前段時間，在揚州大學(xué)文匯路校區(qū)的日光溫室中，陳晨將萌芽的南瓜種子放入基質(zhì)中開始育苗。

4名本科生探索巨型南瓜生長極限

此后的每天早晨，她和潘劉、王敏、楊雅婷輪流看護南瓜苗，根據(jù)氣溫、濕度等環(huán)境變化，為南瓜苗澆水、通風(fēng)、透氣，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。待南瓜苗長出4片真葉，他們便將其移到塑料大棚中定植。

“此前，我們培育出的最大南瓜接近130公斤，希望這一季能種出更大的南瓜。”看著溫室中的南瓜苗，陳晨和團隊成員的臉上寫滿期待。

這4名大學(xué)生是揚州大學(xué)園藝園林學(xué)院園藝專業(yè)2019級的本科生。

在該院繆旻珉教授、張治平副教授的指導(dǎo)下，他們歷經(jīng)3年，首次揭示了巨型南瓜獨特的果實膨大機制，為南瓜果實大小性狀選育相關(guān)工作、促進南瓜果實增大提供了重要的理論和實踐依據(jù)。去年下半年，相關(guān)研究成果獲得全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽一等獎。

談及開展研究的初衷，陳晨的思緒飛到了3年前的《蔬菜栽培學(xué)》課上。

“通過課堂學(xué)習(xí)，我知道了巨型南瓜的存在，但是目前學(xué)術(shù)界有關(guān)巨型南瓜生長機理的研究文獻很少見，說明這是一個值得研究的課題。”從小就愛“胡思亂想”的她，腦子里立刻產(chǎn)生了疑問。

巨型南瓜是否有生長極限？是什么機制促使南瓜果實這么大？可食用南瓜的最大生長值究竟是多少？一系列問題紛至沓來……

為了解決這些疑惑，陳晨和幾個志同道合的小伙伴一拍即合，踏上了研究巨型南瓜的崎嶇之路。

目前，常用作栽培比賽或展覽的巨型南瓜品種名叫大西洋巨型南瓜，由小南瓜選育而來。

“巨型南瓜的‘祖先’是小南瓜，為什么能選育出巨型南瓜？”陳晨說，團隊首先從解剖學(xué)形態(tài)、植物生理方面，對巨型南瓜的果實和小南瓜進行了差異對比。

通過研究，他們發(fā)現(xiàn)，巨型南瓜的葉片光合指標、果柄粗度、韌皮部維管束數(shù)量等指標均顯著上升，導(dǎo)致巨型南瓜的同化物運輸速度非同一般，大量的同化物快速積累使得果實膨大速度遠高于小果品種。

那么，果實大小到底由哪些基因控制？團隊開始更深入地探究。

“我們通過雜交大西洋巨型南瓜和小南瓜，發(fā)現(xiàn)在子一代果實上開始存在超親分離現(xiàn)象，并不斷延續(xù)下去，這表明有多個基因在控制著果實的大小。”王敏說。

在此基礎(chǔ)上，團隊立刻進行南瓜全基因組重測序工作，構(gòu)建了高密度遺傳圖譜，共篩選出13個候選基因，并獲得了4個與果實大小相關(guān)的分子標記。

“借助候選基因表達和功能分析，他們發(fā)現(xiàn)植物激素相關(guān)基因影響果實膨大，兩個基因分別控制生長素和油菜素內(nèi)酯這兩種植物激素。”王敏說。

在對基因重點比對和試驗后，團隊最終得出結(jié)論，植物激素的合成與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的轉(zhuǎn)變是促進果實膨脹的關(guān)鍵。

與此同時，團隊開發(fā)出的分子標記方法可用于果實大小的輔助育種，還發(fā)現(xiàn)一種促進巨型南瓜果實增大的有效方法。目前，相關(guān)研究成果已申請兩項發(fā)明專利，并在國際相關(guān)學(xué)術(shù)刊物發(fā)表研究論文4篇。

在陳晨眼里，成功沒有捷徑，科研也沒有“快車道”。3年來，她與團隊成員放棄假期，“泡”在實驗室。

“那段時間，我每天口中念得最多的是南瓜，夢里看到的是碩大的南瓜，跟兄弟們吃飯時不忘點南瓜。”潘劉笑著說，他也因此被同學(xué)們笑稱為“南瓜小子”。

自從科研團隊成立起，陳晨和團隊成員就學(xué)會了與困難“做朋友”。“很幸運，我遇到了最好的老師和最好的伙伴。”陳晨坦言，遇到實驗難題時，老師會幫助他們復(fù)盤分析實驗，指引他們尋找解決思路；失敗沮喪時，師兄師姐會開解他們，團隊成員會相互鼓勵。

作為本科生，團隊成員并沒有接受過系統(tǒng)的實驗訓(xùn)練，常常是師兄師姐先帶著他們做一遍，然后就全靠團隊自己琢磨，通宵達旦地討論實驗思路，再動手實操。

“科研過程遠比看到的艱辛，但看著南瓜從一顆小小的種子，長成巨大果實，真的太奇妙了！”楊雅婷說，實驗看不到頭、論文屢次被拒后，自己也想過放棄，但科研的“魅力”讓人著迷。

自2020年起，該團隊與揚州一家公司聯(lián)合開展技術(shù)推廣，在團隊的指導(dǎo)下，該公司培育的巨型南瓜單果重量平均增加46.5%，3年累計推廣應(yīng)用面積達300畝，增收近600萬元。

“巨型南瓜果型巨大，對游客具有獨特的吸引力，是休閑觀光農(nóng)業(yè)的寵兒。”陳晨說，目前，團隊自主研發(fā)和培育的巨型南瓜造型各異，但一般不可食用，最主要的是觀賞價值。

“未來我們將進一步攻克難關(guān)，希望早日解開巨型南瓜的全部‘奧秘’，培育出可食用、口感好的巨型南瓜，為鄉(xiāng)村振興貢獻智慧和力量。”陳晨說。