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实验室的故事｜在“高级别”温室里，上海科学家“重演”了远古时代“植物王朝”的更迭

来源：花匠小妙招时间：2025-04-29 06:25

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图说：晁代印研究员在人工气候室查看植物生长情况新民晚报记者陶磊摄（下同）

　　“来尝尝这个！”从培养箱中摘下一株草，晁代印研究员“神秘”地示意记者。

　　“哇，好咸！”像是冰草般嫩嫩的口感，却一嘴盐味。

　　答案揭晓。小草名唤盐角草，是极少能在比海水盐浓度还高的土壤存活的植物。

　　在位于枫林路上的中国科学院分子植物科学卓越创新中心里，盐角草和千千万万株植物，都舒服地“住在”人工气候室里，是科学家们研究植物奥秘的核心场所。

更“高级别”的温室

　　温室里的植物长得好，还是大田里的更茂盛？

　　走进中国科学院分子植物科学卓越创新中心的人工气候室，水稻、拟南芥、玉米、小麦、棉花、大豆、木薯……郁郁葱葱，绿油油的一片，看着喜人。让人自然而然地认为，“温室的花朵”环境好、呵护足，自然要比风吹雨打的户外环境更适合生长。

　　非也！中国科学院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究员说，相比温室，大田里的水稻结的种子要更多！

图说：人工气候室的弧顶自控玻璃温室

　　那为什么，科学家们还需要人工气候这种“高级温室”呢？

　　“大田的环境是多变的，最寻常的晴雨都是老天决定。可对科研来说，控制变量是实验结果真实、可重复的必要条件。”晁代印解释，再者，户外一到冬季，很多实验没法继续展开；况且大田往往在郊区，对宝贵的科研进程来说，通勤路程有点过于“奢侈”了。

　　大棚、温室、人工气候室，傻傻分不清，有何区别？晁代印回答，大棚算是最简易的温室，主要在气温较低时满足植物正常生长；至于控制光照、温度、湿度以及各种气体浓度的精准控制，大棚则无法做到。与大棚和普通温室相比，人工气候室则是“高级温室”。晁代印给了个比方：大排档和高档餐厅，“中心的人工气候室有四层，由人工光照低温库、密闭气体培养间、人工光照培养间、自然光照培养间和弧顶自控玻璃温室等组成，为科研提供了系统的特殊受控环境实验平台。”

　　据介绍，人工气候室的温度能从-20℃设置到38℃，控制的精度在1℃之内；湿度可以保持在湿度40%-90%。

　　跟随科研人员的脚步，记者走进二层一间人工光照培养间，架子上种满了盐角草。看了下温度计，培养间的温度为22℃；头顶的LED灯也非简单照明，而是精准地模拟了太阳光谱。不难看出，这儿的“变量”只有土壤的盐度和盐角草的类型了。晁代印介绍，找到最适合盐角草类型和它的生长环境后，就可以用来调节土质，还可从中提炼生物盐；对爱美的姑娘而言，盐角草为原料的面膜还能改善肌肤年龄呢！

图说：晁代印在实验室查看盐角草生长情况

“重演”古生代植物变迁

　　你能想象得到吗？就是在这样的人工气候室里，科学家通过分子生物学的研究和环境模拟，找到了古生代末期植物变迁的秘密！

　　对远古生物感兴趣的大小朋友或许知道，最早的种子植物出现在3.6亿年前的泥盆纪，然而直到数千万年之后的石炭纪末期才开始崛起，并逐渐在二叠纪末期取代蕨类植物成为地球的霸主。这一事件是古生代结束、中生代开始的标志。可是，蕨类植物为什么在古生代晚期走向衰落，种子植物为什么会在古生代晚期开始崛起呢？

　　晁代印研究组选择的是拟南芥——植物界里的“小白鼠”。可是，拟南芥不是种子植物吗？如何“重演”蕨类植物的“大势已去”呢？

　　众所周知，根系是植物吸收和运输水分及矿质营养的关键器官，而植物根的结构和功能不断在进化。其中，晁代印研究组通过分子生物学和进化生物学发现，植物根部的一种内皮肤---木栓质片层仅仅存在于种子植物中，也就是说这种结构是种子植物的共同祖先在与蕨类植物“分道扬镳”后才进化出来的。在人工气候室中，科学家们发现，其他条件相同时，缺失了木栓质的拟南芥——相当于古生代的蕨类植物，水分运输效率剧烈下降，且对于干旱更为敏感。与此结果一致的是，地质学家早就发现种子植物崛起、蕨类植物衰落的古生代末期，正是地球从湿润转入干旱的时期。

　　“在石炭纪晚期开始的干旱气候下，进化出了木栓质片层的种子植物具备了更高效的水分运输效率，具有了更强的干旱适应能力。”晁代印表示。

　　肯定有人好奇，这样的研究成果，对如今植物，尤其是农作物的发展，有什么意义呢？科学家回答说，木栓质片层在植物应对干旱等逆境胁迫中发挥了重要作用，对提高植物的抗旱性、解析植物耐盐耐旱机制，甚至研发抗旱新品种都有参考价值。

　　记者了解到，自2013年回国加盟中国科学院分子植物科学卓越创新中心后，晁代印研究组便“锚定”了植物离子组与环境适应性方面的研究。“可以理解成两个相互关联的两个方向。我们一方面的研究兴趣在于，植物怎么从土壤里获取营养，离子在植物体内又如何平衡。”他解释，“其二，在剧烈的环境变化下，植物如何生存以及怎样进化。这两方面其实是密切相关的。”

图说：晁代印在查看实验室培育的研究基因功能的水稻

用热爱超越枯燥

　　研究植物的科学家，办公室也是绿意盎然。外人初访，自觉新奇，可成天面对这无法开口的植物，会生出倦怠吗？

　　“怎么会？！”晁代印咧开嘴笑了，“如果你爱科研，你会发现这是一件很幸福的事儿。”在他看来，科研便是破解自然的谜语，自然会给你线索，解谜的过程就像是“破案”。

　　“每天做重复的事情，当然会产生枯燥感。”他也不否认，但当“对它的热爱超越了枯燥”，于是就有了动力往前走。

　　“想想看，当天地之间没有人比你更早知道‘谜底’，多自豪。”晁代印说。

　　一个多月前，一只长出了“白色蘑菇”的苹果火了，网友戏称为“果菌王”，还被中国科学院昆明植物研究所的研究组“在线求购”。晁代印笑着说，像这样“有意栽花花不发，无心插柳柳成荫”这句话，在研究植物的科研机构里，实在是太贴切了。

　　“有的研究生，一个没看住，蚜虫在培养拟南芥的人工气候室里泛滥，结果前功尽弃。可专门养蚜虫的，反而没有成功。”晁代印举例道。

图说：晁代印为拟南芥修剪叶子

　　还有的研究生，在人工气候室里养了上下两排拟南芥，研究缺磷的影响。某天突然发现，上层培养基的拟南芥长得比下层的短。研究生问了旁人，都说以前都这样，是“正常现象”，可学生还是跑来晁老师这边求解。“会不会是光照原因呢？可上面光照条件好，不该长得更好吗？”晁代印说让假想先停一下，让事实多飞一会。从侧面打光，让上下层受光均匀——嘿，上下层长得一样了；那和磷的含量高低有关系吗，再做实验，发现只有低磷条件才会出现这样的现象……

　　后续，通过一系列实验证明，是光和磷共同调控，是地上部分和根系上下协同的结果——这同样是个“无心插柳”的故事。

　　“很多看似非常‘奇怪’的表现，都是一个很小因子的改变。找到这个因子，‘绊脚石’可能就变‘垫脚石’了。”晁代印表示。

　　记者还了解到，晁代印研究组正与古生物、化学、物理等领域“跨界”交叉，人工气候室未来还将带来更多惊喜。

　　新民晚报记者郜阳

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