他不是農(nóng)民，但他比一般農(nóng)民更了解農(nóng)業(yè);他不是農(nóng)民，但他比一般農(nóng)民對(duì)土地更有感情。他，就是合肥工業(yè)大學(xué)生物科學(xué)系主任曹樹(shù)青教授。從事農(nóng)業(yè)相關(guān)研究二十余年，談起土地，他有說(shuō)不完的話(huà)題。
  曹樹(shù)青出生于安徽青陽(yáng)縣的農(nóng)村，對(duì)土地的感情從小埋在心里。1985年，在報(bào)考大學(xué)的時(shí)候，他毅然選擇了農(nóng)學(xué)，工作六年之后，懷著對(duì)繼續(xù)深造的渴望，他考取了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生理學(xué)專(zhuān)業(yè)，以?xún)?yōu)異的成績(jī)完成了碩士和博士的課程。2001年，時(shí)已博士畢業(yè)的他，來(lái)到復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)專(zhuān)業(yè)做了兩年博士后研究。目前，在合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院擔(dān)任教授、博士生導(dǎo)師，同時(shí)任生物科學(xué)系主任。

合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院生物科學(xué)系主任曹樹(shù)青教授

  土壤重金屬污染導(dǎo)致土壤環(huán)境質(zhì)量惡化，嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和人類(lèi)的生存環(huán)境，已成為全球性環(huán)境問(wèn)題之一。近期，曹樹(shù)青教授課題組首次揭示了植物響應(yīng)重金屬鎘脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子調(diào)控機(jī)制，為土壤重金屬污染植物修復(fù)基因工程提供了新的技術(shù)途徑和基因資源。
  中毒的大地
  談及我國(guó)土地的現(xiàn)狀，曹樹(shù)青教授憂(yōu)心忡忡。他介紹道，我國(guó)24個(gè)省市有320個(gè)嚴(yán)重污染區(qū)，約548萬(wàn)公頃土壤已經(jīng)受到了污染。大田類(lèi)農(nóng)產(chǎn)品污染超標(biāo)面積占污染區(qū)農(nóng)田面積的20%，其中重金屬污染占80%。而實(shí)際上，90%的污染物最終都滯留在土壤內(nèi)。污染物又通過(guò)食物鏈轉(zhuǎn)移至植物和動(dòng)物，而最終進(jìn)入人體。
  土壤是各種污染物的最終“宿營(yíng)地”，90%的污染物最終都滯留在土壤內(nèi)。土壤環(huán)境的惡化會(huì)導(dǎo)致污染物通過(guò)食物鏈轉(zhuǎn)移至植物和動(dòng)物，而最終進(jìn)入人體，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)健康產(chǎn)生巨大危害。其中特別要注意的是，談及土壤污染，就不得不提及重金屬污染。土壤重金屬污染物是對(duì)土壤-植物-人類(lèi)系統(tǒng)危害較大的主要污染物類(lèi)型，具有多源性、隱蔽性、積蓄性、難以恢復(fù)性，被環(huán)境學(xué)界喻為“化學(xué)定時(shí)炸彈”，是近年來(lái)環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。而據(jù)全國(guó)首次土壤普查顯示，我國(guó)有近20%的耕地存在鎘、砷、汞、鉛、鎳、銅等重金屬超標(biāo)。農(nóng)業(yè)土壤中的重金屬不僅對(duì)農(nóng)田環(huán)境產(chǎn)生危害，而且可以通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，土壤表層中的重金屬也可通過(guò)揚(yáng)塵等渠道進(jìn)入人體，從而危害人體健康。土壤重金屬污染導(dǎo)致土壤環(huán)境質(zhì)量惡化，嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和人類(lèi)的生存環(huán)境，已成為全球性環(huán)境問(wèn)題之一。
  權(quán)衡利弊治污染
  農(nóng)田土壤重金屬污染已威脅到農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)和人體健康，治理迫在眉睫。據(jù)了解，造成土壤重金屬污染的原因很復(fù)雜，包括工業(yè)排放、化肥農(nóng)藥使用及地礦開(kāi)采等都可導(dǎo)致污染，目前通過(guò)物理和化學(xué)手段治理非常困難，也容易造成二次污染。采用某些物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)的土地很難再用于種植農(nóng)作物。我國(guó)耕地本身就很緊張的情況下，逐漸減少耕地的修復(fù)方式不太符合我國(guó)的國(guó)情，因此，我們應(yīng)盡可能地去恢復(fù)污染農(nóng)田的生產(chǎn)力。

曹樹(shù)青和他的團(tuán)隊(duì)

  植物修復(fù)是解決土壤重金屬污染的重要途徑之一，具有修復(fù)成本低、環(huán)境友好及對(duì)土壤破壞小、適于大面積推廣等優(yōu)點(diǎn)，已成為農(nóng)田重金屬污染土壤修復(fù)的優(yōu)選技術(shù)之一。曹樹(shù)青課題組經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)，超量積累植物對(duì)污染金屬元素具有極強(qiáng)的富集和積累能力，是植物吸取修復(fù)的首選資源，基因工程是獲得超量累積植物的新方法，然而，進(jìn)一步尋找和發(fā)掘耐受重金屬毒害且調(diào)控重金屬超量積累(或降低重金屬吸收)的關(guān)鍵基因并闡明其作用機(jī)理則成為植物修復(fù)基因工程獲得成功并從源頭上控制農(nóng)產(chǎn)品食品安全的關(guān)鍵點(diǎn)。以此為著力點(diǎn)，課題組通過(guò)正向和/或反向遺傳學(xué)途徑，篩選和克隆涉及植物重金屬超量積累(或降低重金屬吸收)的關(guān)鍵基因，并闡明了其作用機(jī)理。該研究不僅有助于揭示植物耐受重金屬毒害的分子機(jī)理，而且可為利用植物修復(fù)技術(shù)治理土壤中重金屬污染提供新的基因資源并為從源頭上控制農(nóng)產(chǎn)品食品安全提供新的技術(shù)途徑。
  鎘是生物毒性最強(qiáng)的重金屬之一，曹樹(shù)青課題組通過(guò)一種新型基因工程技術(shù)，首次發(fā)現(xiàn)使植物能將有毒物質(zhì)鎘吸收后“轉(zhuǎn)存隔離”的新機(jī)制，從而降低并解決了土壤中的鎘污染問(wèn)題。課題組利用正向遺傳學(xué)途徑篩選和鑒定了一個(gè)擬南芥耐鎘突變體xcd1-D，并克隆了其相應(yīng)的基因MAN3，該基因編碼一個(gè)1,4-糖苷水解酶。過(guò)量表達(dá)MAN3基因?qū)е骆k的耐受和積累，而MAN3基因功能缺失則該突變體表現(xiàn)出對(duì)鎘敏感。鎘脅迫誘導(dǎo)MAN3基因表達(dá)、增加甘露聚糖水解酶活性及甘露糖水平，從而激活谷胱甘肽依賴(lài)的植物螯合素合成途徑上的相關(guān)基因協(xié)調(diào)表達(dá)，進(jìn)而增加植物對(duì)鎘積累和耐受。
  如今，研究已經(jīng)初見(jiàn)成效。該成果發(fā)現(xiàn)了MAN3及其介導(dǎo)的甘露糖的新功能，首次揭示了植物響應(yīng)重金屬鎘脅迫過(guò)程中新的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，為土壤重金屬污染植物修復(fù)基因工程提供了新的技術(shù)途徑和基因資源。借助于模式植物擬南芥克隆耐受鎘毒害及調(diào)控鎘積累的關(guān)鍵基因，并將其運(yùn)用于重金屬污染土壤的植物修復(fù)，這無(wú)論在理論上還是實(shí)踐上都具有重要的意義和實(shí)踐價(jià)值。
  日前，這一原創(chuàng)性成果于2014年10月20日在國(guó)際植物學(xué)知名學(xué)術(shù)期刊《新植物學(xué)家》上在線(xiàn)發(fā)表，并獲得第十三屆全國(guó)農(nóng)業(yè)生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)，引起各大主流媒體廣泛關(guān)注和報(bào)道。
  植物修復(fù)技術(shù)是一條較適合我國(guó)國(guó)情的土壤修復(fù)途徑，雖說(shuō)還有一些方面存在不足，但一直都在不斷完善。曹樹(shù)青教授認(rèn)為，“鑒于“十二五”期間國(guó)家對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染的重視，植物修復(fù)一旦得到推廣，那么對(duì)于超富集植物的需求量將會(huì)越來(lái)越大，目前，我們正在進(jìn)一步深入挖掘植物響應(yīng)重金屬鎘信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子調(diào)控機(jī)制，并對(duì)植物響應(yīng)其他重金屬包括砷及鉛等的分子調(diào)控機(jī)制也在進(jìn)一步研究中，最終通過(guò)植物修復(fù)基因工程來(lái)技術(shù)獲得超富集植物并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化利用。”目前，他正帶領(lǐng)課題組進(jìn)一步研究針對(duì)砷、鉛等其他重金屬的植物修復(fù)機(jī)制，并致力于產(chǎn)業(yè)化探索。 
  農(nóng)業(yè)技術(shù)助力糧食安全
  抗逆是植物對(duì)不良的特殊環(huán)境的適應(yīng)性和抵抗力，我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，提高植物的抗逆性，提高農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)具有十分重要的意義。糧食始終是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安危的重要問(wèn)題，如何增強(qiáng)作物品種的抗逆性是目前我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。利用轉(zhuǎn)基因育種提高作物的耐寒和抗旱能力無(wú)疑具有重要的理論與經(jīng)濟(jì)意義。 

曹樹(shù)青

  市場(chǎng)有需求，研究有積淀，曹樹(shù)青帶領(lǐng)課題組開(kāi)展了“植物抗逆分子生物學(xué)”研究，即利用轉(zhuǎn)基因育種等技術(shù)增強(qiáng)作物品種的抗逆性，提升植物對(duì)抗不良環(huán)境的能力。他們以模式植物擬南芥為材料，通過(guò)正向和/或反向遺傳學(xué)途徑，利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)和基因工程手段，篩選和克隆抗逆關(guān)鍵基因，闡明其功能，并用于作物抗逆分子遺傳改良。
  目前，該項(xiàng)研究已獲得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新基因。不僅對(duì)于揭示植物抗逆分子機(jī)理具有重要的理論意義，而且為作物抗逆遺傳改良提供了新的基因資源。
  一路耕耘，一路芬芳。曹樹(shù)青教授已先后主持國(guó)家級(jí)和省部級(jí)以及企業(yè)委托等課題20余項(xiàng)，指導(dǎo)國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng)和校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目7項(xiàng)，主持校級(jí)精品課程及研究生教改項(xiàng)目各1項(xiàng)，參與省部級(jí)教改項(xiàng)目3項(xiàng)。先后在國(guó)內(nèi)外權(quán)威和核心刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，其中在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI收錄的論文30余篇。獲授權(quán)(或申請(qǐng))國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利14項(xiàng)。參與撰寫(xiě)973專(zhuān)著1部。
  從工作后研究肥料到研究光合作用再到轉(zhuǎn)向基因研究，曹樹(shù)青的研究方向雖然發(fā)生了巨大的變化，但是追求黑土地“綠富美”的信念卻從未改變。
  看著自己治理過(guò)的土壤條件日漸健康，長(zhǎng)出的蔬菜和水果越來(lái)越有老一輩人當(dāng)年吃過(guò)的味道，農(nóng)戶(hù)臉上的笑容越來(lái)越多，曹樹(shù)青感覺(jué)特別有成就感，他的“綠色農(nóng)業(yè)夢(mèng)”正一步步變成現(xiàn)實(shí)。他說(shuō)，“土地是我最大的靈感。我從農(nóng)民中來(lái)，還要到農(nóng)民中去。自己要做中醫(yī)，從根本上恢復(fù)農(nóng)業(yè)原有的生命狀態(tài)，解決食品安全問(wèn)題�！�