林辰涛：调控植物花期的“节奏大师”

本刊记者|武圣俊

林辰涛：调控植物花期的“节奏大师”

本刊记者|武圣俊

导语“你知道吗，做着自己喜欢的事，又能体现自身的价值，让自己的研究对社会，对国家都有价值这让我感到很幸福，别看我来回奔波，但是我觉得这就是我理想中的生活方式”，林辰涛如是说。

植物根植于土壤，看似与其他生物毫无沟通，但是植物学家们却与植物长年沟通、对植物的各种“开关”了如指掌。福建农林大学特聘教授林辰涛便是这样一位研究植物光受体、光反应、与花期“开关”的科学家。

今年林辰涛领导的福建农林大学科研团队在植物光受体研究领域取得了重大的突破，10月20日，该团队以第一完成单位在世界顶级学术刊物《科学》（Science）杂志上发表了标题为“拟南芥隐花色素2的光激活与失活机制”的研究论文，在论文中首次解析了植物蓝受光体蛋白原初光反应。这一研究成果受到了中、美、英、日、韩各国媒体的报道，也标志着福建农林大学在隐花色素方面领跑国际光受体蛋白研究领域。

林辰涛团队的研究为将来提高农林作物光合作用效率，精准调控农林作物花期等农业生产关键技术的开发利用提供了重要的理论基础，对全球农业科技领域产生重要影响。

你知道什么是世界上最大的太阳能电池吗

虽然，隐花色素最早在植物里被发现，但是，从细菌到真菌，从植物到动物，隐花色素这一古老的光受体存在于地球上已知的大部分生物中，并在不同的生物体内起着不同的作用。隐花色素是我们目前已知的最古老的光受体之一。

谈到研究光受体初衷的时候，林辰涛问记者：“你知道世界上最大的太阳能电池是什么吗？”感觉到记者的茫然后，林辰涛微笑道：“大家都知道太阳是地球几乎所有能量的终极来源，光影响着地球上所有的生物。现在人类争相开发使用太阳能，中国已经是目前世界上最大的太阳能电池面板制造国。但是我要说，植物才是世界上最大的太阳能电池。我们维持生命的能量都是来源于植物，而植物收获的能量都来自于太阳，所以植物才是世界上最大的太阳能工厂。植物是如何转换太阳能量的呢？植物这座太阳能工厂里的流水线是如何运转的呢？探索植物与光的一切联系就是我从事光受体领域研究的初衷。”

植物有两套光受体，除了需要一套负责收集太阳能量以供光合作用的光受体之外，还有一套负责感知与传递光信号的光受体以控制光合作用、并且调节植物生长的各个过程。也就是说自然界需要这样一套专门负责光信号传递的光受体来“告诉”植物，如何才能更有效地收集太阳能或提供光“营养”。为了提高植物的光合作用效率以提高农作物产量，人们首先要搞清楚负责感知与传递光信号的光受体到底是什么以及它们如何工作这两个基本问题。

科学家们早已知道在植物中有至少两类负责感知和传递光信号的光受体，其中一类是称之为光敏色素的红光受体，另一类是称之为隐花色素的蓝光受体。光敏色素光受体蛋白早已被分离纯化，但是神秘的隐花色素却困扰了人们多年。

1992年，林辰涛刚从美国密执根州立大学博士毕业，他得知宾夕法尼亚大学Anthony Cashmore教授利用遗传学的方法在植物体内发现了一个疑似蓝受光体的基因（后来称之为隐花色素1或CRY1），而当时这一重大发现尚需在蛋白质生物化学上加以证实。为了证明隐花色素1（CRY1）是否能特异性地吸收蓝光，是否确实是蓝受光体，林辰涛选择了去费城Anthony Cashmore的实验室从事博士后研究。他在用生物化学的方法纯化了隐花色素1之后，发现该蛋白质只能吸收蓝光而不吸收包括红光在内的其它可见光谱，并在吸收了蓝色光子之后会改变蛋白质结构并获得新的生物物理学特征与新的生物化学活性。林辰涛的这些结果证实了隐花色素1的确是一个蓝光受体。这一研究成果解决了蓝光受体研究领域长期以来的一个基本问题，并于1995年发表在世界顶级学术期刊《科学》杂志上。长江后浪推前浪，二十年后林辰涛带领的福建农林大学团队终于发现了植物隐花色素的原初光反应，并再次登上了《科学》杂志。

隐花色素领域的基础研究对未来农业意味着什么

林辰涛与他的同事们在隐花色素领域的基础研究对未来农业领域会有什么样的影响呢？为什么人们认为有关隐花色素原初光反应的发现会为未来提高农林作物光合作用效率，精准调控农林作物花期等农业生产关键技术的开发利用提供必要的理论基础呢？林辰涛解释道，在农业生产中如果我们要培育一个具有高产、高质量、环保、无公害、适合大面积推广等优点的品种，就必需要明白农作物中几万个基因的工作原理、每个基因的特性、以及不同基因之间的相互作用原理。林辰涛形象地把现代农作物优良品种的培育比作汽车制造。只有明白汽车上每一个零件的作用和工作原理以及不同零件之间的相互作用原理才能生产出一部好汽车。这也就是为什么近年来我国政府大力提倡基础科学研究的道理。

林辰涛进一步解释道，光除了影响农作物光合作用之外还影响农作物生长发育的所有重要环节。例如不同地区由于纬度不同导致光周期不同，也就是在不同季节的日照时间不同，而日照时间的差异影响着农作物开花的时间，所以受地域的限制很多好的品种无法在其他地区得到推广。大豆就是最好的例子，因为大豆对光周期非常的敏感，而隐花色素又决定着大豆在不同光周期下的开花时间。了解隐花色素如何控制光周期反应的原理将帮助人们更有效地培育不受地域限制的大豆广适品种。另一个例子是种植密度对农作物产量的影响。密植是提高农作物产量的一个方法。但是种植密度增大降低了每株植物平均所获得的红光与蓝光,而由红光或蓝光受体所诱导的植物避荫反应则往往降低农作物的单株产量。因此了解光受体如何控制避荫反应的工作机理则可以让我们更好地培育耐密植的品种，以提高单位面积农田的总收获量。

在来到福建农林大学之前，林辰涛曾经在中国农科院工作并建立了一个专注研究大豆隐花色素的实验室。通过反复的实验，林辰涛带领的在中国农科院团队发现了大豆的隐花色素不但控制大豆的光周期反应与开花时间，而且还影响着大豆的衰老过程。大豆结了豆子之后就会进入衰老的过程，在衰老的过程中会把其他部分的营养都转运到豆子里去，所以衰老的过程也影响着大豆的产量和质量。在他离开后，林辰涛当年的一个优秀学生刘斌研究员继续带领着这个实验室。有趣的是，刘斌带领的团队近来发现隐花色素也控制着大豆避荫反应。

调控植物的花期调控植物的花期不仅仅影响大豆等一年生农作物的产量。人为调控植物的生长周期在农林业生产中可能还有许多目前未知的应用。例如：竹子是我国南方的重要林作物。竹子一般需要到七八十年才能开花，所以培育新品种的竹子非常的困难。目前，林辰涛团队正在尝试通过调节竹子的隐花色素以及其相关基因来缩短竹子的开花时间，从而加快竹子品种的改良，培育出更好的竹子。

在谨慎乐观的态度中探索前行

谨慎乐观，这是林辰涛对基础科学研究成果在未来农业生产中应用前景的预期。林辰涛感叹，生物体复杂多样，想要完全了解植物中的每一个基因和它们在植物生长过程中不同的功能和各自的机制何其之难？想把所有的问题都一一搞明白这是研究基础科学问题的科学家们的本能。尽管并不是解决了每一基础科学问题都会立即带来农业生产中的某一应用成果,但不了解植物的基因与蛋白质这些基础科学问题的社会则不可能获得农业生产技术的突破。例如,决定植物花期的因素不止是隐花色素一个，要把植物里和隐花色素相互作用一同影响植物开花的因素都找到，才能准确无误的调控植物的花期和衰老的过程。林辰涛坚信，隐花色素以及其它植物光受体的基础研究一定会对人类的下一轮农业技术革命做出贡献。

林辰涛带领的福建农林大学团队在研究隐花色素的过程中还获得了一个“副产品”,他们的基础科学研究提高了整个团队在蛋白质工程研究上的技术水平。而这一“副产品”现在已被更直接地用于服务农业生产。林辰涛举了一个例子。现代农业不仅包括传统的农作物生产,还包括养殖业为人们提供肉蛋奶制品.养殖业使用的大量饲料往往含有各种酶制剂以帮助动物消化,而这些酶制剂的研发与生产十分依赖于蛋白质工程的研究水平。比如植酸酶就是一类大部分饲料中都使用的酶制剂。磷是动物所需要的重要元素。但是饲料中的磷大都存在于植物的植酸这种化合物中而无法，养殖业的饲料大都是植物为原料，但是很多动物却没法通过消化植酸来获得磷营养，所以饲料中会添加进去无机磷。但是，无机磷成本高，而且动物无法完全消化，就被动物随粪便排出体外，造成严重的水污染和土壤污染。而通过蛋白工程技术可以使植酸酶降解植酸内的有机磷为无机磷，这样就可以避免饲料里再添加无机磷，从而避免养殖业的环境污染问题。通过蛋白质工程技术，研究出更好的能够应对更极端环境的植酸酶以及其它许多工农业酶制剂正是林辰涛所带领的福建农林大学团队目前正在从事的另一项“副业”。

“做自己喜欢的事又体现出价值，是最幸福的”

“在云端”是林辰涛生活的真实写照，这么多年林辰涛就是这样在地球的两端来回穿梭。林辰涛是美国加利福尼亚大学终身教授，也在福建农林大学任教。忙碌的他不停地把自己在海外的研究成果，飞越山河大海带回祖国。“你知道吗，做着自己喜欢的事，又能体现自身的价值，让自己的研究对社会，对国家都有价值这让我感到很幸福，别看我来回奔波，但是我觉得这就是我理想中的生活方式。”林辰涛幸福的说道。

对于林辰涛来说，成功不仅是眼前自己在光受体领域取得的成果，还包括为中国培养青年科技人才，林辰涛认为未来我国能在光受体领域的研究一直领跑才是自己的成功。未来国际光受体领军人物不应是他自己，而是国内新生的科研力量，这是林辰涛所希望的。在培养学生的时候，林辰涛注重学生的发散思维，认为兴趣使然是从事领域的初始动力，也是科研获得成果的重要因素。所以林辰涛经常会给学生很多不同的课题，让学生根据自己兴趣挑选。

林辰涛和青年科技工作者在一起。

“中国农业的崛起离不开地方农林院校的崛起”

林辰涛在美国的实验室多年来培养了许多中国学生，这些学生中最优秀者都在学有所成之后回国服务。长久以来，我国的科研资源，人才资源大都集中在北上广等大城市的大学院所，地方院所的学生素质略差。全国各地的好学生都跑去了北上广或国外读书。因此他早年的学生们回国之后也大都集中在北京上海等地工作。林辰涛认为这是一个“先有鸡还是先有蛋”的问题。他数年前回到老家参与福建农林大学的“高水平大学”建设，也希望为解决这个问题做一点努力。

“福建农林大学党委书记叶辉玲，校长兰思仁，以及主管科研与教学的副校长林文雄与王宗华在高水平大学建设中做了大量的工作，他们才是我们之所以能在科研上做出一些成果的无名英雄”林辰涛真诚的说道。相信通过福建农林大学的和林辰涛与他的同事们的努力，在福建农林大学取得这么多优异的成果后，地方院校，特别是地方农业院校将越来越受重视。

谈到科研成功最大的助力，林辰涛表示，自己的成就都离不了党和政府的支持。他认为，邓小平是对自己在科研的道路上影响最大的人，也是改变了包括林辰涛这一代人命运的一代伟人。“因为邓小平，我才有机会上大学，才有机会到美国留学”，林辰涛激动的说道。今年，科技三会的召开更让林辰涛打起了十二分的精神，正是国家把科技的位置摆正，对科学技术的万分重视让林辰涛感觉动力十足。多年来，林辰涛怀着对科研的热情，在科研的道路上一步一个脚印，不断取得硕果，在光受体领域做出了非凡的成就和巨大的影响。“在以后的科研道路上，会继续拼搏，不会放缓脚步”，林辰涛对记者表示。