作者:陈菁霞 来源:中华读书报 发布时间:2010-1-4 15:00:10
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一片丹心为苍生
范云六:一位女院士的基因工程之路


范云六,湖南长沙人。农业生物工程专家。1952年毕业于武汉大学。1960年获苏联列宁格勒大学副博士学位。现任中国农业科学院生物技术研究所研究员;国家973计划专家顾问组成员;农作物基因资源与基因改良重大科学工程学术委员会主任;国际HarvestPlus项目中国负责人,中国工程院院士,生物科学博士,博士生导师。
 

范云六福湘女中同学合影
 
走进范云六的实验室,就像是走进了一座小型的生态植物园。各种各样奇异的,叫不出名目的植物,碧绿,鲜活,在补光灯的映射下,焕发出美丽的光彩和光芒。范云六亦如这些植物一样美丽,身材娇小,肤色白皙,79岁的高龄,竟看不出多少的老态来。似乎,时间在她的身上放慢了脚步似的。
 
而就是眼前的这位老人,在她几十年的科研生涯中,最早建成我国DNA体外重组质粒;建立了农口第一个分子生物学研究机构;率先将分子生物学技术应用在农作物遗传改良;国内最早获得转抗虫基因的水稻及棉花,并获得延缓害虫对转单一Bt基因植物产生抗性的科学数据;开发了具有优越酶学性质的乳糖酶及其高效生产新途径……
 
因为这些成绩和成就,范云六于1997年当选为中国工程院院士。这也成为她故乡的骄傲和荣耀——她是工程院第一位、也是(至今)唯一的湘籍女院士。
 
叩开成功之门
 
范云六1930年出生于湖南长沙。没几年,就赶上了“卢沟桥事变”,日寇大举发动侵华战争。时代的动乱打乱了这个小女孩童年的幸福和平静。1944年,正上初中二年级的范云六,在舅舅的带领下开始了颠沛流离的逃难生活(其时父母已远避贵州)。白天,他们躲进农民在山上搭起的小草棚,晚上才敢偷偷地出来找点东西吃。她亲眼目睹了许许多多的同胞惨死在日本人的屠刀之下,她的一个姑姑便是在日本兵的迫害下,被逼投水自杀。这些,长久地留存在范云六的记忆里,虽然苦痛,却也使她警醒:国之不国,何以家为?
 
抗战胜利了,范云六一心想重返学校。这时,恰好大姐刚从浙江大学化工系毕业,失业在家。范云六拾起了课本,让大姐帮助补习数学、物理、化学等科目。自身的努力加上大姐的耐心辅导,不出半年,范云六便以优异的成绩,考上了长沙著名的教会学校福湘女中,并且跨过初三,直接升入高中一年级二期。
 
福湘女中环境优美,管理也极其严格。学生们两周才被允许出一次校门。但范云六并不觉得苦闷,相反,生性活泼的她,喜欢唱歌,跳舞,喜欢听古典音乐,打排球,被选进校排球队打第二排。范云六的生活里充满了欢乐。
 
1948年,范云六高中毕业了。她面临着人生道路上的第一次选择,考哪个大学,报什么专业,心里没有一点底。大姐建议她学农业化学,因为实用性强,毕业后好找工作。范云六听从了姐姐的意见,当年以第一名的成绩考上了武汉大学农业化学系。
 
四年的大学生活,珞珈山下的美丽校园,尤其是武大自由、开放的学风,给范云六留下了终生难忘的美好回忆。范云六说她太喜欢武汉大学了。在那里,可以随便到哪个学院去选修自己喜欢的课程,也可以到图书馆查阅最新的科技信息。同时,学校还鼓励学生利用课余时间去做家庭教师,培养自强自立的生活态度和生活方式。
 
武大读书期间,教土壤微生物学的陈华癸教授对范云六的影响最大,她一生的科研方向就是受他的影响选定的。“受陈教授潜移默化的影响,我对微生物这一学科产生了浓厚的兴趣,这也是我致力探索微观世界奥秘的开始和源动力。从根本上说,是我以后钟情于分子生物学并为之奉献了我全部精力和热情的转折点。现在回想起来,我总觉得,一个人的命运与事业开始可能就隐藏在一个不为你所知的地方,直到有一天,你的智慧受到了启迪,你的思想受到了碰撞,才有机会叩开成功之门!”在《中国工程院院士自述》中,范云六表达了对恩师的爱戴和感念。
 
1952年,大学毕业的范云六小试“牛刀”,竟然出手不凡,当年从事矽盐酸细菌研究发表的论文,至今仍被该领域的研究人员引用。其时正处于新中国建国初期,各行各业都急需优秀的专门人才。1956年,经过层层选拔,范云六被派往苏联列宁格勒大学留学,主修微生物专业。导师给她的题目是羽扇豆(lupin)根瘤菌固氮有效性研究。这是她第一次真正从科学角度研究探索微生物与植物的相互作用关系,为今后从事农作物基因工程研究奠定了基础。1960年,她获得生物学副博士学位,带着平时省吃俭用节约的钱买下的大批科技书籍和资料,踏上了归国之路。
 
科研生涯之始
 
祖国向学成归来的儿女们张开了温暖的怀抱。时任国务院科学技术委员会主任的聂荣臻元帅亲切接见并宴请了他们,勉励他们利用学到的知识多为中国的发展做贡献。范云六被分配到中科院微生物所遗传室工作,带领一个科研小组开始了独立科研生涯。由此,她成为我国微生物学领域中最早从事分子遗传的科学家之一。
 
“可以说,这是我科研生涯的真正开始。”科研上的道路才刚刚发端,物质生活上,范云六在那个特殊的年代也经历了种种的曲折和艰难。刚从苏联回来时,一家三代同住在13平方米的房子里,连张书桌也摆不下,一个人洗澡,全家人都得出去。那时,每天晚上匆匆吃了饭,女儿趴在饭桌上背书,儿子趴到缝纫机上做作业。待他们做完了,才轮到她和丈夫趴到饭桌和缝纫机上做科研。
 
基因工程最早是在微生物学领域里建立和发展起来的。1972年,美国斯坦福大学的Berg教授等人首次用限制性内切酶切割病毒SV40DNA和噬菌体DNA,经过连接组成重组DNA分子,这是世界上第一个重组DNA分子。1973年,Cohen等进一步实现了细菌间性状的转移,他们在含四环素和新霉素的平板中选出了既抗四环素又抗新霉素的重组菌落,标志着基因工程的诞生。基因工程的出现,受到了各个国家的极大关注,其理论和实践意义非常重大,将为解决世界面临的能源、粮食、人口、资源以及环境污染等重大问题开辟新途径,并直接关系到医药、轻工、食品、农牧业等传统产品的改造和新产品的形成。从这个意义上说,如果没有质粒分子生物学的研究,基因工程就失去了存在和发展的基础和可能。
 
正是敏锐地意识到基因工程这种巨大的应用潜力,在中科院微生物所工作期间,范云六率先开展了基因工程的基础性工作——质粒(一种细菌细胞内独立存在于染色体之外的DNA分子)的分子生物学研究。1976年,她在国内第一个发表了质粒分子生物学方面的科研报告。3年后,率先建成了DNA体外重组质粒。由于范云六出色的工作,1979年,世界著名的基因工程创始人之一Cohen教授特邀她在国际细菌质粒大会上向众多世界分子生物学家作报告。1980年,国内遗传学界的泰斗和奠基人谈家祯教授邀请她在复旦大学举办的全国基因工程讲习班上作报告。这次讲习班对中国基因工程研究的启动与发展起到了积极的推动作用。
 
1980年,范云六再一次走出国门,以访问学者的身份分别到美国威斯康辛大学和西北大学进修,继续从事质粒分子生物学研究。在美国的两年,她亲身感受到了西方发达国家的科技优势,以及在先进的科研体制下所产生的工作效率,这使她有一种时不我待的紧迫感。“要追,要赶,要走到他们前面去!”
 
半百之年的选择
 
1982年年底,范云六从美国回来了。那年,她已经52岁,用她自己的话来说,是“过了‘知天命’的年龄”。这个年龄重新确立科研方向,还想干出一番事业,谈何容易?她困惑,彷徨。基因工程涵盖医药、海洋、农业等多方面,她当时有农业、环保和医学三个领域可以选择。到底今后的路如何走?选择什么作为下一步事业的发展方向和突破口?
 
其时,在世界“基因大战”的硝烟中,中国政府也在不断调整前进的方向。1982年,国家科委第一次把基因工程列为国家的“六五”科技攻关项目,并在“七五”攻关项目中加强力度,扩大研究领域。在陈华癸教授的建议和中国农业科学院领导的热诚邀请下,范云六于1984年来到农科院。当时,分子生物学领域在我国农口几乎是一片空白,她创建了我国农口第一个分子生物学研究机构,并参与负责组建了生物技术研究中心,以及农业部农作物分子及细胞生物学重点实验室。在分子生物学研究室建立初期,还得到了时任国家经委副主任朱镕基特批的经费支持。
 
问及她半百之年从中科院到农科院来开始一项全新的事业,勇气来自何处?范云六的回答是对一项事业的“热爱”和“无怨无悔”。而实际上,在灼人的情感背后,是她对中国实际和世界科技发展趋势的前瞻和洞察。“学科分工越来越细,但综合性也越来越强,多学科之间的交叉互补是科学发展的必然趋势。20世纪80年代初,分子生物学对于我国农业来说还是一片空白,而西方先进国家已经开始瞄准农业这个全球性的问题来开展工作,并已取得了一定的成绩。我国是个农业大国,农业新一轮的革命必须有赖于分子生物技术的有机结合才能实现。因此,我选择了农业作为我事业新的起点。”
 
在农科院,范云六开始了基因工程育种的研究。基因工程育种大大拓宽了基因源,可以从动物、植物、微生物中分离基因,并在三者间把基因相互转移。她不顾别人的怀疑,认准方向,义无反顾,利用我国已有的生物技术基础研究领域的有利位置,继续进行原创性科研工作,下决心与发达国家争夺生物技术领域的学术制高点。
 
抗击棉铃虫
 
农业最大的敌人莫过于病虫害,仅危害棉花的害虫就有300多种。上世纪90年代,棉铃虫每年都给国家造成几十亿元的经济损失,尤其在1992年,北方棉区减产皮棉8万吨,棉铃虫造成的直接经济损失超过100亿元;1992年至1996年,棉农因防治棉铃虫而中毒人数超过24万人次。由于棉铃虫很快就能产生抗药性,棉农喷施农药的次数,从1次到20余次,最后把它放在农药原液中,它依然悠然自在。
 
当时,美国孟山都公司在世界上第一个获得了Bt杀虫基因的专利权,并通过基因工程育种得到了抗虫棉品种。1998年,孟山都公司抢先垄断了中国抗虫棉市场份额的95%,在中国遭受棉铃虫危害最严重的时候,他们曾提出以9000万美元的价格将其转基因抗虫棉技术转让给中国。当国内正徘徊在“引进国外抗虫棉”的十字路口时,为了捍卫民族农业生物技术产业的健康发展,打破国外的垄断地位,范云六毫不犹豫地选择了自主研发抗虫棉的道路。
 
早在国家863高技术计划实施之前,她的实验室在棉花转基因技术方面,已经取得了重大突破。在范云六的带领下,不仅她本人的实验室在国内率先掌握了抗虫棉的关键核心技术,率先获得了转Bt基因的棉花植株,对天然Bt基因的密码子进行人工设计优化,而且还领导全国形成了较完整的上中下游结合的研究体系,为中国抗虫棉的产业化奠定了人才和关键核心基因技术的基础。
 
除了Bt基因外,在她的实验室还人工设计合成了在植物中能高效表达的昆虫特异性神经毒素基因(蝎毒基因)。这些基因对棉铃虫有很好的毒杀效果,在同美国抗虫棉竞争过程当中,国产抗虫棉逐步取得优势,打破了美国抗虫棉的垄断地位,全面提高了中国棉花产业开发的创新能力和国际竞争力。
 
当时,由于基因工程抗虫棉研究取得的进展,胡锦涛、温家宝、宋健等国家领导人视察了范云六的实验室,听取了她关于基因工程抗虫棉研究进展的汇报。世界绿色革命之父——诺贝尔奖获得者NormanBorlaug也访问了这位中国生物学家的实验室。
 
“我们不但要拿到基因‘元件’,还要让需要的基因到植物里安家落户。”在获得了上述目的基因的基础上,范云六领导生物技术研究中心广泛开展了植物遗传转化的研究,涉及的植物包括水稻、棉花、玉米、杨树、马铃薯、番茄、油菜等。她采用原生质体、农杆菌感染、花粉管导入的方法,在国内最早获得转Bt基因的水稻和棉花植株;她研究出来的高抗二化螟、三化螟的水稻材料,为我国的水稻抗虫育种展示了光明的前景;她将Bt基因导入水稻,使新的转基因水稻对螟虫的毒杀效果达到90%以上。
 
范云六的这项工作,受到了国际同行和洛克菲勒基金会的重视。1996年,她应邀在东亚地区国际水稻生物技术大会上作学术报告。其研制的高效杀虫基因,在2009年我国第一个批准生产的转Bt基因抗虫水稻中发挥了重要的作用。
 
改造玉米基因生产“绿色磷
 
通常,人们一想到科学家的研究,总是会联想到那些高、精、尖的科技问题。比如,火箭、卫星、原子弹等,虽然和国家命脉相连,但离老百姓的日常生活比较遥远。作为基因生物学家,尤其是和农业紧密相关的生物研究领域,范云六的每一项科研,都和苍生百姓的生活产生了血脉相连、唇齿相依的关系。
 
攻克了棉铃虫问题之后,范云六开始将目光转移到改造玉米基因上来。她注意到,畜禽和水生动物的成长需要一种重要的矿物元素——磷。玉米、大豆等饲料中的植酸磷非常丰富。但是,由于动物体内缺乏“植酸酶”,很难吸收植酸磷。为此,畜牧业的饲料中不得不高价购买矿物磷进行添加。而与此同时,饲料原料中未被动物利用的植酸磷却形成了高磷粪便,我国畜牧业每年有300多万吨磷从畜禽粪便里排放,极大地污染了环境。
 
虽然20世纪90年代,有人发现了以微生物发酵的方式生产植酸酶,以此降解植酸磷,释放无机磷,供动物吸收。且植酸酶也得到了比较广泛的应用,但如何节约成本和降低能耗一直是一个亟待解决的问题,也是我国畜牧业可持续发展和环境保护的重大课题。
 
早在10年前,范云六的科研团队就从真菌里克隆出植酸酶基因,并获得了国家专利,具有自主知识产权。现在,她选择了玉米作为转植酸酶基因的材料,是因为我国80%的玉米用于生产饲料。范云六顺利地在实验室完成了转植酸酶基因玉米的分子设计。她的科研团队,用基因枪把含有植酸酶DNA的微弹直接发射到受粉9天后的玉米胚细胞内。在培养基里,这些新型的细胞被培养成种苗。对每一批新种苗都要经过研究人员的DNA“检验”,不含有植酸酶基因的马上被淘汰;还要对含有植酸酶基因的种苗的种子中植酸酶的活性进行检验,如果植酸酶的活性达不到饲料行业标准的要求,以及种苗在以后的大田成长中,玉米的产量、抗病以及植酸酶的活性等方面表现不好,也都会被淘汰。
 
这些珍贵的转基因种苗开始时长势很弱。那时候,物质条件差,温室门窗走风漏气,夜间冷得像室外一样;玻璃也灰尘蒙面,透不进多少阳光。第一轮,只长出几十粒种子。为此,范云六带领大家修房、补漏、换玻璃,还买来钠汞灯和电炉子增加光照和室温,在这样的温室里一种就是三年,直到后来搬进新建的温室。外国专家来参观时称赞说,这些转基因种苗长势不错,和他们温室中长的苗可比美。可当范云六带他们到旧温室“忆苦思甜”时,他们都惊诧不已,赞扬不绝。
 
经过与传统育种的结合和杂交育种,范云六的科研团队得到了27个含有植酸酶并能稳定遗传的转基因玉米纯合系。就这样,范云六把一粒粒普通的玉米种子变成一座座微型“生物工厂”,生产出富含植酸酶的优质饲料原料(玉米),实现了科学家多年来梦寐以求的生产“绿色磷”的梦想,解决了畜牧养殖业的这个营养难题。
 
这种由我国科学家首创的植酸酶生产方式有巨大的产业优势——不需要厂房、发酵罐、产品后加工设备等,比发酵生产的成本低得多;生产过程仅是玉米种子的田间生长过程,无需耗费其他能量,也不需再进行植酸酶的提取和纯化,节约大量能源(仅2006年我国发酵生产植酸酶的能源费用就达4.5亿元);此外,植酸酶能在种子中长期稳定保存,无需酶类产品特殊的保存条件,极其易于长距离运输和普及推广。
 
国内著名的遗传育种、分子生物学和动物营养学专家评价说,这项研究的技术水平,已经达到国际同类研究的领先水平。这项成果历时12年,2008年12月通过了农业部安全评价委员会评审。2009年11月获得农业部正式颁发的转基因生物安全生产许可证书。植酸酶玉米的产业化,将是我国农业生物技术继抗虫棉后一个重要的里程碑,使我国在当今农业生物技术产业化的激烈国际竞争中,占有一席之地和制高点。
 
带领科研团队的“足球”理论
 
2004年,范云六受“国际丰收附加计划”的委托,在国际有关项目的资助下,开始利用传统育种和生物技术育种的手段,提高现有农作物中微量营养元素的含量,以减少和预防贫困人口普遍存在的人体营养不良和微量营养缺乏。
 
范云六带动国内几十家大学、科研院所和相关政府部门的作物育种学家、人类营养学家、经济学家实施这项纯粹的社会公益性科研活动,取得了很大进展——获得高铁水稻新品系、高维生素A源玉米杂交种、高铁锌含量的小麦品系、高胡萝卜素甘薯新品系。我国一些贫困地区的儿童,通过食用新培育的甘薯,严重缺乏维生素A的孩子由原来的16.7%降到1.4%,一般性缺乏维生素A的孩子由原来的51.4%降到27.8%。
 
“中国生物强化项目”最终目标的实现,不仅将使中国3亿营养不良人群受益,大大减少5岁以下的儿童死亡率,减少营养不良人群成年易患的如心血管疾病、肥胖症、高血压以及糖尿病等疾病,每年减少我国因营养不良遭受的劳动力损失几千亿元;也将为减少全人类因贫困造成的营养不良做出巨大贡献。
 
在1989年的第二届国际水稻遗传学会议上,范云六被推选为国际水稻遗传工程委员会的5个委员之一;1990年,她又被世界粮农组织/联合国开发计划署任命为亚洲植物生物技术的中国项目负责人;1997年,她当选为中国工程院院士。
 
每每谈及科研成就的时候,范云六总是将个人的成绩与自己的科研团队联系在一起。几十年中,她培养出硕士、博士研究生70余名。如今,他们均活跃在国内外生物技术领域中,有的已在国际最高水平的学术刊物SCIENCE和NATURE上发表了研究论文,成为出色的高级研究人员,有的已成长为科技管理专家。此外,范云六还为荷兰Wagenigen农业大学培养了一批进修生。
 
她把希望寄托在青年身上。“青年人是真正的希望所在,所以培养新人是老一代的职责。我愿意将自己有用的知识留给青年一代,也愿将我尚不知,但有一条通往可知的路指给青年一代。”
 
年轻的时候,范云六喜欢排球,后来因为儿子喜欢足球,她也跟着爱上了足球。“踢足球,太像我们搞科研了。也许这是我喜欢足球的一个原因,从足球比赛悟出了不少科研的道理……”
 
“一个球队要有球星,一个科研集体也要有尖子人才。一个球队没有球星,就难夺冠军;一个科研集体,没有尖子人才也难以创出一流科研成果,更谈不上闯进世界前沿……”“球星与球队紧密配合,尖子人才也要与科研团队配合。一个球星离开球队难以独争天下,一个尖子人才离开团队也是无法施展本领……”
 
记者在写作这篇访谈稿的时候,范云六这位科研团队的“主教练”,正在国外参加学术会议。正如她所从事的基因生物一样,她就像一棵常青的绿植,饱含着生命热情,驰骋在宽广的基因科学领域里。
 
附及:本文写作中参考了范云六院士的秘书王磊先生和人才学研究学者杨敬东先生的相关资料,在此一并表示谢忱。
 
 
 
 
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