一棵棵植株在人們眼中究竟是像一隻隻貓貓狗狗一樣的個體，還是像一叢叢珊瑚那樣的聚合體，在植物學界一直是一個有争議的問題。17世紀現代植物學開創者憑他們的觀察和直覺，認為植株是類似珊瑚那樣的聚合體，每個芽是一個類似動物個體那樣完成生活周期的基本單位。雖然這種觀念一直由不同的學者傳承到20世紀，并得到發育生物學大家Waddington的認可，但這種觀念在19世紀因為各種陰差陽錯的原因逐漸被抛棄。進入20世紀之後，把植株視為個體的觀念成為主流。兩種觀念的争議之所以一直沒有得到解決，關鍵在于迄今為止，植物學家一直沒有在以單個“芽”的形式獨立生存的植物上建立起可進行實驗研究的系統。現在，北京大學和美國密西西比州立大學教授聯手組織衆籌，構建了一種研究植物生活周期核心形态建成過程的模式植物。

2023年4月19日，國際著名科學雜志PNAS（美國科學院院刊）子刊Nexus在線發表了Li等41位作者署名的論文：Plant-on-Chip: core morphogenesis processes in the tiny plant Wolffia australiana。該論文第一次系統地提供了微萍作為模式植物的基本信息，包括形态描述、基因組分析（包括AlphaFold蛋白結構和單細胞轉錄組）、微流芯片小植株培養和轉基因技術。同時，以無根、無維管束、誘導開花等三個形态建成特點為例，驗證了用該系統研究形态建成過程調控機制的可行性。

微萍是世界上最小的被子植物，橢球形，橫徑僅有1毫米左右，小植株結構包括一片葉片、一個雄蕊和一個雌蕊。雖然微萍在出現雌雄蕊之前可以如芽殖酵母那樣分枝，但分枝會很快與主體分離、獨立生長。因此微萍小植株的形态建成過程代表了植物完成生活周期所必需的核心過程。該文章提供了一個可操作的實驗系統，為研究植物完成生活周期的核心形态建成過程提供了新的探索空間——不僅提供了關于“芽是完成生活周期的基本單位”概念的實證，而且還為有關植物生長點結構與功能的關系、根的形态建成的關鍵調控環節、開花調控機制、乃至花的起源等基本的植物生物學問題提供了全新的探索視角。

70年後，我們做出了植物芯片（本圖由人大附中李峰、張興供稿）

藍色蜿蜒的背景表示“微流”。圖左右兩側的淺棕色可以解讀為持微流芯片的手。右上角的老者是70多年前開啟微萍（Wolffia）研究的瑞士植物學家Elias Landolt，左上兩張人像照片中是本文作者張大明和白書農。照片右側的圖表示植物發育單位。順流而下的圖分别是微萍染色體照片、基因組序列圖、單細胞測序圖、微萍小植株形态、用AlphaFold做的微萍特有基因序列的蛋白結構預測。左下的圖是本文作者、北大校友、現密西西比州立大學教授李靈。

該研究工作得以完成發表，一方面要歸功于中科院植物所張大明研究員從1994年開始的艱苦的探索性工作，為此奠定了基礎；另一方面要歸功于合作者們的北大情懷（全部作者都是北大師生、校友或北大校友的好朋友），以及對探索未知的熱情。在這種情懷與熱情的支撐下，該研究工作的完成為以“衆籌”的形式開展高風險的探索性工作提供了一個成功的範例！有關研究曆程詳見微萍網站www.wolffiapond.net（登錄名和密碼均為waus）

另外，特别值得一提的是，人大附中齊樂瑤、阿斯娜等連續幾屆的高中生，在北大生科院校友李峰博士（本文第一作者）的指導下，在人大附中的實驗室完成了對微萍的生長過程、開花誘導過程的系統觀察；而李峰博士的同事辇偉峰博士（北大工學院校友）則設計構建了微流芯片小植株培養的集成系統。這些成功的嘗試表明， 受過系統科學訓練的中學教師完全可以在中學帶領中學生開展具有真正意義上探索未知的科學研究活動。同時，微萍實驗系統的建立，為中學生在植物學領域開展全新的探索提供了契機。

原文鍊接：Plant-on-Chip: core morphogenesis processes in the tiny plant Wolffia australiana | PNAS Nexus | Oxford Academic (oup.com)