清代天文学家李锐......
2022年北京“最美科技工作者” | 高利：守护麦田生物安全
来源：互联网
2024-11-12 00:13:30 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
在北京市委宣传部、北京市科协等部门组织的遴选活动中，清华大学教授、中国工程院院士江亿等10名同志当选2022年北京“最美科技工作者”，并将作为2022年全国“最美科技工作者”候选人向中国科协推荐。让我们一起来了解最美科技工作者的感人事迹，体悟他们身上的“爱国、创新、求实、奉献、协作、育人”科学家精神。
她是国门生物安全的保卫者，她是粮食安全生产的守护人，她还是亲力亲为的授业者，她就是中国农业科学院植物保护研究所研究员高利。
撰文/记者 李晶 图文编辑/陈永杰
新媒体编辑/吕冰心
她是国门生物安全的保卫者，使用快速检测方法将一类检疫性病害的鉴别时间从40天缩短到几小时；她是粮食安全生产的守护人，用简便的试纸条帮助地方植保工作者和农民辨清小麦病害，让农业安全生产更有底气；她还是亲力亲为的授业者，因材施教，培养每一位学生成为独当一面的人才，她就是由北京市委宣传部、北京市科协等部门组织遴选出的2022年北京“最美科技工作者”，中国农业科学院植物保护研究所研究员、国家农业生物安全科学中心高危病原研究室主任高利。
小麦的守护者
2007年博士毕业后，高利就与小麦病害打起了交道。最初几年研究方向是小麦锈病的简单快速检测，后来又专注到小麦矮腥黑穗病的相关研究中。与小麦病害十几年如一日的的交锋中，高利带领团队研发出了更快捷简便的病原菌检测方法，也为持续防治病害储备了各种技术和资源。
“小麦锈病有‘三兄弟’——条锈病、秆锈病和叶锈病”，一提起小麦病害，高利就打开了话匣子。常年为海关、地方植保工作者和农民提供检测服务的她，总能用平实的话语把小麦病害的特征、危害以及检测过程等专业领域的事儿讲的“接地气”，让非专业的人也能听的明明白白。
▲高利（左一）在麦田采取土壤样品，用于检测土壤中的病原物（供图/高利）
小麦三种锈病（条锈、叶锈和秆锈）发病的初期阶段，田间症状非常相似，肉眼很难分辨清楚。但是三种锈病防治措施各不相同，如果发生误判，防治失败会直接造成农业生产的较大损失。
为了撕下锈病的“伪装”，高利带领团队研发出了特异性单克隆抗体，与三种锈病的病原菌孢子结合后，在荧光显微镜下就可以根据颜色的差异将三种病原菌孢子快速、准确的区别。条锈的病孢子呈现绿色椭圆形，叶锈菌孢子呈现黄色椭圆形，而黄绿相间且类似长柱形的就是秆锈菌孢子。依据这些差异，即使没有任何病理学知识的检测人员再也无需纠结，只一眼就正确分辨出三种不同的病原菌。
专注于小麦锈病的头四年中，高利共研发出三种准确、快速早期诊断小麦锈菌的技术。后来，在锈病检测的基础上，小麦其他病害的快速检测也进入了高利的研究范畴，这一次的对手比锈病更加狡猾。
“围剿”狡猾的病原菌
小麦矮腥黑穗病，是麦类黑穗病中危害最大、极难防治的检疫性病害之一，包括我国在内的全球40多个国家将其列为重要检疫性的病害对象。那么，小麦黑穗病到底有怎样的危害呢？
“在被病原菌感染的农田里，大型机械设备收割小麦时，会腾起一团团的黑云”，高利讲述着境外小麦黑穗病病源区的收割场景。小麦主要作物价值在于麦穗，当麦穗被病原菌感染后，会减产75%以上，甚至颗粒无收。
▲高利（中）在国际玉米小麦改良中心（墨西哥）的试验田调查小麦病害（供图/高利）
为解决国内粮源紧缺的问题，近几十年我国小麦贸易进口国逐渐扩大，其中也包括了一些小麦病疫区国家。1973年我国就从进口的小麦种检出了大量的小麦矮腥黑穗病菌。此后，在《中华人民共和国进境植物检疫性有害生物名录》明确规定，小麦病原真菌矮腥黑穗病菌是入境重点检测对象。目前，我国对美国疫区小麦进口的标准为每50克样品不超过3万个真菌孢子的小麦矮腥黑穗病（TCK）小麦。
我国目前尚未发生过小麦矮腥黑穗病疫情，但也有一些高危区域，且试验证明从口岸进口小麦检验时截获的病瘿和碎块是具有萌发和侵染活性的，因而防治该病害的重点在于准确检出进口的小麦是否带有这种病原菌。
为了阻断小麦矮腥黑穗病菌传入我国，高利毅然选择与小麦矮腥黑穗病交锋到底。
辨清病原菌“三胞胎”
小麦黑穗病也有“三兄弟”，分别是小麦矮腥黑穗病、小麦网腥黑穗病和小麦光腥黑穗病，后两者也统称小麦普通腥黑穗病。
“这三兄弟太过相似，很难分清楚，以前的检测方法即便有检测经验的人也经常会错判和误判。”高利介绍说，由于三种黑穗病原菌冬孢子形状的检测指标有很大程度的重合，经验丰富的人也可能发生误判。而且，最可靠的检测方法是冬孢子的萌发实验，小麦矮腥黑穗病菌在5摄氏度环境下40天左右才能萌发，而其他两种病原菌冬孢子则在15摄氏度条件下两周左右可萌发，另外，小麦矮腥黑穗病及小麦网腥黑穗病的表面有类似足球状的小格子，而小麦光腥黑穗病冬孢子表面光滑。根据病原菌冬孢子不同的萌发条件以及表面是否光滑，可以准确判断出三种病害，但实验需要等待40天左右，对于通关效率有很大影响。
小麦矮腥黑穗病尤其受到国际关注，不仅是因其可导致小麦大量减产甚至绝收，还因其病原菌的冬孢子可“潜伏”在土壤里存活十年以上，一旦环境契合，仍会继续侵染新一茬的小麦。
只有做好植物病害的检疫，才能筑牢国门生物安全防线。于是，高利带领团队就小麦矮腥黑穗病检测监测、侵染机制、防控体系开展了系统研究。
刚接触这个病原菌检测的时候，由于研究小麦矮腥黑穗病的人少、文献少，研究基础薄弱、研究样品有限等状况，高利萌生了很强的挫败感。
▲高利在实验室（供图/高利）
为了打破困局，高利团队从查阅文献入手，收集了关于小麦矮腥黑穗病病原菌的各种检测方法。有些基因序列具有鉴定的特异性，例如ITS等等，它们是病原菌自带的“芯片”，通常可以通过ITS序列比对到病原菌的类型，但矮腥与两个“兄弟”病原菌有着同样的ITS基因序列，即“芯片”相同。
如何才能实现更快捷的检测呢？高利带领团队投入到特异基因的筛选工作中。他们依靠人工筛选出特异基因序列，这些序列不是通常用来区分病原菌的“芯片”，因此工作量非常大。幸运的是，团队筛选到了三种病原菌各自特异的基因序列，实现了三种病原菌不同于其他病原菌的，自身独特的“芯片”检测。
“通过设计特异性引物就能对该病菌的特异性序列进行扩增，从而快速分辨出三种腥黑穗病原菌，两三个小时就能出结果。”在此之上，他们又研发出了快速检测矮腥黑穗病的试剂盒、试纸条，即使没有实验室的复杂仪器，在田间地头也可以通过颜色的差异区分出小麦矮腥黑穗病的病原菌。高利团队针对这个病害，已开发了近十种检测方法，很多检测方法都是是世界上首次报道，小麦三种腥黑穗病的快速检测再也不是难题了。
此后，高利团队的研究又发现病菌冬孢子不仅只存在于麦穗中，也会留存在麦秆、叶片和根部等组织中。她第一时间将这一发现汇报给政府决策部门，提示针对小麦腥黑穗病，绝不能无处理的进行秸秆还田，以免病菌孢子“潜伏”在地下，增加病原菌在土壤中的积累， 这种病原菌存活时间长，病菌积累到一定程度遇上合适的环境条件就会爆发，从而导致损失惨重甚至整片麦田绝产。
截至目前，在腥黑穗病的侵染机制上，高利团队解析了被病菌侵染后小麦花药和子房异常发育的机制；在防控技术上，储备了可供应急使用的化学药剂、防控方法、用于生物防治的菌株和防控体系；在品种资源上，尝试研究抵御腥黑穗病的抗病品种……
最简单的笨办法
“很多事情是机缘巧合”，高利说起小时候对农田、农事的印象，再加上心里对“种出好粮”的愿望，促成了自己对大学专业的选择，最终做了一名植物守护者。
“我从小在农村长大，放学回家，书包一放就去给稻田浇水， 麦田、玉米田除草，收集的嫩草剁碎喂鸡，农忙时候学校会放忙假，和家人一起插秧、割麦，掰玉米，运粮食，晒粮食，拣穗子什么都能干 ”，提起童年印象，高利的回忆里有夏日麦场里的乘凉，闪亮的星光，麦垛边嬉笑追逐的孩子们，大人们丰收的笑脸聊着家常，满满的都是快乐。唯有庄稼害了病时大人们满脸的愁容，让她也跟着揪起了心。“小麦、水稻和玉米达不到粮食入库的质量要求，害了病的粮食达不到交粮的标准，自己吃口感不好的同时还担心身体生病。”
大概从那时起，“种出好粮食”的想法在她的心中埋下了伏笔。高考报专业时，老师介绍的植物保护专业尤其是其中的检疫方向引起她的注意。这个检疫方向就是对抗病虫害，为庄稼生产防治虫害威胁的，于是高利选择了这个专业。
▲高利的足迹踏遍了全国的麦区（供图/高利）
这些年，有不少了解高利的人劝过她，以她的科研能力选择其他方向一定会做出更多的研究成果。但高利始终义无反顾，她认为对科学家而言，产出是一方面，更重要的是做能为社会作贡献的研究。“相比多发论文，我更希望为防治矮腥黑穗病储备技术和资源，为提高我们国家的贸易竞争地位，占据主动位置贡献自己的力量。”
为了“磕”下这块硬骨头，高利用上了“最简单的笨办法”。研究周期长是小麦矮腥黑穗病的特点，穗部发育时才能肉眼确定患病。从播种到看出病害症状四五个月就过去了，一茬一茬的种植，一年也做不上几次实验。于是，团队每周种下一茬新小麦，周而复始的繁育，一茬接一茬的供应着不同生长阶段的实验菌丝，也为科研结出了累累成果。
截至目前，高利团队已发表论文150余篇。其中，高利以第一作者或通讯作者在国际主流期刊上发表SCI论文40余篇，以第一发明人获国家发明专利23项，参编著作6部，为进一步规范病害检测检测及病害调查，主持制定、修订了国家标准和行业标准，多次受邀在国际及全国学术会议上做学术报告，同时在第19至21届国际黑粉病研究大会上唯一亚洲代表做特邀大会报告。
“牺牲”是难免的
每个周末，高利总有一天在实验室度过。作为两个孩子的妈妈，面对家庭与工作的平衡问题，她很自然的笑一笑，坦率地说，“没有所谓的平衡，只有牺牲”。
在研究的同时，高利也关注相关病害的研究进展。“他山之石，可以功玉”她查阅文献的时候，注意到《科学》杂志上刚刚发布了一篇著名女农学家弗吉尼亚·沃尔伯特关于玉米黑粉病的文章。感染玉米和小麦的黑粉菌是相近的物种，于是她将自己对文章的一些看法，以及自己的经验基础写下来，只发了一封邮件便打动了对方，愿意接受她访问实验室，于是，她便申请了国家留学基金委的访问学者。
▲麦田里工作的高利（供图/高利）
几个月的时间，高利便发现了黑粉菌侵染玉米花药的新的侵染机制，当她把数据呈现出来时，导师及实验室的同事们都非常吃惊，数据确凿， 证据充分，后来有学者在知名学术期刊评价她的研究为病原菌与寄主的互作研究注入了全新的机制。沃尔伯特的博士后一般要2到3年才能发一篇文章，而作为访问学者，高利不到一年的时间里，就将研究数据做好，并于回国前投出了这篇文章。仅仅26天，文章就被接受发表了。导师对高利的表现引以为荣，后来还常常提起这位“不一样的访问学者”。
“导师非常尊重彼此的科研付出。”导师的言传身教，让高利收获了很多，一些习惯也贯穿在她自己的日常工作之中。她会向导师一样，随时欢迎学生与她交流探讨，“别怕打扰我，有任何问题随时来沟通，我会及时提供帮助，提供一些有用的信息及建议”。
高利至今没有配备助手，所有学生都是亲自指导。她直言虽然研究所的学生数量没有大学里那么多，但希望自己带出的学生“个个都是精品”，能够独当一面，具备做科研的必备素质和习惯。
因人而异，是培养学生的关键。“学生们悟性难免有差异，不能让他们对课题产生望而却步的感觉。”高利始终认为，学生们做课题不再难，而在于在做课题的过程中培养他们逐渐具备科研的素质、习惯和能力。
循序渐进的培养方式，让学生有了良性发展的环境，就像是小苗在适合的环境中，成长成才。高利实验室的学生们毕业时基本都有发表SCI的经验，“我希望他们把自身优点发挥出来，基础不好没关系，只要认真和勤奋，一步一步就会做出东西。”
因为亲力亲为，每个学生的进展情况她都聊熟于胸，“脑子里就像有本账，谁在做什么，做到什么程度，后面要继续做什么，都心理有数。”
国外的经历为高利积累了学习和工作的经验，也见识了更多科学方法，科学思维。“这些经历，对开阔眼界是好事。”于是，她也积极为自己的学生争取国外留学的机会。
无奋斗不青春
小麦漫长的生长季节里，团队经常会收到一些小麦样品，有苗，有穗，有的是信封装的，有的是麻袋装的，都是到地里调研时认识的农民和农技人员寄来的，怀疑是遇上了腥黑穗病。
收到样本后，高利会放下手上的工作，第一时间鉴定并给出防治的建议。这些年，类似的免费咨询不计其数，这项工作也成了高利坚持保留的社会服务性活动。
“我国也有一些易感小麦腥黑穗病的高危麦区，如果不是疫情的关系，我现在已经在麦田里了”。
在她的行李中，总会带上好几双鞋子。也许有人会误解这是她的爱美之心，其实这份初衷是担心下田后的一脚水一脚泥，给居住地的服务人员添麻烦。为了不给大家添麻烦，她宁愿多带上几双，下田穿一双，回来再换上一双。
走过麦田，高利留下一腿脚的泥土；换上时装，她便是一位充满魅力的女性科学家。2021年11月，《时尚芭莎》杂志给高利做了一期人物专访。她坦言，接受采访是帮朋友的忙，但她也希望女科学家们与时尚杂志碰出的火花，能触动翻阅杂志的姑娘们产生从事科研的想法。
▲2021年11月，《时尚芭莎》杂志给高利做了一期人物专访（供图/高利）
无论谈及专业领域还是时尚看法，高利的表达始终朴质而自信，她用微笑拉近与陌生人的距离，用轻松而平时的言语诉说着使命在肩的责任。
在北京“最美科技工作者”专题节目播出时，远在新疆的农民朋友在一片片金色的麦田里，通过连线与因疫情而久别数月的高老师再次见面，激动的言语表达着对这位麦田守护者的感谢之情。
在《风吹麦浪》的乐曲中，高利用歌声讲述一代又一代麦田守望者的故事，而麦农们也在金色的麦田里为故事的主人公跳上了一支幸福的舞蹈。
出品：科普中央厨房
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