这位让作物不再怕冷的科学家，为什么做科研时爱翻《毛选》？

来源：科学大院微信公众号（中国科学院的官方科普微平台，欢迎关注！）

每年三四月，春意正浓时，总有几天冷空气突然折返：“倒春寒”，“乍暖还寒”…… 从古至今，人类造出无数词语，来形容面对这种气温骤降的措手不及。

不过，对于不会“天冷加衣”的植物，倒春寒的影响远超想象，尤其是刚好在花期遭遇降温的作物，轻则减产，重则绝产，这是因为仅是几个寒冷的夜晚，就会严重损伤花粉的活力，导致授粉和结实失败。几百年来农民们对此几乎束手无策，灌水、熏烟等常见防冻措施，往往收效甚微。仅 2024 年，全国因低温受灾的农作物约 1400 万亩，经济损失超 256.2 亿元。

2026 年 6 月，中国科学院遗传与发育生物学研究所许操研究员团队在《Nature》上发表论文：Cold-induced peptide signalling secures pollen resilience and crop yield，揭示了一个花粉的“防冻开关“——平时不启动，低温时启动保护花粉，增强这一开关的灵敏度，番茄在低温下的产量损失可减少约 52%。

《Nature》审稿人将这项研究评价为：“一项杰出的成就，也是植物抗冷研究领域的重大突破”。

在采访中，许操提到自己平时喜欢读《毛泽东选集》——“抓住复杂问题的主要矛盾”，“凡事都有两面性”……在他的叙述里，这些丰富深刻的哲学思想，依旧适配于今天的科研范式，在实验室里又迸发出新的活力。

许操

“没有调查，就没有发言权”

2017年，许操结束在美国冷泉港的博后生涯，回到中国科学院遗传与发育生物学研究所组建了自己的团队。

新的研究从哪里起步？他没有只在文献中找答案，而是一头扎进农业产区田间地头，去问那些生产第一线的农民、育种专家：生产中长期困扰他们，又一直没有得到解决的问题是什么？

花期遭遇低温后坐果失败，就是反复出现的答案之一。如果幼苗遭遇短暂低温，天气回暖后还有恢复的可能，但花粉发育只有一次机会，低温打断了花期窗口，就无法再重来。更棘手的是，遭遇低温后，种植户无法判断哪些花粉已经败育，仍要按照原来的规模浇水、施肥和管理，只有等到挂果时，才发现几个寒夜已经把收成带走了大半，所以往往投入一分没少，收获只剩下原来的几成。

“对科研人员来说，这个问题晚一年解决，好像没有什么。但对农户来说，那可能就是打了水漂的钱，甚至是孩子一年的学费。”许操说。

图片来源：视图网

怎样让作物抗冻？

传统育种中，一种常见思路是，去那些生活在寒冷地区的野生种质中寻找耐冷基因，再通过杂交等方式将其导入栽培品种。但这种方法常常带来另一矛盾———抗逆基因的导入，也会带来减产的代价。

“野生品种本来就生活在寒冷地区，像是一年到头穿着羽绒服。栽培品种可能只偶尔挨几天冻，把这套基因塞进来，相当于让栽培种一年四季都裹着棉袄，那不是抗冻，是在捂汗, 导致作物用来生长，结果的能量，都消耗在不必要的抗冻上。”许操解释道。

回程路上，一条路径突然在他脑中清晰起来：让作物“顺境高产，逆境稳产”，激活作物按需启动的抗逆开关，正常时保持高产不空耗能量，逆境下开关才启动保护。

“抓住主要矛盾”

寻找开关之前，首先要回答一个更基础的问题：低温为什么会让花粉败育？

答案藏在花药内部一层短暂存在的细胞中——绒毡层。

花粉在花药中发育时，绒毡层包围着花粉，为其提供多种发育所需物质，像是花粉早期发育的“保姆”，但这个“保姆”不会一直存在。到了特定阶段，绒毡层会准时启动程序性细胞死亡，为花粉细胞发育提供营养，为花粉壁形成提供材料，随后花粉发育成熟并从花药中释放。研究发现，低温会推迟绒毡层的“生物钟”，让它该退场时不退场，干扰花粉壁形成和正常发育，最终造成花粉败育。

花药横切面

图源：Nature

所以许操要找的那个开关，更准确地说，是让绒毡层按时退场“不掉链子”的开关。

一种具有“按需开关”潜力的物质进入了他的视野——小信号肽，较短的氨基酸序列组成的信号分子，某些小肽可以在特定环境中迅速产生，又能在任务完成后被降解。相比一个持续表达的抗性基因，小肽信号更可能实现短时的调控。许操形容它“嗓门不大，但话语权很大”

更重要的是，小肽还提供了两条应用路径：一条是通过遗传改良，优化作物自身的小肽信号；另一条是合成具有活性的小肽，在寒潮到来前进行外源喷洒处理，类似为植物使用一种“多肽药物”。

“我们一开始有点贪心。”许操说，“既希望给农户提供一种短期可用的办法，也希望找到长期稳定的育种方案。”

“世界上怕就怕认真二字”

为了把这个“贪心”的目标落地，许操和他的团队用了8年。小肽极难研究，表达量低、序列太短、缺乏保守的结构特征，常规基因组注释很容易将它们漏掉，要从庞大的植物基因组中找出特定功能的小肽编码基因，无疑是大海捞针。

要捞针，第一步是找到正确的海域去撒网——既然要在低温下找开关，那么对于作物来说，什么样的温度算真实田间地头的"低温"？

回答这个问题，是整个研究中耗时最久的一项攻坚，花了三年多的时间，他们给番茄大棚加装传感器，实时监测棚内温度，又回到实验室标准人工气候室中验证，最后明确了花粉发育对低温敏感的关键时期及温度耐受阈值。——单核早期以前的花粉比较敏感，气温降到12℃，花粉基本就全面败育。

“就这一步,让我们比别人更早真正了解了植物的抗冷潜力”，许操说，“如果不较真这个温度阈值到底卡在哪里。就好像医生给药，原来一直不知道什么剂量才是最合适的。”

确定了海域，就开始下海捞针，许操团队多管齐下，重新注释了番茄基因组，筛选出一千多个候选小肽然后再结合低温花药转录组、AI辅助蛋白结构预测、组织细胞定位和遗传学实验，层层筛下来, 最终，他们捞到了那根针——SlRGF小肽，它们在正常条件下表达极低，遭遇低温后却会迅速被诱导，更重要的是，这两个RGF小肽主要集中在花药绒毡层。在正常温度下，敲除这个小肽基因的番茄与野生型没有明显差别；一旦遭遇低温，突变体的花粉活力和坐果能力下降约50%。

低温时，当SlRGF9和SlRGF10被敲除，花粉活力下降

图源：Nature

最后许操团队补全了整个故事：低温到来时，两个RGF小肽被诱导表达并分泌到胞外，再通过花药的细胞膜受体和钙离子通道，把抗冷信号传递下去。这套信号能帮助绒毡层按时供给和准时退场，为花粉的正常发育提供营养和能量。

《Nature》同期的研究简报把其中发挥作用的两个小肽称作守护作物抵御骤冷的“隐秘英雄”——平时不露声色，低温到来时才挺身而出。

“坏事在一定条件下可以变成好事”

抗冷机制找到了，还需要回答农业生产最关心的问题：激活这两个小肽的表达，能不能降低作物因冷害造成的减产？

论文一作，许操团队博士后陈树栋设计了自然低温条件下的连续测产实验。他同时比较适度上调RGF基因表达的改良型番茄与对照组第一、第二和第三穗花果产量。番茄不同花穗并不是同时开放，第一穗最早开花，第二、第三穗再陆续进入花期。

实验中，第一穗开花时遇上了低温，改良品种的坐果率比野生型高出百分之六七十

许操课题组合照

蹲在C位的人是陈树栋

可等第二穗、第三穗开花时，天气已经回暖，改良品种和对照组之间几乎看不出区别。

陈树栋拿着数据找到许操时整个人都蔫了，以为这批样品全废了，得等来年重做。许操听完却说：这不是好事吗？陈树栋愣住了。许操解释：“第一穗低温，改良组表现良好，第二、三穗温度一回升，改良组和对照组又表现一样——这恰恰证明，我们这个基因只在低温时启动，温度正常时一点不耽误正常生长。这种实验，你想设计都设计不出来，是老天爷给你开了一扇天窗。” 果然，后来审稿人对这组数据评价很高，称这组实验设计得极为精巧。

“实验结果没有绝对的好坏，关键在于你从哪个角度理解它。”许操说，这种总能看到事物两面性的习惯，也来自《毛选》对他的影响。

更令人振奋的是，这套信号系统并非番茄特有。团队也在水稻、玉米和大豆中，上调了RGF小肽的基因表达，并发现这套抗冷通路在单子叶和双子叶作物中具有较强的保守性。在水稻中，上调抗冷通路的基因表达能显著提高花粉的低温韧性，可在水稻主栽品种中挽回约18.3%的冷害减产。

图源：Nature

“不破不立”

一个抗冷的小肽开关，并不是许操设想的终点。他更关心的，是如何培育“环境智能作物”——让作物能自己感知环境变化，并进行自主调节生长和防御，而不是都等着人工干预。

"就好比让它成为一个主动学习、主动适应环境的好学生,而不是一个永远需要人照顾的孩子。"许操解释到。他不想将作物视为被动等待改造的材料，而是把它们当作一个能够感知、和调整自己的生命系统。

这种思路也贯穿在许操团队的其他研究中。

2025年，他们在《Cell》发表了一项作物与机器人协同设计的研究，开发了首款智能杂交授粉机器人“吉儿（GEAIR）”。这项研究最别具一格的地方在于，由于花的结构非常复杂，不同品种花型各异，过去的机器人无法实现杂交授粉，他的团队没有沿用当下的农业机器人研发策略：一味提高机器人的适应能力和复杂度来迎合作物，而是另辟蹊径，改变底层逻辑：利用基因编辑重新设计番茄花的结构，给花朵做了一个雄蕊“烫发”——雄蕊“像烫过的卷发般”裂开，接受花粉的柱头自然外露，这样的花型，大幅降低机器人操作难度和研发成本。

许操把这种解决问题的思路称为“双向奔赴”，作物不再只是被动接受技术，其本身主动作为，也成为解决问题的一种新技术。他把这种敢于转换方向、重新提出问题的底气，归结于学生时代的耳濡目染和理论积淀，以及各种新技术的涌现和成熟带来的机遇。

他说自己曾遇到的导师都敢于提出新理论；读博期间,他亲历了导师李家洋团队在水稻分子设计育种领域从0到1再到100的原始创新，引领我国水稻基础理论和育种研究从跟跑、并跑到领跑全球的全过程——“以前是读文献都看发达国家怎么做，到现在很多领域开始全世界来看我们怎么做。”他补充到，“中国科学家不应只在别人建立的框架里修修补补，而应当敢于提出自己的理论。”

“做难的事和做简单的事，花的时间很多时候是一样的。”许操说，“那不如一开始就去啃那些硬骨头。”

“从群众中来，到群众中去”

许操实验室的logo，是由一堆番茄拼成的，旁边还有三个字——“三鲜社”，这是2017年建组时，许操的学生们自己讨论设计的。

至于这个“三鲜”则有两层含义，一是鲜活的理论、鲜活的技术、鲜活的种子——回看许操实验室的每一项工作，都在追求这“三鲜”。

二是借了“地三鲜”的烟火气——土豆、茄子、辣椒和番茄，都是茄科家族，看起来普通，合起来却是中国最重要的蔬菜产业之一，总产值近万亿元。许操说，“大家都盯着电动汽车，芯片，其实这平时不起眼的番茄、土豆、辣椒，也关乎国计民生和中国饭碗。”

农业科研要“两脚沾泥”，这是他反复向学生强调的一句话。农业科技工作者如果连田里正在发生什么都不知道，就很难判断实验室里应该做什么。

此前，在一次调研中，种植户向许操提出番茄第一穗花坐果不稳、果实整齐度不足、畸形果多的问题，他把这个问题带回实验室，摸清机制，又将成果用于品种改良和精准栽培。

后来再回到产区，农民指着硕果累累的植株告诉他：“许老师，我们当时说的问题，你们竟然真的给解决了。”

“看到他们笑的时候，我觉得，自己确实在做一件有意义的事。”许操说。

本文内容基于发表于《Nature》（2026年）的研究论文《Cold-induced peptide signalling secures pollen resilience and crop yield》，及对论文通讯作者许操研究员的采访。

*未注明来源图片由受访人许操提供。