傅向东：破译水稻少肥高产密码

受访者提供了照片。

“一件事只要你去寻找，就不要放弃。只有一个错误的步骤会导致下一步。如果从一开始就知道结果，那就是工程，而不是科学研究。”

春节期间，“傅向东的团队发现了一种新的赤霉素信号机制来提高水稻的氮肥利用率”的消息淹没在防疫和控制的信息中，但这一新发现仍然引起了业界的极大关注。

这篇登在《科学》杂志封面上的文章加深了人们对植物赤霉素信号转导和氮响应之间复杂的相互作用机制的理解，也是傅向东团队十多年来深耕赤霉素和氮共同调控水稻生长发育机制的又一重要成果。一般来说，傅向东的研究内容是如何在减少氮肥用量的同时增加水稻产量。

"创新为民，汇泽五国."在傅向东的办公室里，中国科学院院士、小麦遗传学家、育种家李振声的题词非常醒目。这正是傅向东的第一颗心和幸福之源。“将个人的研究兴趣与国家的需求结合起来是一件非常愉快的事情。”傅向东说道。

“不会吧，我喜欢做研究”

“一个人一旦喜欢一件事，他就不会考虑太多的事情。我没办法。我喜欢做研究。”傅向东说，他对遗传学的兴趣始于高中。

在中学生物课上，傅向东因为人类ABO血型的遗传而对基因产生了兴趣。“我觉得很有意思，a型父亲和b型母亲，会出现a型、b型、AB型，可能有o型血的孩子。这是为什么？”傅向东回忆说，当时他最喜欢的测试问题是通过一系列附加条件来推断父母血型的遗传问题。

就这样，当大多数学生还在为自己的专业感到困惑的时候，傅向东在高考补考时，毅然选择了武汉大学生物系的遗传学专业。“当时，一位老师建议我考虑热门专业，但一旦我有了主意，我就会坚持下去。”他笑着说。

这种固执和坚定总是让傅向东喜欢挑战难题。

傅向东在英国约翰·英尼斯中心学习期间，师从英国皇家学会会员、牛津大学教授尼古拉斯·哈勃德。这位著名的遗传学家毕生致力于研究赤霉素调节植物生长发育的机制。

20世纪60年代，以降低作物高度和半矮秆育种为特征的第一次“绿色革命”使世界水稻和小麦产量翻了一番，解决了温饱问题。

“早在20世纪30年代，科学家就发现了赤霉素，一种可以促进植物生长的化合物，但它是如何被调控的还不清楚。我的实验室主要使用模式植物拟南芥来研究赤霉素的调节机制。”傅向东说道。

半个多世纪后，被称为“绿色革命”的大米和小麦开始用另一个新问题困扰农学家。

“半矮秆作物的株高变得越来越短，这使得它们对化肥不敏感。结果是氮肥的利用效率也降低了。农民施用了大量肥料，但他们没有获得预期的产量。同时，它们也带来了环境问题。”傅向东说道。

在英国，傅向东通过实验证明了“绿色革命”矮化品种降低了氮素吸收能力。“我的导师认为这不可思议。”傅向东回忆道。

“我们已经构建了含有和不含有‘绿色革命’矮秆基因的水稻和小麦的近等基因系。我们系统地比较了矮化基因对植物生长和氮代谢的影响，发现矮化后植物对氮的吸收和同化能力确实下降了傅向东说，此外，尽管含有“绿色革命”矮秆基因的水稻和小麦的分蘖增加，但每穗种子数量减少。

如何在高产抗倒的基础上提高矮生品种的氮素利用效率；或者在现有的施肥条件下，有没有办法增加每穗的谷粒数？这已经成为困扰傅向东的一个问题。

将个人利益与国家需要结合起来

面对这两个问题，傅向东对拟南芥的研究不再满意。他想做一些更接近育种实践的事情。

他选择回家。虽然当时中国科学院遗传与发育生物学研究所的条件并不好，“这是国家水稻功能基因组学研究小组，研究所的气氛很好。我想为国家做些有益的事情。”傅向东说道。

当时，傅向东不想研究赤霉素的作用机理。“其他人已经做了几十年，我想开辟一个新的方向。”他回忆道。

他开始破解“超级稻”高产性状形成的分子机制。研究目标非常明确，即找出提高产量的关键基因，以便将来通过分子育种进一步提高作物产量。

“我们克隆了高产品种‘沈农265’的穗基因DEP1，研究其高产机理。”傅向东说，“幸运的是，一批高产基因如DEP1、GW8、NPT1和LGY3很快被分离出来。”

令他欣慰的是，从那以后，育种者们利用他们团队的研究成果成功培育了许多高产优质的新品种。

但慢慢地，他发现，如果他想在增加作物产量的同时减少氮肥的使用，解决中国农业发展迫切需要解决的环境制约，他仍然必须解决他在英国时所想的问题。他说，化肥可以促进植物的生长发育，就像人类吃东西一样，植物也需要“吃”。他和他的学生迫切寻找的答案是“脂肪”的价值，这种价值可以在不花时间减少的情况下被吃掉。

傅向东的团队致力于植物生长代谢平衡的合作机制。

十多年来，傅向东的团队发现了与植物对氮的吸收和利用率密切相关的基因GRF4。它揭示了“绿色革命”矮化育种伴随着分子水平氮利用效率降低的原因，并提出了明确的解决方案。

在此基础上，他带领团队以水稻产量性状对氮素营养的响应为切入点，发现了赤霉素和氮素协同调控水稻分蘖的关键基因NGR5，阐明了NGR5介导的赤霉素信号通路调控水稻氮素利用效率的分子机制。

他现在最关心的是如何加强与育种者和种子公司的合作。“我希望我们的基础研究能够与育种家的实践经验相结合，以促进育种技术的进步。”傅向东说道。

不是第二，更不用说我了。

傅向东是一个温和而随意的人。

“不大不小”是别人对自己实验室的评价，“没有距离感”是学生对傅向东的评价。

每次学生们去海南养殖基地，傅向东总是邀请学生们吃饭，喝椰子汁，偶尔下班后一起喝一杯或唱歌。他仔细捕捉了学生们的情绪变化。“学生们有一些平时不敢说的压力。这一次他们可以表达出来。”他笑了

正如要发表的论文数量少而精一样，傅向东的学生数量也少而精。到目前为止，他已经培训了20多名学生。他确保每个学生都能被注意到。在他朱红色的书桌的左边，放着九叠厚厚的签名文件，里面满是彩色编码的手稿，记录着他和学生们的每一次谈话。

令人惊讶的是，当他看到学生来申请考试时，他说的第一句话就是说服他们重新考虑。“我会告诉学生两件事。首先，实验室特别硬。其次，发送文章的速度非常慢。也许到我毕业的时候就没有文章了。”

他“先丑后丑”的目的是找到真正对研究感兴趣的学生。“这是他们一生中最美好的时光。如果他们把钱浪费在他们不感兴趣的事情上，他就不开心，而我就更不开心了。”傅向东说道。

"研究需要第一，不是第二，也不是我."这是傅向东经常对学生说的话。他要求学生多思考，少做无用的工作。

他将说服学生早点回家。“做科学研究需要更多的思考。学生需要思考更多，总结更多，少走弯路。”傅向东说，这也是他在英国学习多年学到的最有价值的东西之一。

至于交论文，他要求学生能够讲述一个完整的故事。“一个人能被记住的文章不多。最好做一些能被记住的事情。”傅向东说，不止一个学生因为报纸在他面前哭。

他认为这是科学研究的日常工作。与水稻DEP1基因功能研究的“运气”相比，傅向东仍在进行更多的“郁闷研究”。一些始于2005年的研究项目至今没有取得重大突破。学生们也很沮丧，但是他们控制不住，因为他觉得"一个人不应该轻易放弃"。

“只要你意识到了什么，就不要放弃。”他经常对他的学生说:“只有一个错误的步骤才会导致下一个步骤。如果从一开始就知道结果，那就是工程，而不是科学研究。”

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傅向东，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员，中国科学院大学教授，植物细胞与染色体工程国家重点实验室主任。2005年入选中国科学院“百人计划”，获得国家杰出青年科学基金。2016年被评为万人计划科技创新带头人，2017年获谭生命科学创新奖。近年来，在赤霉素信号转导和高产性状形成的遗传调控机制方面取得了一系列研究成果，为“少投入多产出”的高产高效作物分子设计育种奠定了理论基础，为农业可持续发展提供了新的育种策略。