江蘇中天智感向貴州大學捐贈植物生命分析儀助力科研

2024年11月6日，江蘇中天智感生命數據有限公司董事長陶明清先生，偕同植物生命分析儀發明者、中國科學院地球化學研究所吳沿友研究員共同向貴州大學生命科學學院校友分會捐贈植物生命分析儀一臺，價值人民幣40萬元，貴州大學生命科學學院徐進書記、呂立堂院長、趙德剛教授代表校友分會接受了捐贈。吳沿友研究員和陶明清董事長還應邀在貴州大學生命科學院開展了學術交流活動。講座由生命科學學院副院長胡國雄主持。原貴州大學副校長、貴州省農業科學研究院原黨委書記、原院長趙德剛教授，生命科學學院徐進書記，呂立堂院長，學院青年教師及研究生60余人參加了此次講座。
 
在題為“植物生理育種”的講座中，吳沿友研究員通過嚴謹詳實的科學數據回顧了生理育種的發展歷程，他指出，過去幾十年，國內的數據表明，科學家們希望通過研究植物生理機能來服務于育種（12038篇文章），但真正地進行生理育種的實踐寥寥無幾（14篇文章）；國際的數據同樣表明，科學家們希望通過研究植物生理機能來服務于育種（81033篇文章），但真正地進行生理育種的實踐寥寥無幾（262篇文章）。他說，鑒于植物生理科學過去30多年一直未能為育種生理進程提供足夠使用的數據，育種工作領域漸漸對生理育種失去信心和知識積累。

吳沿友研究員指出，隨著植物生命分析儀的發明與應用，植物生理學的研究正在經歷著幾個跨越。首先是植物生理學的研究正在實現從化學（物理）靜態指標到物理化學動力學指標的跨越，即傳統的植物生理學研究是基于四大堿基的分子生物學信息，基于中心法則的信息流與代謝流，而植物生命分析儀開創了基于三大電學元件的物理化學動力學信息，基于熱力學定律的能量流和物質流；其次是從“生理+高光效”育種到“生命力+生產力”育種模式的跨越；第三，是植物生理學研究和數字化育種從少數孤立指標向系統性多指標跨越，植物生命分析儀可以提供60種生理動力學指標體系，為數字化育種提供全景式的數字可視化支撐。

吳沿友指出，植物生理功能是植物物理化學作用與分子生物學作用的融合，而生理功能是基因表達到性狀形成的橋梁，浩如煙海的基因信息可歸并成有限的生理功能信息，有限的生理功能信息可整合成多樣性的表型性狀。
 
講座的最后，吳沿友研究員給大家帶來了他的兩個最新科學成果。通過耦合番茄葉片胞內水分動力學過程與兩種細胞膜水通道蛋白（SlPIP1; 3、SlPIP1; 5）及兩種液泡膜水通道蛋白（SlTIP2; 1、Sl PIP2; 2）的基因表達，首次揭示了番茄葉片細胞膜及液泡膜水通道蛋白對胞內水運移的調控作用。通過測定出葉片胞內水分/鹽分動力學與兩種Na+-H+逆向轉運蛋白（質膜SOS1、液泡膜NHX1）及兩種H+-ATP酶（質膜HA1、液泡膜VHAc1）的基因相對表達量，耦合桐花樹葉片相關基因功能與胞內水分/鹽分動力學過程，首次揭示了桐花樹葉片細胞膜和液泡膜上Na+-H+逆向轉運蛋白和H+-ATP酶對鹽分運移行為的調節作用。

陶明清先生詳細介紹了植物生命分析儀的科學原理，重點解讀了儀器測量數據的性質與功能。陶明清先生形象地比喻，植物生命分析儀測量的數據是一種對植物生命活動的一種把脈，是對植物生理活動運行狀態和水平的一種記錄。

 
在題為“植物生命分析儀及測量數據應用場景”的講座中，陶明清先生指出，儀器測量的對象具有生命性和運行性（能量與電學參數均是如此）；數據表征方式是采用了運行性（動力學）指標參數；數據的運用是用其時空的差異性來表征植物生命活動和生理機能的；運行性數據總是表示某個過程，反映過程的變化規律。因此，運行性數據總是進行比較著用：在時空上進行比較，即尋找數據在時間軸的變化規律，或者，尋找數據在空間上的變化規律。當數據在時空上的差異非常顯著時，或許我們幸運地抓到了大魚。數據在時空上具有差異性和變化性是因為植物生命活動總是體現為時空的差異性和變化性，數據不過是真實地把生命活動的時空差異性和變化性呈現出來了。

講座中，陶明清先生介紹了公司挖掘植物生命分析儀測量數據的一些最新成果。首先介紹了他們最新開發的透明作物概念模型。通過實時感知并數字化作物全生命周期的各生理進程，實現大田作物與數字孿生作物之間的信息同步、交互反饋和智能決策，從而可構建可視化作物生長管控模型。通過透明作物概念模型，可以數字化葉片與作物其他部分之間的生產與被生產的生產函數，實現葉片生產能力及其產品可視化呈現；可以數字化作物葉片在空間上的不同生產任務、生產能力與生理功能，實現可視化呈現；可以數字化作物葉片在時序上的不同生產任務、生產能力與生理功能，實現可視化呈現；可以數字化作物葉片生產任務、生產能力與生理功能，構建葉片功能可視化地圖。

其次，他介紹了公司最新開發的透明栽培技術。該技術模型可以實時在線無損數字化監控作物生理機能狀態和突變情況，讓作物受病源生物侵害所發生的一系列生理生化上的病理變化變得透明。根據根莖穗都是葉片的生產產物的生理學原理，通過數字化調控葉片生理功能能力，讓根莖穗目標性狀的生產過程與形成狀態變得透明。通過大數據構建作物全生命周期胞內水分動力學參數閾值與作物高產、優質、穩產等栽培目標性狀形成的定量關系，實時感知和診斷作物胞內水分動力學參數水平，讓作物生理實時需水狀態成為透明。根據葉片生理功能與環境諸要素之間的函數關系，通過數字化監控葉片生理功能能力，讓作物肥料要素的供應關系變得透明。根據環境諸要素、葉片生理功能能力與根莖穗目標性狀三者之間的函數關系，通過數字化監控葉片生理功能能力讓產量形成過程變得透明。

陶明清先生介紹說，上述介紹的成果是公司最新一個國際發明專利的一部分。他說，在植物生命分析儀測量應用中，他們發現作物葉片的生理功能具有空間分工化、能力專門化、功能時序變化和最大化等規律，遵循這些規律可以讓育種和栽培工作做到更精準和更精細。陶明清先生介紹說，葉片是植物最重要的功能器官，是將太陽能轉變成化學能的能量轉換站和有機物的生產者。隨著植物生長發育的時序不同，同一植株不同的葉片或者不同生長發育期的同一葉片生理功能也明顯不同。植物葉片的生理功能的分化決定了植物組織器官的結構形成和功能的實現。不同葉片對于植株的生長發育有著不同的分工。例如，小麥的旗葉因細胞中葉綠體數目較多，葉綠體中基粒類囊體數量多，而對小麥籽粒的產量有著決定性的作用；旗葉組、莖葉組和近根葉組的葉片分別在籽粒的形成、莖稈的發育、根系的生長發揮著主導作用。因此，按照時序快速量化不同植物不同葉片、同一植株（不同環境或同一環境）不同的葉片或者不同生長發育期的同一葉片的生理功能的差異，可為精準調控作物性狀形成提供基礎數據。

植物生命分析儀及其講座在貴州大學生命科學學院受到熱烈的歡迎，師生們踴躍參與到儀器的使用體驗中。
  此次捐贈及學術交流得到了貴州大學生命科學學院師生的熱烈響應。講座結束后，師生們積極參與植物生命分析儀的現場體驗，表示這臺設備的引入將極大地推動生命科學學院植物生理學和育種學研究的發展。未來，貴州大學與江蘇中天智感公司將進一步深化合作，推動更多創新型技術在植物科學領域的應用，為我國植物生理學和農業科技發展貢獻力量。