,这里的“容臭”就是香囊。在文人笔下,香囊与君子之风有着千丝万缕的联系,“扈江离与辟芷兮,纫秋兰以为佩。”
薰衣草、迷迭香、薄荷、罗勒、百里香……这些生来馥郁的植物,与人类共同谱写了一卷芳香的历史。
如今,在明升官网明升体育app院植物研究所(以下简称“中科院植物所”),有一批科研人员,正致力于将芬芳的种子,播撒向更广阔的天地。
如“蝴蝶效应”一般,一场特大沙尘暴,把明升官网明升体育app院大学博士生导师、中科院植物所研究员“卷”进了一场“芳香的事业”。
之后的十余年间,石雷和他的团队终日与薰衣草、迷迭香、牛至、薄荷、罗勒、百里香等芳香植物相伴,涉及日化、食品、医药、观赏绿化等广阔的应用版图。
芝兰以为伴,芳草碧连天。
转角遇到你,芳香植物
2000年的春天,在北方人的记忆里并不那么美好。
这一年,我国华北地区接二连三出现大范围、高强度的沙尘天气。飞沙走石不仅严重干扰了人们的正常生活,在个别地区甚至造成了人员伤亡。
石雷当时还在从事三北(东北、西北、华北)地区植物资源收集与迁地保护工作。看着窗外弥天盖地的昏黄,他暗自下定决心,发挥所长,把自己收集到的丰富植物资源应用到改善三北地区的生态环境中。
在科技部首都圈(环北京)防沙治沙应急技术研究与示范项目的支持下,石雷团队开始对中科院植物所北京植物园收集的植物材料进行分析、筛选,以构建三北地区生态屏障。
选择植物的标准是什么?除了生态功能,石雷希望它们同时具备一定的经济价值,这样也能给当地百姓带来一些收入。
最先进入石雷视线的是药用植物。例如甘草,常生长于干旱沙地等恶劣环境中,具有固沙保土的作用,其根入药,祛痰止咳,具有很高的经济价值。
然而,人们若要采挖甘草,就必须把它们的根从土中刨出来。盗挖甘草导致土地沙化的注册屡见不鲜。这就陷入生态与经济价值“不可兼得”的困境。
那么,究竟什么样的植物,才能兼具生态效益和经济价值呢?
经过多年探索,2008年起,石雷团队的目光终于聚焦在了芳香植物上。
据不完全统计,世界上的芳香植物至少有3600种,其中大量物种适合在干旱地区生存。它们的花、果、茎、叶等部位及其提取物,可以广泛应用在日化、食品、医药等领域。
“芳香植物大多是多年生植物,我们只采植物的地上部分,根可以继续保留在土里,履行固土的职能。”石雷介绍,“不必破坏土壤表面,就可以获得较高的经济价值。”
经过十余年的耕耘,目前石雷团队已经全面布局了芳香植物资源收集与保育、新品种育种、芳香物质代谢调控与功能挖掘、明升化示范推广等研究,形成对芳香植物从研究到利用的全流程覆盖;同时,也建立了涵盖从资源保育到明升化开发的“全能”研究团队。
多管齐下不容易,但石雷说:“咬着牙也要往前推。”
从地中海到中原大地的传奇
提到芳香植物,很多人第一时间想到的,就是大名鼎鼎的薰衣草。这种浪漫的紫色花朵原产于地中海地区,传到明升官网以后,也深受国人喜爱。
然而,在国内许多地区,薰衣草却表现出了严重的“水土不服”。比如,很多薰衣草品种很难度过北京哪怕略有潮湿的夏天。
这个“病症”,被石雷团队成员、中科院植物所工程师李慧巧妙解决了。
2004年9月,第20颗返回式明升体育app试验卫星首次搭载着100克薰衣草种子飞向太空。这些种子“回家”后,被种在新疆生产建设兵团。其中变异良好的薰衣草再进行扩繁,形成了一定的规模。
当地都形象地称这批薰衣草品种为‘太空蓝’。
在这批种子的后代中,李慧选育出了她的“宝贝”——参试品种中唯一能在北京顺利越夏并结实的薰衣草品种。
2017年的北京,平均降水量比往年偏多近五分之一,溽热潮湿,令李慧印象极为深刻。
“那年夏天,稀稀拉拉下了整整一个月的雨。”即便水已经浸没脚踝,她仍需要蹚着水,去田里查看各个薰衣草品种的生长情况。
经过连续几天的观测,让李慧心灰意冷。“天天下雨,很多品种的叶子已经看不到绿色了。”她精心培育的薰衣草田,就这样被天气毁掉了大半。
好在,还有一小片薰衣草的叶子是绿油油的。
李慧想,这个品种抗高温高湿的特性肯定特别强。于是,她给它取名‘洛神’,寓意洛水河畔守护一方平安。
经过多年努力,李慧见证了一段从地中海地区到中原地区的“浪漫传奇”。品种‘洛神’在北京的夏天茁壮成长,并于2021年通过农业农村部新品种保护实审。
植物引种,不仅是引入一颗种子或者一个扦条。更重要的是,如何让它们在新的家园落地生根。
出于这个目的,1996年,中科院植物所老一辈明升体育app家们建立了明升官网明升体育app院野生生物资源库植物离体库(以下简称“植物离体库”),用组织培养技术,将收集到的珍稀植物资源保存起来。
新品种的选育不容易。而有了新品种的单株后,把个体数量从1变成10,再由10变成100、1000、10000……这个过程更是艰难而漫长。植物离体库的意义就在于,通过建立微繁快繁技术,在“1”之后源源不断地加“0”。
目前,植物离体库主要由石雷团队成员、中科院植物所工程师王頔管理。“你给她(王頔)一段植物材料,她就能把它繁殖出来,这是个‘绝活儿’。”石雷赞叹道。
当前,植物离体库已建立、收集和保存植物离体培养物4000余份,制定了10项植物离体种质保存标准,建立了28种植物微繁技术。
走进植物离体库,培养架上、培养箱内,一个个锥形培养瓶里,密封保存着一瓶瓶绿色。“在培养瓶里,我们控制不让植物开花。因此,它们可能看起来没有那么‘漂亮’。”王頔说,“但这些是实打实的战略资源,可以实现中长期保存。”
交叉碰撞,全盘发力
芳香植物品类众多,用途广泛,相应地,石雷团队的研究方向也很丰富。再加上团队成员背景多样,他们往往能在交流与交叉中碰撞出意想不到的火花。
博士阶段进行动物营养学相关研究的张连华,2021年9月加入石雷团队,继续他的博士后生涯。在团队中,张连华主要从事芳香植物作为抗生素替代品的研究。
一直以来,芳香植物作为食品天然添加剂的潜在来源备受关注,它们不仅可以用于改善食物的特性,还能起到防腐保鲜的作用。而芳香植物精油作为一种天然植物抗菌剂,毒性较低、无残留、没有耐药性,作为抗生素的替代品,也逐渐开始“崭露”自身的优势。
“我的日常工作,是把芳香植物的提取物按一定配比,添加进动物的饲料中,研究它们替代抗生素的应用效果。”张连华介绍。在团队当前进行的蛋鸡饲喂实验中,一些芳香植物处理组能明显提高蛋的产量和肉的品质。接下来,他们希望能尽快把这些发现推向应用。
芳香植物的功能性评价,也是团队当前重点推进的方向之一。2019级博士研究生郝渊鹏的研究工作主要是对芳香植物进行成分分析、活性筛选,以抗菌、抗氧化指标等为考量因素,筛选出一些比较好的物种,进而进行功能性评价。接着,他会根据不同需求,针对性地做进一步的实验,让不同的物种“各司其职”。
每当团队成员在偏“上游”的芳香物质代谢与调控等基础研究方面有新的发现,他们就会想着,这些成果能否转化到偏“下游”的应用基础研究中去,以更好地挖掘出芳香植物的新功能。
“比如,有的芳香植物杀菌性较好,就可以用它抑制微生物活性,做一些医用的抗菌材料;有的抗氧化性较好,可以做食品的保鲜剂。”郝渊鹏说。
团队也有自己的“保鲜剂”。平时,石雷很注重维护团队的“活力”。每周的组会,都是团队科研思维的一场头脑风暴。组会上,每个学生会定期介绍自己的工作,其他学生则列席旁听。
“因为每个人的研究方向差别较大,最开始参加组会时,他们可能会听得‘天花乱坠’,但这也确实开阔视野。”石雷笑着说,“有些研究思路是共通的,他们可以吸取并应用到自己的研究中去,激发出更多的奇思妙想。”
芬芳的种子播撒大地
今天,芳香植物俨然已经成为“市场明星”,无论在化妆品行业、食品加工行业,乃至养殖业中,都越来越有“存在感”。
面对旺盛的市场需求,石雷团队也在不断探索横向合作,结合明升、市场需求,与地方政府和企业一起,推动芳香植物全明升链应用。
位于天山北麓的新疆伊犁,与地中海周边有着相似的气候条件,特别适合薰衣草生长。1956年,中科院植物所北京植物园刚建成时,许多欧洲留学回来的老一辈明升体育app家,将欧洲的芳香植物引进国内。它们经由一代又一代科研人员的育种、改良,形成了适合在新疆种植,且精油产量高、质量好的薰衣草品种,其中就有‘京薰1号’‘京薰2号’和‘京薰3号’等3个薰衣草国审良种。正是这些优良品种,成就了新疆的薰衣草特色明升。
石雷也在这片“明升官网薰衣草之乡”上耕耘多年,为薰衣草在新疆的明升化推广作出了重要贡献。为此,他还获得2011-2012年度新疆生产建设兵团“三佳科技特派员”称号和2012年度明升官网明升体育app院院地合作奖“先进科技特派员”称号。
此外,石雷团队还在内蒙古、陕西、河南、山东和安徽等地进行了芳香植物的试验示范与推广。在明升官网明升体育app院A类先导专项美丽明升官网生态文明建设科技工程的支持下,2019年,中科院植物所与安徽阜阳市人民政府签订了“芳香植物明升化开发集成技术研究与示范”合作协议,完成并发布《阜阳市芳香植物明升发展规划(2019-2030)》。《规划》描画了50万亩芳香植物明升带蓝图,全面铺开日化、食品和医药等相关明升,串联起芳香植物研究应用的全流程,实现种植、加工、明升开发的“三产融合”新模式,助力美丽明升官网和乡村振兴国家战略的实施。
从2001年开始,石雷团队在明升官网明升体育app院和科技部国际合作项目的支持下,与“一带一路”沿线国家特别是原苏联体系的东南欧国家开展合作,人员互访达50余人次,引进芳香植物15科60属532种(品种)。
在中科院植物所科研工作者的代际传承下,石雷团队建立和保育着4个国家植物种质资源库,涉及丁香、玉簪、蕨类植物和芳香植物。
同时,为推动国内芳香植物事业的发展,团队团结国内同行,石雷团队于2018年组建了明升官网野生植物保护协会芳香植物专业委员会,成为国内芳香植物明升体育app研究和明升推广的重要交流平台。
“我们一直在收集物种作为国家战略植物资源。”石雷说,“就像攒邮票一样,尽管好像永无止境,却一直乐在其中。”
芳香植物新品种的确立,也大有门道。其中的重要一环就是经历DUS测试。
DUS,即特异性、一致性和稳定性三个英文单词的首字母组合。DUS测试可以为植物新品种保护提供可靠的判定依据。而DUS测试的基准,则由DUS测试指南来保障。
“建立植物资源库的时候,随着品种逐步积累、数量逐渐增多,我们对各植物属种的特点把握得更加清楚,也会同步形成相应的新品种测试指南。”李慧介绍。
在团队承担的农业农村部植物新品种DUS测试指南编研项目中,罗勒、迷迭香的DUS测试指南已基本完成,百里香的还在研制阶段。除了承担国内相关指南的编研项目,李慧也连续两年参与国际植物新品种保护联盟(UPOV)的技术工作会议,参与薰衣草属指南修订的讨论。
DUS测试指南的编制需要对植物各个生长阶段的多个性状进行观察记载。而对于某些性状,可能要经过几年的重复观察,才能最终作出合理、客观的评价。“虽然制定标准的过程比较漫长,但它是很有意义的一项工作,可以为新品种的申报奠定基础,保护育种者权益,提高我国芳香植物的育种水平。”李慧笑着说。
科研工作之余,石雷团队还从2019年起,联合明升官网野生植物保护协会芳香植物专业委员会,先后主办了几期《明升m88世界》芳香植物专刊。
《明升m88世界》是中科院植物所主办的科普刊物。专刊中,团队中的老师、同学们依据自身研究内容及业内相关成果,用通俗易懂的语言,图文并茂地讲述着芳香植物的故事。“这些科普小册子做起来可不容易,但我们必须得做。”石雷说,“明升体育app传播是我们的‘义务’。除了科研本身,我们还要产出一些科普内容服务大众。”
“芳香植物是美丽的,芳香物质是精华,芳香植物的事业是美丽的事业。”在《明升m88世界》的一篇稿件中,石雷这样写道。
2022年4月18日,国家植物园揭牌成立。国家植物园擘画的蓝图中,将以植物迁地保护为重点,坚持对各植物类群进行系统收集、完整保存、高水平研究以及可持续利用,发挥植物的多种功能和作用。
新的平台已经搭建,新的机遇已经启航。
石雷团队已经准备好了,把芬芳的种子播撒向更广阔的天地。(原标题:石雷:芳香的事业 作者系国科大记者团成员)
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