-
白書農
鎖定
白書農，男，北京大學生命科學學院教授，博士生導師。從1978年進入安徽農學院讀書以後的30多年時間中，白書農主要進行植物生物學方面的學習和研究。因為各種原因，接觸和程度不同地探索過不同的植物發育現象。在碩士研究生期間主要探討過水稻雜種優勢機理問題；博士研究生期間主要探討過光週期對水稻雄蕊發育影響問題；在博士後期間主要探討過植物無融合生殖和擬南芥EMF基因功能問題；在北大工作期間比較系統地研究過黃瓜單性花的發育機制、雄蕊早期發育過程調控的分子機制、染色質修飾對植物發育事件的影響等。這些經歷使得他在1993年提出了“植物發育單位”的概念；2013年提出了“有性生殖週期”的概念和“植物發育程序”的概念。在對植物發育現象研究和思考的過程中，他還對生命的本質、教育的本質和本科生命科學教育的培養目標等問題進行過長期的思考。
白書農人物簡介
白書農教育經歷
白書農
1981年在安徽農學院獲學士學位；
1986年在武漢大學獲碩士學位；
1990年在中國科學院植物所獲博士學位。
白書農工作經歷
1990-1998年在中國科學院院植物所任研究員；
1991-1994年在美國伯克利加州大學進行博士後研究工作；
1997-1998年於美國伯克利加州大學進行合作研究。
白書農研究方向
主要從事於植物器官形成的分子機理研究，包括：
1. 關於植物器官形成基因調控的研究；
2. 關於“植物發育單位”概念的形成及植物發育生物學理論體系的研究；
3. 關於光週期研究。
本實驗室所關注的核心科學問題是植物器官形成的分子機理。以雄蕊為主要研究對象。利用形態學、遺傳學、生物化學等不同技術手段，試圖從分子的層面上揭示雄蕊如何從編碼在DNA上的一維發育程序信息，逐步被解讀為四維的多細胞形態結構。
[2]
白書農主要貢獻
提出雄蕊對環境脅迫反應能力減弱導致水稻光敏不育的觀點。發展了新的構建早期原基cDNA文庫的方法，同時利用黃瓜這種雌雄蕊原基發育早期停滯的自然變異，對植物雌雄蕊原基器官形成過程的基因調控進行深入的研究。
自從1983年選擇當時在教科書僅寥寥數頁的植物發育領域開始研究生學習以來，一直好奇植物發育的主體是什麼？為什麼不同的植物器官會順序發生？為什麼植物遲早要開花？帶着這些疑問，在美國加州大學伯克利分校Renee Sung實驗室做博士後參加embryonic flower突變體分析課題時，形成了“植物發育單位（PDU）”的概念（白書農，1999； Bai and Xu，2013）。
[1]
之後在北京大學承擔黃瓜單性花研究任務的過程中，讓我於2011年形成了“有性生殖週期（SRC）”的概念（Bai and Xu，2013; Bai，2015a）；在對雄蕊早期發育過程的調控機制研究過程中，讓我於2013年形成了“植物發育程序（PDP）”的概念（白書農，2015b）。這三個概念終於可以在2015年被整合在一起，為這些30多年前的問題提供一個基本自洽的回答，即“植物形態建成一二三”。一個起點，即SRC；兩條主線，即結構構建（以軸葉生長為多細胞結構構建的基本形式，即“新模塊生長”）和決定多細胞結構形態特徵改變的動力（最終是兩個：光合自養和脅迫響應）；三個完成PDP雙環中主環的遞進步驟（1，光合自養驅動光合面積增加以利光合但遠離SRC；2. 光合面積增加伴隨內外脅迫增加；3. 內外脅迫增加迫使光合面積減小並最終使多細胞結構迴歸單細胞層面上的SRC）。通過這個“植物形態建成一二三”，植物生活週期得以完成，植物發育單位（PDU）得以建立，各個PDU組合成為人類肉眼可見的“植株”——一個由無數植物發育單位構成的聚合體。
有關PDU、SRC和PDP三個概念的形成源自各種研究工作。在這些工作中，比較系統的有兩個。一個是植物性別分化問題，另一個是雄蕊早期形態建成調控機制問題。
植物性別分化問題的探索源自北京大學曹宗巽先生早年植物激素影響黃瓜單性花發育的研究。從1933年以來，人們一直認為植物單性花的形成就是植物性別分化過程。我們從1998年開始到2010年從各個角度12年的工作表明，黃瓜單性花的形成不是一個性別分化的過程，而是一個促進異交的機制。之後基於文獻調研與同行討論，在2013年提出性別分化是指向異型配子形成的分岔點（Bai and Xu, 2013），到2015年進一步意識到，性別分化是多細胞生物中保障異型配子形成的體細胞分化；植物性別分化因為其存在兩個多細胞結構而出現兩種性別分化，即在苔蘚和蕨類中的真性別分化——精子器和頸卵器的分化，及種子植物中的假性別分化，即因為配子體發育嚴重壓縮而無法出現精子器和頸卵器，從而借用異型孢子分化作為為指向異型配子分化的分岔點——如被子植物中雄蕊和胚珠的分化。這方面的工作已經在2015年告一段落。
雄蕊早期形態建成的調控機制研究從1998年決定從對雄蕊早期發育過程進行分子描述入手，到2013年基本建成水稻雄蕊早期發育過程的表達譜平台，發現過去被註釋為器官特徵決定基因的OsMADS58可以結合大量光合基因並抑制其表達，影響葉綠體發育和細胞氧化還原狀態（Chen et al, 2015），並最終影響生殖細胞的分化。以此為核心，結合這期間實驗室的各種發現，我們對雄蕊形態建成的調控機制提出了“雙向誘導”假説。今後實驗室的工作將以此為中心舉行。
參考文獻
白書農（1999），現象，對現象的解釋和植物發育單位，李承森主編，『植物科學進展』（第二卷），52-69頁，高等教育出版社，北京。
Bai SN, Xu ZH (2013) Unisexual cucumber flowers, sex and sex differentiation. In Jeon K, Ed.: International Review of Cell and Molecular Biology, Vol 304, 1-56. UK: Academic Press
Bai SN (2015a) The concept of the sexual reproduction cycle and its evolutionary significance. Front. Plant Sci. 6:11
Chen R, Shen LP, Wang DH, Wang FG, Zeng HY, Chen ZS, Peng YB, Lin YN, Tang X, Deng MH, Yao N, Luo JC, Xu ZH, Bai SN (2015) A gene expression profiling of early rice stamen development that reveals inhibition of photosynthetic genes by OsMADS58. Mol. Plant 8：1069-1089
白書農發表論文
1. Bai SN (2019) Plant Morphogenesis 123: A Renaissance in Modern Botany? Sci. China Life Sci. 62(4):453-466.
2. Wang X, Bai SN (2019) Key Innovations in Transition from Homospory to Heterospory. Plant Signal. Behavior 14(6):1596010.
3. Bai SN, Ge H, Qian H (2018) Structure for Energy Cycle: A unique status of Second Law of Thermodynamics for living systems. Sci. China Life Sci.
4. Bai SN (2017) Reconsideration of Morphological Traits: From A Structure-Based Perspective to A Function-based Evolutionary Perspective. Front. Plant Sci. 8:345
6. 白書農（2015）植物的“胚”. 植物學報 50 (5): 538
8. Bai, S. N. (2015) The concept of the sexual reproduction cycle and its evolutionary significance. Front. Plant Sci. 6:11.
9. 白書農（2013）花是器官嗎？高校生物學教學研究（電子版）3（1）：51-56
10. Bai, S. N. and Xu, Z. H. (2013). Unisexual cucumber flowers, sex and sex differentiation. In Jeon K, Ed.: International Review of Cell and Molecular Biology, Vol 304, 1-56. UK: Academic Press
11. Bai, S. N. and Xu, Z. H. (2012). Bird-nest puzzle: can the study of unisexual flowers such as cucumber solve the problem of plant sex determination? Protoplasma 249 Suppl 2:S119-23.
12. Sun, J. J., Li, F., Li, X., Liu, X. C., Rao, G. Y., Luo, J. C., Wang, D. H., Xu, Z. H. and Bai, S. N. (2010). Why is ethylene involved in selective promotion of female flower development in cucumber? Plant Signal. Behavior 5: 1052-6
13. 白書農，譚克輝（2001）植物光週期現象中葉片信息對莖端的形態建成事件有專一性嗎？——對光敏水稻研究的回顧與反思，科學通報46（9）：788-792
14. 白書農，（1999），現象，對現象的解釋和植物發育單位，李承森主編，『植物科學進展』（第二卷），52-69頁，高等教育出版社，北京。
15. 白書農，譚克輝，唐錫華（1992）水稻光温反應及湖北光週期敏感雄性不育水稻研究，植物生理學通訊，28（1）：64－66
白書農科普活動
- 參考資料
-
- 1. 白書農 ．北京大學生命科學學院．2019-11-30[引用日期2019-11-30]
- 2. 白書農-北京大學定量生物學中心 ．北京大學定量生物學中心[引用日期2023-05-05]
- 3. 人工智能時代，生命有新的定義了嗎？ ．高山科學經典．2023-05-05[引用日期2023-05-05]
- 4. 人工智能時代，生命有新的定義了嗎？丨《生命是什麼》導讀直播預告 ．騰訊 高山書院．2023-05-05[引用日期2023-05-05]
