刘春明：愿做科学世界的一粒种子

王 辉

袁隆平院士曾经说过：“一粒粮食能救一个国家，也可以绊倒一个国家。”这是国家安全非常重要的一个“砝码”。10月16日是第40个世界粮食安全日，主题为“齐成长、同繁荣、共持续，行动造就未来”。粮食安全的初级阶段是解决吃得饱的问题，第二阶段是解决吃得好的问题。北京大学现代农学院院长刘春明认为吃得好包括两个方面，一是好吃，口味口感好，但更重要的是营养好，营养平衡。

除了“吃得饱”，“吃得好”也是农业科研人员关注的问题，30多年来刘春明一直从事植物种子发育遗传学研究，他目前的研究重点是水稻营养品质改良和灌浆调控机理。他希望为中国人从“吃得饱”到“吃得好”转变贡献自己的力量。

民以食为天

“我研究的是植物胚胎与胚乳发育的分子调控，这么说你肯定不太了解，换个说法就是种子发育研究，你们可能就容易懂了。”坐在窗明几净的办公室里，刘春明微笑着对记者解释他的研究工作。

人类近80%的粮食来自禾本科作物的种子，包括小麦、水稻、玉米、高粱、燕麦、谷子、大麦等。大多数单子叶植物的种子的外部是保护作用的果皮和种皮，内部是胚胎和胚乳，单子叶植物种子的营养主要累积于胚乳中。他说：“人类每天生活离不开胚乳，你吃的馒头包子用到的面粉都来自胚乳。”

在植物学上，胚乳又分为糊粉层和淀粉胚乳两部分。淀粉胚乳，即我们食用的白米，主要成分是碳水化合物，糊粉层则富含蛋白质、脂肪酸、维生素、膳食纤维、钙、铁、锌等微量元素。

但是，水稻在加工过程中，糊粉层被碾磨掉了，剩下的是淀粉胚乳。经过精细加工之后的大米，虽然口感好，但长久食用，会导致人体维生素、微量元素等摄入量不足，例如缺铁性贫血症，维生素B1、B2缺乏症等。来自世界卫生组织的统计数据显示，全世界三分之一的人口缺铁；我国7个月至7岁的儿童，铁缺乏症患病率达40.3%。

因此，要想获得齐全的营养，食用全米（即糙米）如紫米、黑米等是很好的方式。顺着这个思路，刘春明十多年前开始思考：既然糊粉层所含物质对于人体健康如此重要，是否可以把糊粉层加厚呢？如此，不就可以提高稻米的营养价值了吗？“顺着这样的思路，我们开始研究糊粉层是怎么形成的。”

听上去加厚胚乳糊粉层是一个很简单的事情，但是在科学研究里远没有那么简单。刘春明带领的中国科学院植物研究所团队采用化学诱变技术，诱变中花11（一个作物品种）的种子。

他们创建了一种半粒种子筛选体系，并利用这一体系筛检了36000多粒种子，发现了2个糊粉层加厚的变异品系，分别命名为ta1和ta2。普通品种的水稻种子胚乳糊粉层细胞只有1层，ta1的糊粉层增加到了3～5层细胞，ta2的糊粉层更厚，有5～10层细胞。

刘春明

和刘春明预期的一样，检测中心分析结果显示ta1和ta2全米中的蛋白质、维生素、膳食纤维等营养物质的含量比普通全米均有显著提高，微量元素、维生素的含量比普通白米高3～5倍。

从2012年开始，他联合山东省水稻研究所、中国农业科学院作物科学研究所团队，利用这些新创制的种质材料与紫香糯1306进行杂交，历时7年培育出中紫1号、中紫2号、中紫3号、中紫4号4个糊粉层加厚高营养紫稻品系。

与普通的白米比较，“中紫4号蛋白质增加了20%，脂肪增加了22%，铁增加了2倍，锌增加了2倍，膳食纤维增加了3倍，维生素A增加了5倍，维生素B2增加了1倍，维生素B6增加了10倍”，刘春明拿着数据图项认真地和记者讲解。

2020年9月，在山东东营召开的第三届三角洲论坛上，中紫4号大米出现在论坛的茶歇现场，一碗热气腾腾的紫色米粥吸引了不少参会代表的注意。米粥有一股淡淡的香气，尝一口，黏黏的，还有点甜味。

“我们已经在多个地区试验种植了‘中紫4号’水稻，但是想要推广，还要等品种权批下来以后。”

2019年、2020年，“中紫4号”在山东济南、济宁、东营等沿黄稻区作春稻种植，亩产可达450公斤左右，还具有一定的抗盐碱，抗稻瘟和抗条纹叶枯病等特性。

刘春明和团队将探索一条从能量型向健康营养型转变的水稻育种新途径，这对提高水稻营养品质、改善人民健康水平都具有重要的意义。

流金岁月

“一个人生活中有很多偶然和必然。对我来说，学生物学纯属偶然，但后来从事生物学研究却有很多必然。”20世纪70年代末，人们接受的是“学好数理化，走遍天下都不怕”的观念，刘春明的高考第一志愿选择了青岛海洋学院的海洋物理专业，很遗憾，青岛海洋学院没有录取刘春明。录取通知单上写的是他没有报考的学校和专业——山东师范学院（现山东师范大学）生物系。

刘春明读高中的时候学校还没有生物课，他对生物一无所知，也不知道学了生物将来能做些什么。他从爸爸的书堆里翻出来一本米丘林遗传育种学小册子，内容是讲如何做嫁接，比如把西红柿和土豆接在一起，上边长西红柿，下边长土豆，这本书激起了他对当时还一无所知的生物学的兴趣。

在山东师范大学遇到的姚敦义教授是刘春明的启蒙老师，“姚老师的课是我听过的所有课中最生动的，他从不照本宣科，而是在讲课中融入很多重要科学发现的背景资料和小故事；他也不是简单地传授知识，而是非常重视讲授知识的获得过程”。1984年，刘春明考上了姚敦义教授的硕士研究生，对刚刚兴起的分子遗传转化技术非常感兴趣。但是当时山东师范大学的研究条件难以实现刘春明的研究想法，姚敦义教授便向刘春明推荐了几个专家，让他去请教一下。

揣着姚先生的介绍信，上海中国科学院植物生理研究所的夏镇澳教授向刘春明推荐了许智宏先生。刘春明凭着初生牛犊不怕虎的愣劲把自己的想法与许智宏先生讨论完之后，许先生便马上同意刘春明到他的实验室做硕士论文研究。两个月后，刘春明从山东师范大学来到上海市枫林路300号，开始了他的硕士研究生涯。

和学生团队合影

“正式把我领进科学之门的是许智宏先生，而以后多年的共事和合作，使我们成为忘年之交。”刘春明直到现在，在思考一些重大科学问题的时候，还是喜欢同许智宏先生交流一番，听听他的建议。从许智宏先生那里，他学会了观察和对非预见性试验结果的追踪精神。

1989年，国家人事部专家司向新加坡国立大学派遣生物工程方面的研究人员，经许智宏先生的推荐，刘春明以Visiting Scientist（访问学者）在新加坡国立大学分子与细胞生物学研究所（IMCB）工作三年。三年期满时，他对做研究产生了浓厚的兴趣，也第一次有了做博士的欲望。

“这是一个让我犹豫了6年的决定。也许对有些人来说挺浪费时间的，但对我来说是完全值得的。”对刘春明来说，没有任何其他职业能够像做科学这样需要自由地追踪自己的好奇心，通过思考和研究找到问题的答案。“对植物世界的好奇，使我有了永远做不完的问题。”

1996年6月，刘春明顺利在英国John Innes Center/UEA拿到博士学位。他在美国俄克拉何马州立大学三年博士后研究之后，受聘于荷兰瓦赫宁根大学国际植物中心担任种子发育实验室主任和高级研究员，也成为瓦赫宁根大学第一位获得永久职位的学者。

2005年年底，刘春明放弃了收入颇丰的荷兰职位，受中国科学院植物研究所邀请正式回国，主持筹建信号转导与代谢组学研究中心并担任主任。“在国外漂游的16年里，我先后在新加坡、英国、美国和荷兰学习、工作过，既经历过痛苦的挣扎，也有过成功的喜悦，这是一段十分难忘的经历和岁月。”最终选择回国源自他一直以来的家国情怀。

种子改变世界

回国后的刘春明先后担任中国科学院信号转导与代谢组学研究中心主任、中国科学院植物分子生理学重点实验室主任、中国农科院作物科学研究所所长。具有丰富科研工作经验的他，在协调组织全国主要粮食作物育种、种质资源保护、重要基因克隆、重要栽培技术发掘、重要新品种培育等方面积累了一些科研管理经验。2020年6月，刘春明出任北京大学现代农学院院长。

优良的种子是农业的“核心”。能不能掌握好选种、生产、加工技术，能不能把优质品种推广到田间地头，关系到一个国家的粮食安全和人民的温饱问题。

当前，北京大学现代农学院正围绕作物遗传与分子研究、数字化与智慧农业、农产品加工与营养健康、农业经济管理四大专业方向，推进农业科学发展。“北京大学现代农学院的设置跟一般的农业大学农学院的定位不一样，它需要跨学科的全方位发展。”刘春明认为未来的农业需要提高农业产业价值，提高农民种地的积极性，“我们要搞好加工、运输、销售等各个方面的工作，要把科技与农民的生活联系起来，增加农民收入，使农民真正受益”。

在田野里指导学生

刘春明曾经在世界农业强国荷兰工作7年，荷兰的高科技农业给他留下了非常深刻的印象。中国农业想要变强，就需要积极求变，而创新是唯一的突破口。“10年、20年之前我们的科学技术研究是跟踪为主，但现在我们必须引领，靠跟着别人，你永远是被动的。”刘春明希望可以一直追寻自己的理念，在水稻营养品质改良方面耕耘。

展望未来，刘春明将带领北京大学现代农学院在原创性的科学研究上做更多的工作，中国的农业需要用更多更好的创新引领，“作物科学还有很多奥秘等待我们去发现”。