如果你喜欢吃草莓，
我们或许能将黄瓜变成草莓味。
大家好，我是来自中国农业大学的刘兴旺。我要问大家一个问题，你们喜欢黄瓜吗？
大家都说喜欢，但我小时候却非常非常讨厌黄瓜。为什么呢？还是要从我的生活经历开始讲。
我出生在山东的一个农村，小时候家里种了很多的蔬菜，西红柿、辣椒、茄子，当然也有黄瓜。每到农忙的时候，母亲就会让我们帮忙下地摘菜。西红柿、辣椒还好，我最讨厌的就是摘黄瓜，因为黄瓜秧扎手，黄瓜果实也扎手。
我还邀请了我的朋友特意绘了一幅画，展示了当时我摘黄瓜的情景。大家看，那个小男孩愁眉苦脸，就是我。我当时心里边想的是什么呢？想的目标很小，就是希望这个黄瓜不要再长刺了。后来我上了大学，选择了自己比较熟悉的蔬菜学专业，又想起让我记恨的小黄瓜，终于可以来折腾它们了。大家都吃过黄瓜，可大家知道黄瓜是怎么长出来的吗？我找了一个视频，让我们一起来看一看黄瓜是如何从种子长成一个大瓜的。这是我们用来种黄瓜的一个小盆，把黄瓜种子给它放进去之后，覆盖上营养土，压实，然后再给它浇上水，静静地等待黄瓜发芽就可以。黄瓜的根会先长出来，然后它的子叶就出来了。慢慢地，新叶部分也就是它的真叶就开始长了。叶子慢慢地变大、变大，一直在长。我在这里给大家科普一个小知识。由于黄瓜起源于喜马拉雅山南麓的热带雨林，所以它必须是要攀援的，否则它就会趴到地上。所以等它长到一定的高度的时候，我们就要给它装上支架，用竹竿或者是小木棍让它有个支撑。同时，大家还会看到一个比较有趣的现象，黄瓜藤上面是不是有卷须？卷须就像一只只手，能够让黄瓜紧紧地固定在这个小竹竿或者小木棍上。随后，它的第一朵雄花就出来了。旁边有一个结了小瓜的，我们称之为雌花，它慢慢发育就变成了我们吃的黄瓜。当它花败之后，再经过两天、三天、四天、五天，到第六天第七天的时候，成瓜就可以摘了。视频里边一直没有摘，是为了让大家更方便观察它的生长过程。它持续地生长就会变成老瓜，当老到一定程度的时候，就像视频后面展示的这样，整个黄瓜的生长几乎到了最后阶段，有的消费者喜欢吃这种老瓜。下面再请大家猜一猜，图片里面所展示的都是什么？没错，都是黄瓜。黄瓜有不同的颜色、有不同的形状。C. sativus L. var. hardwickii Kitam这个颜色像蘑菇，对吧？但这就是黄瓜的一种，它的hardwickii变种。▲C. sativus L. var. sikkimensis Hookerf好了，我们知道了黄瓜有这么多的种类，它有什么作用呢？换句话说，我作为一位教师和科学家，为什么要研究黄瓜？大家如果经常在家做饭，肯定少不了去市场买蔬菜。所有蔬菜里面，黄瓜的栽培面积和产量约占全国蔬菜的11%。换句话说，如果咱们的蔬菜只有10类的话，黄瓜就是其中的一类，它在我国农民增收以及提供居民的营养膳食方面发挥着巨大的作用。这几张照片就是在超市拍的。大家会发现，在超市里这种顶花带刺的黄瓜会占很大的比例。为什么？就因为目前咱们国家老百姓很喜欢这种顶花带刺的品种，如果一个新的品种不具备这种特征往往是推销不出去的，老百姓也不会种它。因此这个刺对于我们黄瓜来说非常非常重要。来看一下什么叫做刺。大家能在这张黄瓜叶子上找到刺吗？那我借助显微镜把它放大一百倍，大家再看，是不是都看到了？黄瓜叶片上的这种刺就像钢钉一样，这就是它扎手的原因。如果我再放大，大家看这个彩色的这个，是不是看起来特别特别的锋利？现在大家再看黄瓜果实上这种刺，和刚才叶片上的刺一样吗？不一样，这个刺其实是一个复合性状。上面黑色的部分我们称之为果刺，包括基座加基杆；下边这个绿色的部分是一个表皮突起，我们称之为果瘤。所以老百姓买瓜的时候会说那个顶花带刺、有刺瘤，其实就是这种性状。大家再看这张放大的照片，又会发现，黄瓜上除了这种果刺外，还有很多的白色的毛，放大了之后特别像蘑菇，我们称之为腺体毛。而扎手的果刺在科学上也叫作非腺体毛。腺体毛和非腺体毛对植物发育来讲都是非常重要的。知道了黄瓜上有两种毛之后，那我们就又想知道它们到底是怎么长出来的。于是我们就利用生物技术手段，把毛从表皮开始萌发、分裂，到最后形成图中右上角扎手的尖端和右下角不扎手的小蘑菇状的腺体表皮毛，这样的整个过程分成了5个进程。这项工作是我们的博士生们经过2年时间才完成的。大家可能会认为，这么简单的5个发育进程还需要博士生花2年时间吗？其实假如你买了一粒黄瓜种子就会发现，只要种子萌发出来，所有的毛就都已经形成了，就不可能找到前面整个的发育进程了。我们这项研究也发表到了《植物生理学》（Plant Physiology）上。之后国外的一些研究学者也发邮件寻求材料，因为他们在其他的作物上没有做出来，想要借鉴我们的工作。黄瓜是全世界第一个得到DNA测序的园艺作物或者蔬菜作物，这给我们挖掘控制果刺的基因提供了很大的便利。大家看这左边的黄瓜藤，它有什么特点？上面无毛刺、非常光滑。再看右边，长的全都是毛。我们对这两对材料进行了杂交研究，通过不断的群体分离和遗传规律分析，终于抓到了一个基因TBH。这个基因是干什么呢？我们用基因编辑技术把这个基因敲除了之后，可以看到这个果实是非常非常亮的，同时也没有毛。如果我们把它的表皮放到电镜下去观测就会发现，这个毛还是存在的，只不过变小了，不发育了。所以这个基因能起什么作用呢？大家看我在这个地方画了一个“停”的标志，这表示这个基因突变了之后，黄瓜的皮或者说刺就只能发育到这个程度。当然，一个性状可能不是由一个基因来控制的，我们在果刺不同的发育阶段发现了不同的基因。其中特别有意思的一个基因叫作CsTM基因。它是干吗的呢？大家看左下角，它控制着刺底下基座的形成，我们换句话说，相当于控制果刺“坐着的椅子”的宽窄。在研究这个基因过程中发生了一件非常有趣的事。我相信在座的有些小朋友可能害怕虫子，其实这位博士姐姐也一样。她在实验的过程当中就发现，CsTM基因突变了之后，叶子背面就长了很多很多的蚜虫。▲Yang et al，Journal of Advanced Research, 2024她把这个现象告诉我了之后，我们就在不同的群体材料里边去测试这一现象。于是就发现，控制毛的这个CsTM基因同时也会影响对虫子的抗性，这对生产是非常重要的。我们历经了10年的攻关，将黄瓜如何调控果刺形态建成、如何诱导蚜虫产生的机理就搞得非常清楚了。大家也清楚，我们农业大学做的这些事，最终肯定是可以造福于咱们老百姓。我们根据已有的理论知识和研究成果，培育了大家特别喜欢吃的高口感黄瓜、功能性的高叶酸黄瓜、还有包括利于减肥的黄瓜、水果型黄瓜等等，各种类型。我们同时编辑了控制果刺变硬变软的一个基因，培育出了一种毛特别软的品种。这也是实现了我当时小小的愿望了，虽然没有让黄瓜变得全部无刺，但是至少它不扎手了。所以以后小朋友们再去田间采摘的话，就可以直接穿着T恤去了。有小朋友可能会问，刘老师你研究这个小小的黄瓜毛，意义就这么大吗？其实，我们做研究是在做一个共性的东西，而不仅仅是为了让黄瓜不扎手。右上角这位大家都很熟悉，是获得了诺贝尔奖的屠呦呦女士，她的贡献在于发现了可以治疗疟疾的青蒿素。但是大家知道青蒿素是怎么产生的吗？答案就在左边，它是由黄花蒿叶子上面的腺体表皮毛产生的。大家可能还听说过大麻素，这是一种具有镇静效果的药物，也来自于大麻的腺体表皮毛。大家看中间这张图里跟雨珠类似的东西，就是它的腺体表皮毛分泌的代谢物。所以我们研究黄瓜的刺，就是为了给研究能为人类提供各种有用化合物的植物表皮发育提供借鉴。这样在未来，我们有可能通过现代的生物学技术改造黄瓜。如果你想补充花青素，你可能就能吃到具有绿色表皮紫色刺的黄瓜；有可能你喜欢吃草莓，我们就将黄瓜变成草莓味，种种都有可能。所以大家看，小小的表皮毛竟然具有巨大的应用前景。也非常希望大家能够从我们身边最常见的食物、植物甚至生活用品里。去发现其中蕴含的一些科学道理。文章和演讲仅代表作者观点，不代表格致论道讲坛立场。推荐资源
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