杨青：在希望的田野上

孔瑶竹 赵亮

杨青经常跟学生们说：“生物就像演员一样，它在‘演戏’，你要‘破案’。但是不要畏难，因为生物也一直在用各种姿态、行动来告诉你线索，你要尽可能去掌握线索，思考和挖掘线索背后生物想要表达的是什么。”

杨青，农药毒理学专家，长期从事农药分子靶标学研究。中国农业科学院植物保护研究所/深圳农业基因组研究所博士生导师，中国农业科学院“绿色农药分子靶标设计”创新团队首席科学家。

杨青长期从事绿色农药分子靶标研究，针对病原菌、有害昆虫等均以几丁质作为结构成分的特点，运用结构生物学和化学生物学等方法系统研究这些生物的几丁质合成、降解以及组装的关键蛋白质因子，开发新的、人/畜安全的农药分子靶标以及农化产品。先后主持国家杰出青年基金、国家自然科学基金重点项目和国家重点研发计划项目课题等。发表SCI论文100余篇。

“就好比弄清了面条是怎么做出来的”

北京时间2022年9月21日，我国学者（杨青和龚勇作为共同通讯作者，陈威、曹鹏、刘元盛作为共同第一作者）在国际学术期刊《自然》（Nature）发表了揭示几丁质生物合成过程、阐明活性小分子尼克霉素抑制几丁质生物合成机制的研究长文，引起关注。

该研究首次从原子尺度揭示了由几丁质合成酶催化完成的一个多步骤的、定向的几丁质生物合成过程，有科学家评价这项工作是生物学领域的一项重大进展，是全球农药领域近年来最重要的基础研究进展之一，标志着中国农药研发水平提升到了基础理论原始创新的高度。

而在杨青看来，这项工作的意义在于，为针对几丁质合成过程的农药理性设计提供了明确方向。“一种药物要实现药效，就需要与一种生物大分子也就是功能蛋白质结合，进而去干预一个生命过程，那么就需要知道它具体是与哪种分子、在哪个环节作用，这就是我们常说的靶标。能够成为靶标的分子其实并不少，困难在于我们无法明确它的立体结构，就不能有针对性地设计药物去和它作用，从而实现调控。我们的研究对象几丁质，俗称甲壳素，是一种对多种生物的生存和繁殖都至关重要的天然生物高分子，是多种害虫合成外壳的必须物质，如果能够抑制它的合成，那么这些害虫就无法合成外壳，一些真菌就不能繁殖，更重要的是，这种物质在人体和绝大部分脊椎动物体内都不存在的，也就是说不会对脊椎动物产生不良影响，这就是我们认为以几丁质为靶标的研究能够发展绿色农药的原理。”杨青介绍。

从三叶虫到蝴蝶，从海葵到蜗牛，从酵母到念珠菌……早在5.3亿年前寒武纪生命大爆发时，几丁质就已经出现，并广泛存在于昆虫、真菌、节肢动物和软体动物等生物中——包括害虫、病原真菌和卵菌等——却不存在于植物和哺乳动物中。若能成功找到决定几丁质合成的关键“窍门”，就可能研发出破坏害虫等病原体生长发育的有效绿色农药。

人类一直没有破解它的合成奥秘，其中一个重要原因，就是缺乏准确的几丁质合成酶的三维结构信息。而杨青等科学家的研究，不仅明确了它的三维结构，还阐明了它的搭建过程。“就像一台做面条的机器，以前我们只看到那边面粉进去，这边面条出来，但是面粉投进去之后，面条出来之前，在机器里面发生了什么，我们把这个过程搞清楚了。”杨青连打比方都与粮食有关。

本次杨青团队及其合作者在《自然》杂志上发表的研究成果，研究对象正是一种在20世纪70年代已经被发现，但很长时间未被解密的绿色农药分子靶标——几丁质合成酶。

“靶标是一个很形象的说法，如果说农药是箭，农药的作用对象就是靶标。”杨青说。所有的农药必须和病虫害体内的生物大分子结合以后才能实现药效，该生物大分子就是农药分子靶标，生物大分子可以是在病虫害生长发育过程中不可或缺的蛋白质、酶、多肽和核酸等。

“捋顺科学逻辑，过程就像破案”

在弄清楚几丁质合成过程后，杨青团队还进一步探明了几丁质合成酶与活性小分子尼克霉素结合的模式，解释了尼克霉素抑制几丁质生物合成的机制。

“在了解几丁质合成机制后，我们就更容易了解到，一些可以抑制几丁质合成的活性小分子，究竟是在哪个环节、通过怎样的机制起作用的。”杨青说。

可以抑制几丁质合成的生物农药究竟有何前景？以该研究所选取的大豆疫霉菌为例，这是全球大豆生产中普遍的病害来源之一，是引起大豆根茎腐烂的主要病原体，每年造成超过10亿美元的经济损失。

“如果我们研发出相关的活性小分子农药，可以更有效地抑制类似大豆疫霉菌这样的病原体中几丁质的合成，这将有助于保障大豆、马铃薯等重要农作物品种的安全生产。”杨青说。

杨青团队的这一原创性研究为靶向几丁质合成的绿色农药开发提供了基础性、关键性信息，使得以几丁质合成酶为分子靶标精准开发新型绿色农药成为科学可行的方案，具有重要的理论和应用价值。在谈到自己从事这项研究过程中最激动的时刻时，杨青坦言：“克服一个个困难和挑战的高兴和兴奋，远比最后科研论文被接收的那一刻要更令人难忘。”

“做实验可能只能得到一些分散的数据，不会给你一个完整的‘故事’。”杨青表示，科研中最大的挑战是要思考这些分散的数据背后蕴含着怎样的“故事”，而这一“故事”指的就是科研工作者所追求的、逻辑严密的科学原理。

杨青举例说，比如，通过实验，得到了一个关于几丁质合成酶的原子水平的三维立体结构，这一结构并不能充分说明一个科学规律，只有通过进一步的观察和思考，将不同的实验数据串联起来，排列出“有序的出场顺序”，数据才能形成“故事”。

“我的工作就像导演一样，将类似‘分镜头’的数据组织串联起来，最终形成一个完整的‘故事’。”杨青表示，因为每一次实验获得的数据不一定和剛开始的设想完全一样，所以为了讲述这一“故事”，还原这一“现场”，就要不断调整、修正和设计其他实验来推进科研进程，这个一步步调整和推进的过程，是最具有挑战性的。

成绩的获得往往只是一瞬间，付出的过程却漫长又艰难，尤其是并不确定是否走在正确的方向上，这种焦虑可想而知。但杨青将这一过程中的每一次挑战都当作进步的机会，“我最大的快乐可能恰恰来源于焦虑。”她说。

突破点在什么地方？如何设计实验能少走弯路？实验数据背后有什么深层含义？

科研不单单需要动手去做实验，对杨青来说，思考是一种常态，“往往下班后仍要时刻保持思考的状态”。杨青经常跟学生们说：“生物就像演员一样，它在‘演戏’，你要‘破案’。但是不要畏难，因为生物也一直在用各种姿态、行动来告诉你线索，你要尽可能去掌握线索，思考和挖掘线索背后生物想要表达的是什么。”

几丁质合成酶研究过程本身也“不是那么顺利”——杨青曾尝试以昆虫、酵母中的几丁质合成酶为研究对象，结果最终都失败了，“对于几丁质合成酶的探究，就像是心中始终放不下的‘心病’，我不想放弃，我有信心攻克。”杨青说。

每当遇到困难时，杨青总会想起自己最初探究几丁质的兴趣来源——对蝉蜕的好奇——蝉蜕旧表皮的降解过程，需要几丁质降解酶的参与，而新表皮的合成过程，需要几丁质合成酶。

通过多年研究，杨青团队在几丁质降解酶方面已经有一些突破，但是几丁质合成酶的科研进展较为艰难。“一想到蝉蜕，就令我心中很快燃起进一步科研探究的兴致，失败的挫折感仿佛一下子消失了。”杨青笑着说，这大概就是大自然带给科研的灵感和力量。

在杨青的带领下，团队聚焦问题想办法，采用生物化学、分子生物学等技术手段进行实验，逐个突破了蛋白质制样、解析结构等一个个难题。尽管有的突破需要花几个星期、几个月的时间去摸索，有的则需要花上几年甚至更长的时间，但杨青总是保有一颗平常心，以一种理性而积极的态度看待科研过程中的“成败得失”，这种心态往往能够增加成功的机会，“失败并不会让我放弃，而是进一步促进我思考，激励我找到更好的解决办法。”杨青说。

当然，行走在科研的漫漫长路上，杨青也曾为没有思路而自我加压，也曾会为想一个问题整晚睡不着觉，也曾会半夜两三点突然想明白某个问题而立马去记录。这种“辗转反侧”不是怨天尤人，而是不断探寻新的思路——对于一个看似“不好”的数据，可能换个角度想，就变成了符合规律的“好”数据；对于一个暂时走不通的“死胡同”，可能转个弯，又“柳暗花明”了……杨青说，科研免不了要“试错”，最终必将走上“正途”。

“基础研究永远要走在前面”

粮食，自古至今都是关系国计民生和国家经济安全的重要战略物资，粮食安全与社会的和谐、政治的稳定、经济的持续发展都息息相关。完善粮食应急储备体系，确保粮食市场供应，最大限度地降低紧急状态时期的粮食安全风险，是我国粮食安全保障体系的重要组成部分。

端稳中国饭碗的关键技术，应该掌握在我们自己手中，这是我国农业科学家的共识。随着全球农业的绿色化和可持续化发展，对人畜和非靶标生物安全的新农药研发已成为该领域研究的必然趋势和制高点，而我国的绿色农药研究，已经崭露头角。

杨青常说，药物设计不能寄希望于去做一个短平快的东西，比如几丁质的研究，他们做了十五年才取得突破性进展。但是在基础研究领域，十五年并不是一个很长的时间尺度，并且在迈向产业化的进程中同样不是，“我相信肯定会有新的突破，但是什么时候突破，我们要有一个理性的判断”——五年，五十年，都是有可能的。

有研究认为，绿色农药的原始创新将每年为我国减少约1000亿元直接经济损失。可以预见，一旦条件成熟，绿色农药将是一片产值巨大的蓝海。“如果只是单纯设计一个新药，我们不一定需要那么多的原创，但我们希望在机理层面做到完全的原創。因为对这个领域的推进，我们关注的可能不是自己要获得多少，而是在理论贡献上，我们中国学者能占据多大的比例，这也是一种实力的展示。”杨青说。

“从基础研究到产业化还有很多偶然性，不能以经济实力或者其他一些标准去预测。如果说最终实现了产业化，我当然希望是由我实现的，但是基础研究永远不能以追求产业化和利益回报为目标”，杨青说。在她看来，随着各种新技术的产生和成熟，研究周期将大大缩短，这些都是积极的变化。不论怎样，“基础研究永远是走在最前面的，可能不会那么快看到产业化，也是离经济利益最远的，但是我们永远要去做。”

“农药不是武器，自然不可战胜”

目前，全球广泛使用的70%的杀虫剂品种只针对5个分子靶标，60%的杀菌剂只针对3个靶标。长期使用针对单一靶标的农药隐患巨大。而一个新的靶标出现，就可以催生出几十甚至上百种农药，能够极大缓解已有农药品种的抗药性问题。在杨青看来，作为农药领域科学家，不仅要更新靶标，还要帮助公众不断更新认识。

“今天我们对农药的观念早已经转变。我们要的，是一个生态调控的过程，而不是去战胜谁或者消灭谁。虫子是自然界的代表，人类是战胜不了自然的。”杨青说。

生态问题是从产生人类文明的那一刻起就已经发生的，杨青认为，“长久以来人类的食物主要依靠种植，人口越来越多，种植需求就越来越大，这就导致在一个很大的区域里面物种单一，这就是一种生态破坏。所以生态破坏是在农药出现以前就存在的，但是传统农药的问题在于，它应该是一种调控手段，而不应该成为一种武器。”

在杨青看来，“以人为本”本来就是科学工作的核心思想，生态与人的可持续发展息息相关，以长远的环境隐患为代价换取眼前的利益是不可取的，因此“两山”理论的提出，振奋人心，也恰逢其时。“曾经我们不得不面对的现实是，只能在粮食安全和生态保护中间选其一，但现在我们已经有能力去尝试用一种‘微调’手段，不积累毒性、不杀死鸟类、不破坏水源，同时还能保证一定的产量和供给，我觉得我们是可以做到的。”杨青说。

传统农药的使用不是一道简单的是非题。为了适应人口增长的需求，全球范围内曾大规模使用农药。这一定程度上破坏了生态系统，虽然暂时解决了已有的虫害问题，但也不断使以前未构成危害的虫害发生——农民最切身的体会就是：药越用越毒，虫越治越多。同时，农田被雨水冲刷，农药进入江河污染海洋；残留在土壤中的农药则通过渗透作用到达地层深处，污染地下水。《寂静的春天》展示了一个环境恶化，没有鸟、蜜蜂和蝴蝶的世界，描绘了一个死寂的春天，为全世界敲响警钟。

1972年，联合国在斯德哥尔摩召开了“人类环境大会”，并由各国签署了《人类环境宣言》；1983年，我国禁止把DDT作为农药；1992年，联合国发起《生物多样性保护公约》《气候变化框架条约》的签署，各国政府都积极开展环境保护……这些无不标志着人类对生态环境的重视与日俱增。

《寂静的春天》让人们从征服大自然的狂热中清醒过来，而后续科普的缺失却又使人们陷入对科技的恐惧。“我们的科普做得很不好。很多科普是无效的，甚至是错误的。”杨青说，“事实上，农药是不可或缺的，只不过是必须要进行改良和优化的。过去农药有问题不代表将来农药也有问题。这个更新的过程可能没有那么快，需要很多人共同去实现。”观念的变化和普及都需要时间，杨青坚信，科普也是科学家的责任之一。农药科普或许始于《寂静的春天》，但绝不能止于《寂静的春天》。

共同守护人才“生态”

“比我优秀的人很多”，杨青这样评价自己。但是她也认为，每个人只有在付出了足够努力的前提下，才能发挥天赋的决定作用，因此年轻人决不要因为天赋不如别人而感到失落和颓丧。

杨青培养学生，既不局限于天赋的筛选，也不局限于项目本身的进展，而是希望在更宏观的层面上去对学生进行引导。“科研不是一朝一夕的事情，是要你把全部的精力和热情投入进去的。这需要我们有足够的韧性跑向终点而不能半途而废，因此我从不觉得科研人员不需要休息，相反，我们必须要保证足够的休息，以便在最重要的事情上获得最高的效率”——杨青认为自己的天赋之一，就是懂得休息。

楊青常对学生说，创造性的思维不可能因为你一天到晚只考虑这一件事就能产生，有时候反而需要强迫自己跳脱出来，“一个项目你感觉没有头绪了，就需要把它完全抛开，跟它阻隔一下，去搞搞其他项目。我们会同时开展很多不同的项目，这些项目都是很有前景的，同时开展不仅不会让你陷入混乱，反而会利于你去切换思维，避免长时间陷入某一个问题中去，那么在科研中也就不容易感到挫败和焦虑，能够获得比较持久的力量。”

正是基于这种“长期主义”的科学规划，多年来，聚焦几丁质生物学研究，杨青团队在几丁质合成、降解和修饰等方面均具有丰厚的积累，在开发新的、人畜安全的农药分子靶标以及农化产品领域取得领先。

关注最新科研进展、和学生讨论课题、与同行进行学术交流、撰写科研论文……作为科研带头人，杨青不仅是亲力亲为的科研实践者，更是引导科研方向的组织者。为了给团队成员创造良好的科研环境，杨青会尽全力营造团结协作的科研氛围，提供前沿的课题想法、领先的科研技术，并进行悉心的指导和培养。

此外，杨青也关注到世界范围内都尚未解决的女性科学家“隐性天花板”的“生态”问题。“能够关注到女性科学家的生存状态，我觉得首先就是一个进步。但是由于生育造成的科研成熟时间要相对较晚也是事实，这使得女性要付出的努力也确实比男性要多。”杨青说，“从我自己的经历来说，科研和生活是不矛盾的，是能够平衡的，但我也了解许多其他女性科研人员的现实困难。我能做的，就是尽可能提供一个公平的平台——女性不需要额外的照顾和优待，能够做到公平对她们来说就足够了。”

尊重人才、关心人才、哺育人才、成就人才，是带团队、搞教学所必要的风气，也是出成果的重要保障。学科“小生态”日益丰富立体，国内科研“大环境”相比过去也整体向好，这些都使杨青对自己的“绿色中国梦”、对国家的科研未来充满信心。“我希望我的学生就像阳澄湖的螃蟹，不管你从哪儿来，到我们这里泡过之后，未来能够变得不一样。”杨青笑道。

2014年，杨青被评为国家杰出青年科学基金获得者，也在这一年，杨青与九三学社结缘。谈到加入九三学社的初心，杨青饱含深情地说：“作为九三学社社员，我感受到了一种强烈的归属感。”

2016年，加入九三学社不久的杨青就参加了九三学社中央实施的“九三学社杰出人才培养计划”，先后接受了中国科学院院士武维华、中国工程院院士丛斌的专业指导和帮助。

“在计划实施过程中，我有幸能够得到武院士和丛院士的指导和支持，他们一有机会就会参与我们团队科研项目的讨论，为我们的科研提供建设性的思路和建议，帮助学生在项目中发挥更大潜力。”杨青说，“我认为这一计划十分成功，我和学生们都从这一计划中获益匪浅。”

此外，杨青还经常参与九三学社社内组织的线上线下活动，与其他九三学社社员互动交流，相互学习、共同进步。“九三学社是一个大家庭，我很幸运是其中一员。”杨青说。

闯出一个“绿色”未来

农药可以有效防控农作物病虫害，在农业生产中发挥着至关重要的作用，但农药毒性和病虫害产生的抗药性使农药使用面临严峻挑战。加速研发安全、新作用机制的农药是有效解决途径，而提升农药研发水平的核心就在于有关农药分子靶标等基础理论原始创新的突破。

基于杨青团队关于几丁质合成酶这一原始创新研究，在可以预见的未来，一系列针对该分子靶标的绿色农药有望被进一步探索和创制。“目前的研究只是一个阶段性的成果，还有很多未知的科学问题，我们还在继续探索中。”说起绿色农药的创新，杨青的眼里闪着光。在她看来，农业相关领域的研究是“丰富而有趣”的，激发着她和科研团队“永远在路上”。

农业基础研究成果最终要服务于农作物保护和增产，服务于农民，服务于国家粮食安全大战略。中国是一个农药产能大国，但不是原创性大国。如何让农药更绿色、更安全，这是一个“卡脖子”的技术，但不是“卡脑子”的硬伤。“目前全世界的农药品种少，抗药性高。中国作为农业大国，这个问题是必须要解决的，这是农科人走在粮食安全这条大路上的历史使命。”

“我们可以通过精准设计的绿色农药，去抑制几丁质的合成，从而让害虫、真菌由于缺乏几丁质而死亡，这样一来，就能够有效解决病虫害抗药性问题，有效防控病虫害的暴发。这种从源头上保证安全性的方法，将真正实现绿色农业的目标。可以说在农药更绿色、更安全的基础研究上，我们已跨出了重要一步。”杨青表示，虽然还有很长的路要走，但在绿色农药研发的这片创新“蓝海”，必定大有可为。

2022年10月，杨青团队已着手成果转化应用上的布局，2023年春耕时节，在东北、新疆、安徽等地，杨青团队研发的创新绿色农药，开始了小范围的田间实验。杨青说，“我们将广泛地筛选所设计的小分子，确保它是安全高效的。科学是共通的，我们也会联合国内更多的科研院所，邀请全世界优秀的科学家，一起做好农业科技的应用推广。”

在农业科技强国的背景下，杨青相信，未来将会有更多的农业前沿技术研究成果从中国出发，走向世界。

从基础研究到产业化，当然还存在很多风险和偶然性。只不过面对未来，杨青保持着一贯的积极与理性：“我有信心有一天能制造出真正应用于农业生产、造福于人类的绿色农药，我将不断为此努力。”

结语

中国人自古就有对自然规律的不懈探索，和对自然法则的敬畏与感恩。

“既方既皂，既坚既好，不稂不莠。去其螟螣，及其蟊贼，无害我田稚。”刻画的，是农民去除虫害的辛劳农作。

“喓喓草虫，趯趯阜螽。”描绘的，则是夏夜虫鸣的生机盎然。

曾经《诗经》中所描绘的虫鸣螽跃、穰穰满家，就是今天杨青这样的中国农业科学家们刻在心底并为之奋斗的蓝图，更是不久的未来，将绘就在苍茫大地上的动人长卷。

（孔瑶竹为学苑出版社编辑，赵亮为《团结报》编辑）

责任编辑：林睿琪