13年13金！揭秘厦大金奖团队背后的故事
沿海地区的土地也会面临干旱问题？处于亚热带地区的农作物也会遭遇冻害威胁？
在不久前结束的2023年国际遗传工程机器大赛（简称iGEM）上，厦门大学本科生团队（XMU-China）从全球400支队伍中脱颖而出，斩获金奖，并提名“最佳新基础生物砖”奖项。
2023年XMU-China队员一览
XMU-China团队由张瑷珲博士和洪文晶教授带队，8个不同学院的17名本科生组成，2位研究生担任指导。他们今年选择了iGEM竞赛的农业赛道，关注极端气候灾害下土壤干旱和冻害对农业安全的威胁，并致力于通过合成生物学方法提出创新的解决方案。
这是XMU-China建队的第13年，也是他们拿下的第13枚金牌。读懂他们的故事，不仅要走进实验室，更要走进田间地头。
实验不只在实验室，更在田间地头
“老乡啊，咱们之前茶树草甘膦残留的问题现在怎么样了？”
“唉张老师，在你们的帮助下，草甘膦的问题是解决了，但你们一定要去看看山上的茶树，今年干旱的问题更要命啊！”
这次偶然的线上回访给XMU-China团队今年的参赛项目提供了灵感。
武夷山地处亚热带季风气候区，理论上应是水土丰饶的宝地，但大片的茶树却生长在土壤层较薄的山腰或山顶，水土流失极为严重，所以干旱常来捣乱。干旱一来，茶树就像被按了暂停键，生长变得慢吞吞，叶子开始皱缩、变黄，大大影响芽叶的数量和质量。
而到了晚秋、冬季和早春，另一重低温冻害的挑战又接踵而至，这不仅会让茶树进入休眠期，还会让叶片遭受冰雪的洗礼，轻则枯萎掉落，重则让整株茶树丧命。
为了更好地了解实际需求，XMU-China的队员们开始了田野调查。
在武夷山，他们先后走访了当地茶庄、气象局、农业局、茶叶局、茶园和农户，围绕干旱与霜冻展开了不同角度的调研。
队员们在武夷山参观气象监测设备
在一次偶然的交谈中，他们了解到江西省信丰县的脐橙在特定季节也易发生干旱与冻害。于是他们来到此地，深入了解干旱与霜冻灾害对脐橙种植业的影响。队员们在炎炎夏日走进当地果园，却发现因多日未降雨，部分果树的叶片已经呈现蜷曲状态，果实软化，大大影响收成。
受干旱影响而萎靡的脐橙果树
听取当地农民的诉求后，他们惊喜地找到了实验研究与农业安全之间的契合点。“植物缺水，那我们就在根部附近的土壤里涂上‘保湿精华’，锁住更多水分；植物怕冷，那就在土壤里播撒一个个微型‘保温棉’，阻止冻害对植物的损伤。”
如何实现他们的项目构想？这就需要运用合成生物学中的工程化基因回路编辑技术。这一技术能够重新整合和塑造微生物细胞工厂，建造出新的生产线，生产所需的功能性物质。
项目原理图
生产“功能性物质”，需要“工厂”和“车间”。在XMU-China团队的实验中，工厂和车间就是简单易操作的大肠杆菌。他们对大肠杆菌进行工程化改造，导入一些能够表达功能性产品的“生产线”，使其成为一个个微生物细胞工厂。其中，一种细胞工厂能够在团队自主搭建的生物反应器中，智能化生产出“保湿精华”（交联的保水剂）；另一种细胞工厂能在自然环境中自动地响应温度变化，生产并分泌一类叫“抗冻蛋白”的物质，实现抵抗低温冻害的功能。
在项目设计的头脑风暴阶段，队员们在微生物细胞工厂的作用对象上产生了纠结。究竟应该将它作用于植物内部还是土壤里呢？哪种方式可以更好发挥效用？
在长达80天的深入学习与探讨后，他们得到了答案——“我们决定通过改变土壤的性能，进一步地去保护植物，这样可以最大程度帮助各种不同的植物应对干旱和霜冻。”
对土壤而非植物下功夫，可以避免因直接改造植物可能带来的性状变化，同时使项目不局限在少数几种植物上，更具有普适性，从而最大程度地发挥抗旱抗冻的性能。
在完成基本实验后，团队带着研究成果，回到茶园进行测试和反馈。此外，他们还尝试联系相应的公司去验证设计的可行性，探索把产品推向市场的路径，期待能在未来实现产品的真正落地。
“从问题中来，到问题中去，一直是我们的追求。虽然能不能‘到问题中去’面临着许多现实的阻力，但是我们从未放弃这一想法。”团队的指导陈俊宏博士生如是说。
失败是实验的常态，但放弃不是
化学楼494里摆着一张沙发和一张折叠床，长度均不足两米，但却留下过XMU-China团队数十人或深或浅的睡眠。为了等一板细菌长大、为了测试装置的性能，他们义无反顾地投入了上百个日夜。
化学楼494的两张“床”
在494，还有一本被戏称为“发疯笔记”的记录本，上面密密麻麻写满了大家九个月以来的心路历程。实验组成员庄晨芳是笔记的主要撰写者之一。她负责的一项实验内容是消除大肠杆菌Nissle 1917中的两个内源性质粒，保障后续的基因工程顺利进行。
庄晨芳在做实验
这个看似简单的“消除”动作，却让实验新人庄晨芳历经了三个月的煎熬，“你可以想象我三个月以来，几乎每一天都泡在实验室里，五六个小时打底，每天都在做这个事情，一直失败一直重来，一直重来一直失败。”
每次实验，她都需要使用移液枪，从培养的菌落中随机挑选10到20个，进行PCR操作，等待并比对检测的结果，呈现为阴性才算成功。这样的操作有时一天需要进行3次，一次最少2个小时。在操作过程中，她的手需要一直保持着按压移液枪的动作，同样的姿势重复60多次，几天下来，手臂像灌了铅似的酸痛。
队员们在做实验
迎着日出走进实验室，踩着星光走出实验室是他们的日常。庄晨芳印象最深刻的一天，消耗的移液枪枪头足足需要用一个废料桶才能装下，整整有三百多支，每一支代表的都是一次移液操作。那一天，她从晚上九点一直做到次日早上八点。
三个月的坚持总有取得突破的那一天。在无数次尝试和师兄与队友的帮助下，两个顽固的质粒终于被消除了。三个月里的每一天，庄晨芳几乎不间断地在本子上记录自己的心情，光这一件事，从头到尾写了三页。当她最后写下“完结撒花”的那一刻，心里悬着的大石头才终于落地了。
（左右滑动查看）
“失败是实验的常态，但放弃不是。”这是每一个实验组的成员常常挂在嘴边的话。与其说是为了比赛坚持，不如说是为了自己和队伍的意志坚持着。XMU-China今年的指导老师张瑷珲博士从18年开始就参与到iGEM比赛的指导工作中，他和另外两位指导陈俊宏、黄佳城不仅为队员们提供专业上的指导，还是他们学习生活的“大师兄”。
黄佳城在指导队员调试设备
“师兄，实验做完了，你快看看数据。”
“师兄，我睡二十分钟，你一定要叫我起来！”
“师兄……”
与此同时，考虑到国际比赛对英语水平的要求，团队顾问邱丽敏便主动担任起“英语讲师”的角色，为队员们安排文案和语法培训，帮助大家更好地适应比赛。
一声声“师兄”，一次次指导，书写着厦大iGEM团队的传承性。13年来，他们不断调整和改革团队的培养模式，已形成以本科生为主，由研究生指导的成熟培养体系。一代代厦大iGEMers坚持“iGEM is a lesson more than a show.”的信条，在比赛中锻炼科研能力、提高语言水平、学习沟通方法。
不论国籍，
我们都是一群想改变世界的年轻人
决赛现场的队员们
在决赛展厅内，XMU-China的队员们当起了“小摊主”，有的留在自己的摊位，施展出浑身解数向评委和其他选手介绍团队的项目内容；也有的积极向外探索，流转在不同的摊位上，耐心地倾听别人的项目方案。
团队成员程坦坦在给其他选手介绍项目
面对一张张陌生的脸庞，可能语言不通、文化不同，“但是有一种奇妙的感受，好像我们很远，没有iGEM就是一辈子不可能打照面的陌生人，但是我们又很近，都在同一块学术土壤上。”
来自艺术学院的徐苏杭是厦大团队的“艺术总监”，负责用生动有趣的动画和漫画传播团队课题内容。在比赛现场，总能看到她歪着头，认真与其他队伍交流课题。哪怕囿于专业和语言的障碍，他们有时无法完全听懂对方所说，却能从激动的语调和自豪的微笑中感受到不言而喻的热情。
徐苏杭在与其他团队交流
XMU-China具有队伍建设完整、选题符合实际等优势，国外的队伍也有新颖的想法和出众的“讲故事”能力，在彼此的交流与坦诚中，这群热爱科研的年轻人在一点点靠近。
iGEM是一场严峻的考验。队员们不仅要提前学习远超课本的专业知识，还要品尝科研过程的酸甜苦辣。与此同时，iGEM的集体竞技模式，也充分锻炼着团队中每一位成员团队合作与自我管理的能力。
通过参赛，队员们与世界知名大学的队伍同台竞技，与世界相关领域的领军专家零距离交流，开拓了国际视野的同时也极大地提升了学生的自信心。荣誉和掌声之下，刻画的是一段难忘的人生岁月。
“比赛已不仅仅是联系我们彼此友谊的纽带，也为大家的未来提供了更多的可能性。希望我们都能够带着iGEM的信念，继续在科研的道路上奋斗下去！”这是今年的队长宋泓霖给队员们的寄语。
作为XMU-China最“老”的成员，张瑷珲博士说，“未来，希望你们都能成为干实事的小科学家。”
2024年的赛季又如期而至，他们再次踏上新的征程，从实验小白成长为独当一面的团队骨干，继续将永不言弃的精神传承下去。
文：赖旻琪图由XMU-China团队提供责编：张火火、曾浣浣厦门大学党委宣传部出品