数载科研图报国——记深圳大学生命与海洋科学学院特聘教授蒋中浩

倪海波

蒋中浩在观察植物

“民以食为天”，充足的粮食不仅是百姓生活所必需的条件，也是国家保持稳定发展的必备因素，如果社会经济是一台不断向前运转的机器，那么粮食就是这台机器在运转过程中所需要的基本能源。

然而，随着全球经济的高速发展，人类日益加剧的活动使得地球环境遭受了极其严重的污染，并且对全球气候变化造成了重大影响，同时也加剧了全球化的土壤盐渍化程度，使得大量的农作物生长面临威胁，以至于最终导致农作物减产，甚至生态植被退化的现象。数据表明，高盐胁迫影响全球约7%的土地，特别是农业用地。约30%的灌溉作物受到高盐胁迫，这极大地危及我国粮食和生态安全，成为制约我国经济、社会进一步发展的瓶颈。

多年来，深圳大学生命与海洋科学学院教授蒋中浩坚持致力于认识和揭示植物如何感知及应对外界盐胁迫的原理，深入研究植物抵抗盐胁迫并发现其抵抗机制。他说，如今，该研究方向不仅是国际植物学研究的前沿领域，同时也是保障我国国际竞争力的关键科学领域，对国家的稳定发展具有极其重要的战略意义。因此，无论在科研过程中经历多少困难挑战，他都不会放弃对这一领域的研究。

勇攀高峰

全球气候变暖、臭氧层耗竭、酸雨、水资源条件恶化……在全球生态环境急剧变化的情况下，植物必须借助复杂的信号通路不断做出相应的调整以适应环境变化。然而，植物是如何感受外界刺激的？在遭受外界刺激之后，植物又是如何对自身做出相应调整以适应环境变化的？长期以来，这一直是学术界难以攻克的难点，也是蒋中浩刻苦钻研想要探索的奥秘。

但即使在该领域苦研多年，拥有丰富的研究经验，蒋中浩也不得不坦承，这条研究道路并不容易。

这一点，从他关于植物钙信号的研究中便可见一斑。在真核生物的信号转导中，外界环境的变化会被受体和钙离子通道感知，传递钙离子通过质膜进入细胞或释放细胞内存储的钙离子，形成特定的钙信号。当植物遭遇盐胁迫时，外界的钙离子便会通过迄今仍然未被发现的钙离子通道进入细胞产生钙信号。这种钙信号导致植物根系细胞对盐胁迫的适应，以及随后形成钙离子波，长距离传播并介导整个植株的适应反应。

然而，目前对于植物如何响应高盐胁迫有关的离子运输、信号传导，以及代谢途径被广泛研究，但关于植物如何感受外界盐胁迫，即植物如何将外界盐胁迫信号转化为内部生物信号这一基本生命过程的研究却相对匮乏。

对植物感受外界盐胁迫具体反应机制认知的缺乏，必然导致在环境急剧变化的当下，人类不能有效地利用该机制研发相应措施，保障农作物等植物的健康生长。围绕这一重要问题，多年来，蒋中浩通过结合突变体筛选、钙信号成像实验、离子特异性检测、细胞表面电势分析、脂质组学研究等多种科研方法，开展了一系列原创性工作。经过长期的潜心苦研之后，终于在2019年，蒋中浩在该领域取得了突破性成果。

一直以来，氯化钠是引起植物盐胁迫的主要原因。其离子毒性体现在细胞内高浓度钠离子与其他离子竞争参与生物反应，而其通过扰乱离子平衡产生渗透胁迫从而对细胞功能具有负面影响。盐感知是盐出现后的起始事件，出现极快，而细胞质钙浓度增加又是可检测的最早感受盐环境胁迫的信号，它的发生远远早于盐胁迫诱导基因表达。在研究中，蒋中浩通过钙成像技术，结合离子浓度的等渗分析研究，构建了盐诱导细胞质钙浓度增加的检测方法，首次通过钙信号解决了植物是否能够区分离子胁迫和渗透胁迫的重要科学问题，为研究植物如何感受高盐胁迫奠定了基础。

除此之外，蒋中浩还运用钙成像技术筛选并研究植物盐离子感受突变体。与传统的遗传筛选需要达到稳定期不同，盐诱导下发生的细胞质钙浓度增加事件仅持续约50秒，而诱导后短时间发生的事件又是评定表型的重要指标。因此，利用盐诱导细胞质钙浓度增加的遗传分割方法是最有可能发现植物盐环境感受分子机制的研究手段。蒋中浩通过捕捉盐诱导下细胞质中瞬时增加的钙浓度，利用正向遗传学筛选，获得了一些细胞质钙浓度增加缺陷型突变体。通过分析这些突变体的钙信号，蒋中浩发现植物对外界盐胁迫下不同价态阳离子的感受机制可能不同；另外，当植物根尖感受盐胁迫时，会通过细胞质膜上的盐感受器向植物上部传递钙信号波；除此之外，SOS信号途径，即拟南芥高盐环境下离子平衡与信号传导体系，依赖于上游盐环境感受器所产生的细胞内钙信号。

不只如此，蒋中浩还通过遗传筛选获得的一些高盐胁迫下离子特异性诱导细胞质钙浓度增加缺陷型突变体，鉴定到具有紧密相关性的一系列基因MOCAs。其中MOCA1可以将GlcA转移到IPC，形成细胞质膜外侧的鞘脂——GIPC。GIPC可以感受到细胞外阳离子的变化，引起细胞外表面电势变化，从而激活细胞质膜上的钙离子通道，导致胞内钙离子浓度增加，进一步调节细胞生理生化活动以适应盐胁迫环境。蒋中浩通过研究证明GIPC可以与钠离子结合并参与盐诱导的早期信号事件，以及持续地影响植物生长和发育。同时他还发现MOCA1形成的GIPC在植物中是作为离子感受器来行使功能的，而与动物的盐感受离子通道不同，这种植物特异性的GIPC鞘脂是第一个被发现的非离子通道型盐感受器。“这说明植物在进化过程中，对应对外界环境中水分和离子变化有着独特的方法。”蒋中浩说道。而他的这项研究也为研究植物感受盐胁迫机制开辟了一条新道路。

一系列的成果对研究植物抗性生理，植物的环境感受机制，以及植物脂质功能起到了积极推动作用，给学术界的发展带来了新的推力。该成果还被国际著名学术杂志Nature作为封面推荐文章发表。文章甫一发表，便受到了学术界广泛的关注，被多位世界知名科学家推荐至著名学术论文数据库Faculty Opinions收录。

不仅如此，由于植物的盐感受机制对阐明盐环境适应性性状的分子调控基础，以及阐析农业生物生长发育的可塑性和对盐胁迫的应答机制具有重要意义，同时也对培育精准抗盐的农作物有极其广泛的应用前景，该成果引起了国家科技部领导高度关注。王志刚部长和徐南平副部长对该研究项目管理及后续研究给予专门批示，并派蒋丹平副司长及相关专家组成的调研组来与项目研究团队进行考察交流。对此，蒋中浩颇为欣慰地说道：“多年的艰辛研究终究没有白费，只要能够对我国科技特别是农业科技的发展有所帮助，我就心满意足了。”

追寻科研的价值

通过对植物如何感受盐胁迫的研究，促进农作物等植物的健康生长，为保障国家粮食安全做出自己的贡献，是蒋中浩一直以来的研究追求。但如果拨动时钟，将时间推到20多年前，就会发现，彼时的他内心虽亦有为社会服务之志，但尚没有如今这般明确和成熟，推动他在这条路上走下去的更多只是对植物研究的浓厚兴趣。

彼时，蒋中浩刚刚考入兰州大学生命科学学院攻读本科学位。大一时，他走进兰州大学刚刚建成的实验楼，接触并学习与植物相关的实验，这一接触，蒋中浩的眼睛就从植物上挪不开了。看似简单的植物，它的内部竟然有这么多的奥秘可以探索。实验做着做着，不光眼睛挪不开了，蒋中浩的心也被吸引住了。

到了研究生时期，蒋中浩受教于时任兰州大学生命科学学院院长安黎哲教授。安教授本着鼓励学生自由探索的教学理念，培养学生独立分析问题的能力，同时给学生足够的空间将自己的想法转化为实践。这样启发式的教育方式，使得蒋中浩对植物内部的探索欲望不断加深，他说，自己后来很多关于植物的原创性研究，最初的想法和思路就是从那时候开始的。

后来，带着对植物研究的热爱和希望在这条研究之路上走得更远的想法，蒋中浩申请作为联合培养博士生远赴美国杜克大学裴真明教授的实验室求学。年轻且骄傲的学子，为了能够在自己喜欢的领域钻研得更深，他几乎每天从早到晚投入自己的实验之中。“那时候好像没有什么别的事情可以让人分心，除了做实验就是做实验。”蒋中浩回忆道。在那段时间，蒋中浩在裴真明教授的指导下开始进行植物如何感受盐胁迫这一长期悬而未决的研究课题。同时，在研究过程中，蒋中浩也逐渐了解了研究植物关于盐胁迫的感应机制对农作物成长的重要性。他想通过自己的研究，为祖国的农业发展贡献自己的力量。

2013年获得博士学位后，蒋中浩先后前往杭州师范大学植物环境感受中心及深圳大学从事相关研究工作，中间还曾回到杜克大学担任研究科学家。

研究上的劳累蒋中浩并不在意，生活上的难题也慢慢会解决，真正让蒋中浩感受到研究艰难的是对于前景的未知。关于植物如何感受非生物胁迫，特别是植物如何感知外界盐胁迫的问题属于基础研究的前沿领域，没有太多前人的经验可供借鉴、很难在短时间内获得成果是该领域的研究特点。在研究的前五六年，蒋中浩一直没有发表任何具有代表性的成果，那时候的他如同在迷雾中行走，心里不是没有焦虑，却始终看不到出口。“成果也不是不能发，只是想发一个更具有突破性的，但很多人并不能理解。”蒋中浩苦笑着回忆那段备受煎熬的时期。谈起那段经历，蒋中浩特别感谢自己的父母和妻子，每次当实验不顺利的时候，他们都会鼓励他说：“再坚持一下。”

直到2019年，蒋中浩终于拨开了迷雾，鉴定出植物对于盐胁迫的感受器并阐明了其分子机制，在自己喜欢的领域做出了极具突破性的建树。谈及此，蒋中浩感慨道：“事实证明，无论过程有多难，对于自己一直从事的事业，只要咬紧牙关坚持住，总会有取得突破的那一天。”

任重而道远

和实验室成员参加学术会议

20多年的钻研路程走过，如今蒋中浩已经从一个初入植物环境感受研究专业的新人，成为在该领域做出重大贡献的科研工作者。尽管已经在植物的感受机制方面取得了突破性进展，但蒋中浩很清楚，在气候环境并没有明显好转的今天，关于植物应对盐胁迫的研究还有很长的道路要走。

在之前的研究中，蒋中浩已经在植物感受环境研究领域鉴定了植物盐的感受器，但植物细胞质膜上可能存在的钙离子通道仍未被鉴定，而这正是植物环境感受中最为关键的问题之一。此外，植物从最初感受盐胁迫到如何产生特异性钙信号的网络机制仍然还须深入研究。因此，蒋中浩今后将会在过往研究成果的基础上，继续开展“植物感知和应答盐胁迫的分子调控网络”的研究，以盐胁迫下拟南芥的钙信号作为研究对象，系统性构建植物从盐环境感知到盐胁迫响应的分子调控网络。

在下一步的研究中，他将会运用可以捕捉瞬时钙信号的钙成像系统，利用稳定表达水母荧光蛋白的拟南芥突变体种子库为对象，以测定植物细胞内钙离子浓度变化为切入点，筛选盐胁迫无感受的突变体，从而获得编码拟南芥盐胁迫感受器和钙离子通道及其相关调控组分的基因信息。

另外，蒋中浩还将利用钙成像系统，进一步阐明钙信号在植物盐胁迫感受响应机制中的先导作用，通过发现感受器相关基因及钙离子通道，揭示植物将盐胁迫因子转变为生物信号的分子机理，系统解答植物如何感受盐胁迫这一关键问题。“要做这些依然很难，但必须继续做下去。”蒋中浩严肃道。

关于未来的研究方向，蒋中浩规划得很清楚，目前团队成员的研究工作主要还是对他之前做出的突变体进行分析研究，各自专注于不同的突变体研究上。“等大家在各自的研究工作上做出相应的成果后，我们便会众丝缠成线，由点到面地对该领域进行系统性的研究。”蒋中浩总结道。同时，他很清楚，以后的研究道路上还会遇到无数的难题和挫折，有些他现在可以预料得到，有些是目前看不见的，“但无论是为了自己心中对探索的热爱，还是为了给国家的发展贡献力量，我都会以坚持不殆的信念继续走下去。”蒋中浩说道。