唐慧喬 王 鵬

民以食為天，百業(yè)農為先。作為傳統(tǒng)的農業(yè)大國，自古以來，我國的一代代農業(yè)科學家和從業(yè)者初心如磐，不斷探索著農業(yè)發(fā)展的道路與方向，湖南農業(yè)大學教授周智也是其中的一員。站在農學與化學的交叉地帶，他結合自身發(fā)光材料背景優(yōu)勢，圍繞“光調控作物生長”這一課題，先后展開了作物先進栽培環(huán)境、模式、手段等連續(xù)性創(chuàng)新研究，為實現(xiàn)“增加糧食產(chǎn)量、提升作物品質”的目標提供強勁支撐。同時，靶定我國“雙碳”目標，他以“提升植物光合效率、增加二氧化碳吸收”為切入點，大力推動我國農業(yè)固碳減排，助力我國農業(yè)綠色高效發(fā)展?！拔艺谧龅氖虑?，既是為了當下，也是為了長久。給作物提供良好生長環(huán)境、讓作物更好生長的同時實現(xiàn)固碳減排，這是人與自然和諧共生的事情。”專注科研、腳踏實地的周智是這樣說的，也是這樣做的。

周智

以光助農拓新路

在農藥、化肥等領域中，農學和化學的“強強聯(lián)合”早已取得不少成果。不過，自本科起即就讀于湖南農業(yè)大學應用化學專業(yè)的周智，卻沒有沿襲這一傳統(tǒng)的研究方向。在為期13年的求學生涯中，他始終思考著農業(yè)與化學的本質關系，并試圖以完全不同的思路去耦合二者關系。這樣的想法敦促著他在本科和碩士期間，就新型化學品及新材料在農業(yè)領域的應用展開研究；并讓他在中南大學攻讀博士及赴荷蘭展開博士后研究時，對以熒光粉為代表的農用發(fā)光材料研究及其產(chǎn)業(yè)化應用發(fā)起沖鋒。這個被周智稱為“打基礎”的階段，他的每一步都走得篤定而踏實。

待到2014年學成回國、入職母校后，“如何更好地用光來調控作物生長”成了擺在周智面前的首要問題。盡管課題組剛剛成立，但深思多年的周智很快就為自己和團隊確立了發(fā)展方向——“在農業(yè)大學，要做與農業(yè)相關的研究，更要做能夠發(fā)揮自身化學優(yōu)勢的農業(yè)研究?！本痛?，他以平臺負責人的身份牽頭申報了“湖南省光學農業(yè)工程技術研究中心”省級科研平臺，錨定發(fā)光材料的制備、發(fā)光器件的組裝、發(fā)光器件在農業(yè)中的應用方法等方向，他期待“通過精準調控作物的光環(huán)境，彈奏好光與作物的‘生長曲’”。

經(jīng)過多年發(fā)展，平臺在基礎研究、技術開發(fā)、產(chǎn)業(yè)應用等層面取得多項成果，一條從研究到應用的鏈路也隨之打通?；谒麄冊谛滦透咝ED植物生長燈用熒光粉的開發(fā)和性能提升，以及光對植物生長發(fā)育的促進影響這兩個方面開展的長期探索，周智團隊在原理、技術及應用層面均取得突破，相關成果“高光效高熱穩(wěn)定熒光粉激發(fā)型LED植物生長燈設計制造與應用示范”也于2019年被評為湖南省科技進步獎二等獎。

在這一成果中，圍繞LED植物生長燈在實際應用中遇到的發(fā)光效率低和熱穩(wěn)定性差問題，周智團隊通過雜原子取代改善熒光粉基質結構，達到增強能量傳遞最終實現(xiàn)熒光粉發(fā)光效率增強的目的；此外，他們還通過雜原子取代增強結構穩(wěn)定性和原子沉積技術包覆改變表面性能，以提高熒光粉熱穩(wěn)定性。在此基礎上，團隊設計和制造了系列高光效高熱穩(wěn)定性發(fā)光材料，將其封裝成多功能LED植物生長燈具后應用于植物生長，并針對不同植物及其不同生長時期對光譜的需求差異進行按需供給，從功能成分和生長速度兩個角度調控植物生長。目前，項目共授權國家專利25項，其中發(fā)明專利10項、實用新型專利15項，在相關技術及產(chǎn)品的應用等層面創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。這一技術開發(fā)與基礎研究并重、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用的研究成果，對周智團隊打開“研—產(chǎn)—用”三者循環(huán)推進的良好局面起到了決定性作用，也成為啟發(fā)周智進一步思索前進方向的重要契機。

以光助茶香更遠

在邁出、走穩(wěn)了科技成果產(chǎn)業(yè)化的第一步后，周智也不斷思索著以科研力量為當?shù)剞r業(yè)賦能的可能性。通過與湖南農業(yè)大學茶學院士劉仲華教授的深入交流，他為自己和團隊圈定了新的研究方向：一方面，要掌握好效果和成本之間的平衡，提高相關成果在農戶及企業(yè)中的接受度，讓研究成果在農業(yè)生產(chǎn)實踐中得到全面推廣與應用；另一方面，科研工作要朝著更加精深的方向發(fā)展，精心選擇具有當?shù)靥厣牡湫蛢?yōu)勢作物作為研究的切入點和持續(xù)發(fā)力點，讓交叉研究進一步發(fā)揮實用價值。從這個目標出發(fā)，周智選擇了對湖南省乃至全國都有重要意義的茶葉行業(yè)，就光照與茶氨酸含量的關系展開研究。

“以清明節(jié)氣為界，茶葉有明前茶、明后茶之分。二者價格相差巨大，主要原因就在于以茶氨酸為代表的功能成分含量有很大差異，進而導致茶葉風味相去甚遠。”周智介紹道，“光照條件會影響氨基酸的積累，清明前后茶葉品質的差異很大程度來源于光照條件的不同，但其調控規(guī)律及響應機制尚不明確?！本痛?，他與湘豐茶業(yè)集團等企業(yè)合作，以湖南地區(qū)特異茶樹資源——保靖黃金茶為研究對象，展開了“Cr3+激活遠紅光發(fā)射熒光材料的制備與茶氨酸光代謝調控研究”項目的攻關。

通過修復表面缺陷、構建能量傳遞等多種策略對Cr3+激活的雙鈣鈦礦結構發(fā)光材料進行改性，周智團隊提高了熒光粉的光效，增強了器件的熱穩(wěn)定性，從而獲得燈具的最佳使用效果。借由這一封裝燈具進行的補光實驗，周智團隊明確了茶葉生長過程中的光調控機制：添加適量遠紅光后，茶氨酸含量高于單獨白光和單獨藍光3倍左右，是一種有效增加或維持茶氨酸含量的光照環(huán)境條件；換言之，遠紅光是調控茶氨酸合成路徑及基因表達的關鍵因素?！傲私庹{控機制后，我們將特殊波段藍光加上遠紅光進行復合處理之后對茶樹進行照射，使茶氨酸含量變得相對穩(wěn)定，可以將明前茶的有效采摘期延長一周左右?！蹦壳?，這一項目成果為植物照明燈具產(chǎn)業(yè)及茶產(chǎn)業(yè)提供了堅實的理論基礎，有效地促進了農用發(fā)光材料及植物燈用LED設備的發(fā)展，同時在茶葉增產(chǎn)、茶農增收等方面表現(xiàn)出極高的綜合經(jīng)濟效益。

截至目前，周智已累計申請專利50余項，其中已有20余項進入推廣及應用階段。以所學所研為產(chǎn)業(yè)發(fā)展持續(xù)賦能，是他投身產(chǎn)學研實踐的起點。如今身為人師，周智同樣堅定地扛起為行業(yè)培養(yǎng)新人的職責，他期待育得“源頭活水”，共同匯成行業(yè)發(fā)展的磅礴新歌。

“新農路”上好“光”景

2022年是周智的“豐收年”。在這一年，他先后斬獲了農業(yè)農村部神農青年英才、霍英東教育基金會高等院校青年科學獎、中國農學會青年科技獎和第五屆中國環(huán)境科學學會青年科學家優(yōu)秀獎等多個獎項。提及這些榮譽，周智認真地說：“這一切都離不開學校提供的平臺、離不開團隊成員的協(xié)助，更離不開學生的支持?！?/p>

在周智課題組剛剛成立、處處“捉襟見肘”的時候，他帶著僅有的3名本科生，一步步走到了繁花盛景時。如今回顧來時路，周智說：“把本科生當成研究生，他就是研究生；把研究生當成博士生，他就是博士生；把博士生當成同事，像同事一樣尊敬他，給他機會和空間，他就能夠像同事一樣做得好。我就是以這樣的態(tài)度來培養(yǎng)學生，逐步形成了適合我們的教學方法，也就此誕生了更多的教學成果?！?021年，湖南農業(yè)大學農學院融合現(xiàn)代信息技術、現(xiàn)代生物技術、現(xiàn)代工程技術和傳統(tǒng)農學共同設立了智慧農業(yè)專業(yè)，周智出任班主任和專業(yè)教授，他將前沿理論和實際課題引入課堂，著力培養(yǎng)學生成為國家急需的復合型人才?！靶罗r科建設本質上就是復合型農業(yè)人才建設，我們要做的就是發(fā)揮自己和團隊在科研和實踐方面的領先優(yōu)勢，幫助學生行穩(wěn)致遠、茁壯成長。”

“作物生長需要好的環(huán)境，包括光環(huán)境和土壤環(huán)境?！闭劶拔磥淼目蒲蟹较?，周智娓娓道來，“我們將繼續(xù)以茶為研究中心、以光為主要手段，分別就光照對茶樹功能成分含量變化的調控機制、光照在茶葉委凋等加工過程中的作用等方面，緊緊圍繞‘光與茶’的主題開展學科交叉研究；針對具體的產(chǎn)業(yè)問題，我們將選取多個研究視角、綜合不同學科之力進行聯(lián)合攻關，從而為‘新農路’創(chuàng)造更多好‘光’景?！?/p>