來源:《科學時報》
范云六,湖南長沙人。農(nóng)業(yè)生物工程專家。1952年畢業(yè)于武漢大學。1960年獲蘇聯(lián)列寧格勒大學副博士學位?,F(xiàn)任中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所研究員;國家973計劃專家顧問組成員;農(nóng)作物基因資源與基因改良重大科學工程學術委員會主任;國際HarvestPlus項目中國負責人,中國工程院院士,生物科學博士,博士生導師。
范云六福湘女中同學合影
走進范云六的實驗室,就像是走進了一座小型的生態(tài)植物園。各種各樣奇異的,叫不出名目的植物,碧綠,鮮活,在補光燈的映射下,煥發(fā)出美麗的光彩和光芒。范云六亦如這些植物一樣美麗,身材嬌小,膚色白皙,79歲的高齡,竟看不出多少的老態(tài)來。似乎,時間在她的身上放慢了腳步似的。
而就是眼前的這位老人,在她幾十年的科研生涯中,最早建成我國DNA體外重組質粒;建立了農(nóng)口第一個分子生物學研究機構;率先將分子生物學技術應用在農(nóng)作物遺傳改良;國內最早獲得轉抗蟲基因的水稻及棉花,并獲得延緩害蟲對轉單一Bt基因植物產(chǎn)生抗性的科學數(shù)據(jù);開發(fā)了具有優(yōu)越酶學性質的乳糖酶及其高效生產(chǎn)新途徑……
因為這些成績和成就,范云六于1997年當選為中國工程院院士。這也成為她故鄉(xiāng)的驕傲和榮耀--她是工程院第一位、也是(至今)唯一的湘籍女院士。
叩開成功之門
范云六1930年出生于湖南長沙。沒幾年,就趕上了“盧溝橋事變”,日寇大舉發(fā)動侵華戰(zhàn)爭。時代的動亂打亂了這個小女孩童年的幸福和平靜。1944年,正上初中二年級的范云六,在舅舅的帶領下開始了顛沛流離的逃難生活(其時父母已遠避貴州)。白天,他們躲進農(nóng)民在山上搭起的小草棚,晚上才敢偷偷地出來找點東西吃。她親眼目睹了許許多多的同胞慘死在日本人的屠刀之下,她的一個姑姑便是在日本兵的迫害下,被逼投水自殺。這些,長久地留存在范云六的記憶里,雖然苦痛,卻也使她警醒:國之不國,何以家為?
抗戰(zhàn)勝利了,范云六一心想重返學校。這時,恰好大姐剛從浙江大學化工系畢業(yè),失業(yè)在家。范云六拾起了課本,讓大姐幫助補習數(shù)學、物理、化學等科目。自身的努力加上大姐的耐心輔導,不出半年,范云六便以優(yōu)異的成績,考上了長沙著名的教會學校福湘女中,并且跨過初三,直接升入高中一年級二期。
福湘女中環(huán)境優(yōu)美,管理也極其嚴格。學生們兩周才被允許出一次校門。但范云六并不覺得苦悶,相反,生性活潑的她,喜歡唱歌,跳舞,喜歡聽古典音樂,打排球,被選進校排球隊打第二排。范云六的生活里充滿了歡樂。
1948年,范云六高中畢業(yè)了。她面臨著人生道路上的第一次選擇,考哪個大學,報什么專業(yè),心里沒有一點底。大姐建議她學農(nóng)業(yè)化學,因為實用性強,畢業(yè)后好找工作。范云六聽從了姐姐的意見,當年以第一名的成績考上了武漢大學農(nóng)業(yè)化學系。
四年的大學生活,珞珈山下的美麗校園,尤其是武大自由、開放的學風,給范云六留下了終生難忘的美好回憶。范云六說她太喜歡武漢大學了。在那里,可以隨便到哪個學院去選修自己喜歡的課程,也可以到圖書館查閱最新的科技信息。同時,學校還鼓勵學生利用課余時間去做家庭教師,培養(yǎng)自強自立的生活態(tài)度和生活方式。
武大讀書期間,教土壤微生物學的陳華癸教授對范云六的影響最大,她一生的科研方向就是受他的影響選定的。“受陳教授潛移默化的影響,我對微生物這一學科產(chǎn)生了濃厚的興趣,這也是我致力探索微觀世界奧秘的開始和源動力。從根本上說,是我以后鐘情于分子生物學并為之奉獻了我全部精力和熱情的轉折點?,F(xiàn)在回想起來,我總覺得,一個人的命運與事業(yè)開始可能就隱藏在一個不為你所知的地方,直到有一天,你的智慧受到了啟迪,你的思想受到了碰撞,才有機會叩開成功之門!”在《中國工程院院士自述》中,范云六表達了對恩師的愛戴和感念。
1952年,大學畢業(yè)的范云六小試“牛刀”,竟然出手不凡,當年從事矽鹽酸細菌研究發(fā)表的論文,至今仍被該領域的研究人員引用。其時正處于新中國建國初期,各行各業(yè)都急需優(yōu)秀的專門人才。1956年,經(jīng)過層層選拔,范云六被派往蘇聯(lián)列寧格勒大學留學,主修微生物專業(yè)。導師給她的題目是羽扇豆(lupin)根瘤菌固氮有效性研究。這是她第一次真正從科學角度研究探索微生物與植物的相互作用關系,為今后從事農(nóng)作物基因工程研究奠定了基礎。1960年,她獲得生物學副博士學位,帶著平時省吃儉用節(jié)約的錢買下的大批科技書籍和資料,踏上了歸國之路。
科研生涯之始
祖國向學成歸來的兒女們張開了溫暖的懷抱。時任國務院科學技術委員會主任的聶榮臻元帥親切接見并宴請了他們,勉勵他們利用學到的知識多為中國的發(fā)展做貢獻。范云六被分配到中科院微生物所遺傳室工作,帶領一個科研小組開始了獨立科研生涯。由此,她成為我國微生物學領域中最早從事分子遺傳的科學家之一。
“可以說,這是我科研生涯的真正開始?!笨蒲猩系牡缆凡艅倓偘l(fā)端,物質生活上,范云六在那個特殊的年代也經(jīng)歷了種種的曲折和艱難。剛從蘇聯(lián)回來時,一家三代同住在13平方米的房子里,連張書桌也擺不下,一個人洗澡,全家人都得出去。那時,每天晚上匆匆吃了飯,女兒趴在飯桌上背書,兒子趴到縫紉機上做作業(yè)。待他們做完了,才輪到她和丈夫趴到飯桌和縫紉機上做科研。
基因工程最早是在微生物學領域里建立和發(fā)展起來的。1972年,美國斯坦福大學的Berg教授等人首次用限制性內切酶切割病毒SV40DNA和噬菌體DNA,經(jīng)過連接組成重組DNA分子,這是世界上第一個重組DNA分子。1973年,Cohen等進一步實現(xiàn)了細菌間性狀的轉移,他們在含四環(huán)素和新霉素的平板中選出了既抗四環(huán)素又抗新霉素的重組菌落,標志著基因工程的誕生?;蚬こ痰某霈F(xiàn),受到了各個國家的極大關注,其理論和實踐意義非常重大,將為解決世界面臨的能源、糧食、人口、資源以及環(huán)境污染等重大問題開辟新途徑,并直接關系到醫(yī)藥、輕工、食品、農(nóng)牧業(yè)等傳統(tǒng)產(chǎn)品的改造和新產(chǎn)品的形成。從這個意義上說,如果沒有質粒分子生物學的研究,基因工程就失去了存在和發(fā)展的基礎和可能。
正是敏銳地意識到基因工程這種巨大的應用潛力,在中科院微生物所工作期間,范云六率先開展了基因工程的基礎性工作??質粒(一種細菌細胞內獨立存在于染色體之外的DNA分子)的分子生物學研究。1976年,她在國內第一個發(fā)表了質粒分子生物學方面的科研報告。3年后,率先建成了DNA體外重組質粒。由于范云六出色的工作,1979年,世界著名的基因工程創(chuàng)始人之一Cohen教授特邀她在國際細菌質粒大會上向眾多世界分子生物學家作報告。1980年,國內遺傳學界的泰斗和奠基人談家禎教授邀請她在復旦大學舉辦的全國基因工程講習班上作報告。這次講習班對中國基因工程研究的啟動與發(fā)展起到了積極的推動作用。
1980年,范云六再一次走出國門,以訪問學者的身份分別到美國威斯康辛大學和西北大學進修,繼續(xù)從事質粒分子生物學研究。在美國的兩年,她親身感受到了西方發(fā)達國家的科技優(yōu)勢,以及在先進的科研體制下所產(chǎn)生的工作效率,這使她有一種時不我待的緊迫感。“要追,要趕,要走到他們前面去!”
半百之年的選擇
1982年年底,范云六從美國回來了。那年,她已經(jīng)52歲,用她自己的話來說,是“過了‘知天命’的年齡”。這個年齡重新確立科研方向,還想干出一番事業(yè),談何容易?她困惑,彷徨?;蚬こ毯w醫(yī)藥、海洋、農(nóng)業(yè)等多方面,她當時有農(nóng)業(yè)、環(huán)保和醫(yī)學三個領域可以選擇。到底今后的路如何走?選擇什么作為下一步事業(yè)的發(fā)展方向和突破口?
其時,在世界“基因大戰(zhàn)”的硝煙中,中國政府也在不斷調整前進的方向。1982年,國家科委第一次把基因工程列為國家的“六五”科技攻關項目,并在“七五”攻關項目中加強力度,擴大研究領域。在陳華癸教授的建議和中國農(nóng)業(yè)科學院領導的熱誠邀請下,范云六于1984年來到農(nóng)科院。當時,分子生物學領域在我國農(nóng)口幾乎是一片空白,她創(chuàng)建了我國農(nóng)口第一個分子生物學研究機構,并參與負責組建了生物技術研究中心,以及農(nóng)業(yè)部農(nóng)作物分子及細胞生物學重點實驗室。在分子生物學研究室建立初期,還得到了時任國家經(jīng)委副主任朱?基特批的經(jīng)費支持。
問及她半百之年從中科院到農(nóng)科院來開始一項全新的事業(yè),勇氣來自何處?范云六的回答是對一項事業(yè)的“熱愛”和“無怨無悔”。而實際上,在灼人的情感背后,是她對中國實際和世界科技發(fā)展趨勢的前瞻和洞察?!皩W科分工越來越細,但綜合性也越來越強,多學科之間的交叉互補是科學發(fā)展的必然趨勢。20世紀80年代初,分子生物學對于我國農(nóng)業(yè)來說還是一片空白,而西方先進國家已經(jīng)開始瞄準農(nóng)業(yè)這個全球性的問題來開展工作,并已取得了一定的成績。我國是個農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)新一輪的革命必須有賴于分子生物技術的有機結合才能實現(xiàn)。因此,我選擇了農(nóng)業(yè)作為我事業(yè)新的起點?!?/P>
在農(nóng)科院,范云六開始了基因工程育種的研究?;蚬こ逃N大大拓寬了基因源,可以從動物、植物、微生物中分離基因,并在三者間把基因相互轉移。她不顧別人的懷疑,認準方向,義無反顧,利用我國已有的生物技術基礎研究領域的有利位置,繼續(xù)進行原創(chuàng)性科研工作,下決心與發(fā)達國家爭奪生物技術領域的學術制高點。
抗擊棉鈴蟲
農(nóng)業(yè)最大的敵人莫過于病蟲害,僅危害棉花的害蟲就有300多種。上世紀90年代,棉鈴蟲每年都給國家造成幾十億元的經(jīng)濟損失,尤其在1992年,北方棉區(qū)減產(chǎn)皮棉8萬噸,棉鈴蟲造成的直接經(jīng)濟損失超過100億元;1992年至1996年,棉農(nóng)因防治棉鈴蟲而中毒人數(shù)超過24萬人次。由于棉鈴蟲很快就能產(chǎn)生抗藥性,棉農(nóng)噴施農(nóng)藥的次數(shù),從1次到20余次,最后把它放在農(nóng)藥原液中,它依然悠然自在。
當時,美國孟山都公司在世界上第一個獲得了Bt殺蟲基因的專利權,并通過基因工程育種得到了抗蟲棉品種。1998年,孟山都公司搶先壟斷了中國抗蟲棉市場份額的95%,在中國遭受棉鈴蟲危害最嚴重的時候,他們曾提出以9000萬美元的價格將其轉基因抗蟲棉技術轉讓給中國。當國內正徘徊在“引進國外抗蟲棉”的十字路口時,為了?衛(wèi)民族農(nóng)業(yè)生物技術產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,打破國外的壟斷地位,范云六毫不猶豫地選擇了自主研發(fā)抗蟲棉的道路。
早在國家863高技術計劃實施之前,她的實驗室在棉花轉基因技術方面,已經(jīng)取得了重大突破。在范云六的帶領下,不僅她本人的實驗室在國內率先掌握了抗蟲棉的關鍵核心技術,率先獲得了轉Bt基因的棉花植株,對天然Bt基因的密碼子進行人工設計優(yōu)化,而且還領導全國形成了較完整的上中下游結合的研究體系,為中國抗蟲棉的產(chǎn)業(yè)化奠定了人才和關鍵核心基因技術的基礎。
除了Bt基因外,在她的實驗室還人工設計合成了在植物中能高效表達的昆蟲特異性神經(jīng)毒素基因(蝎毒基因)。這些基因對棉鈴蟲有很好的毒殺效果,在同美國抗蟲棉競爭過程當中,國產(chǎn)抗蟲棉逐步取得優(yōu)勢,打破了美國抗蟲棉的壟斷地位,全面提高了中國棉花產(chǎn)業(yè)開發(fā)的創(chuàng)新能力和國際競爭力。
當時,由于基因工程抗蟲棉研究取得的進展,胡錦濤、溫家寶、宋健等國家領導人視察了范云六的實驗室,聽取了她關于基因工程抗蟲棉研究進展的匯報。世界綠色革命之父--諾貝爾獎獲得者NormanBorlaug也訪問了這位中國生物學家的實驗室。
“我們不但要拿到基因‘元件’,還要讓需要的基因到植物里安家落戶。”在獲得了上述目的基因的基礎上,范云六領導生物技術研究中心廣泛開展了植物遺傳轉化的研究,涉及的植物包括水稻、棉花、玉米、楊樹、馬鈴薯、番茄、油菜等。她采用原生質體、農(nóng)桿菌感染、花粉管導入的方法,在國內最早獲得轉Bt基因的水稻和棉花植株;她研究出來的高抗二化螟、三化螟的水稻材料,為我國的水稻抗蟲育種展示了光明的前景;她將Bt基因導入水稻,使新的轉基因水稻對螟蟲的毒殺效果達到90%以上。
范云六的這項工作,受到了國際同行和洛克菲勒基金會的重視。1996年,她應邀在東亞地區(qū)國際水稻生物技術大會上作學術報告。其研制的高效殺蟲基因,在2009年我國第一個批準生產(chǎn)的轉Bt基因抗蟲水稻中發(fā)揮了重要的作用。
改造玉米基因生產(chǎn)“綠色磷”
通常,人們一想到科學家的研究,總是會聯(lián)想到那些高、精、尖的科技問題。比如,火箭、衛(wèi)星、原子彈等,雖然和國家命脈相連,但離老百姓的日常生活比較遙遠。作為基因生物學家,尤其是和農(nóng)業(yè)緊密相關的生物研究領域,范云六的每一項科研,都和蒼生百姓的生活產(chǎn)生了血脈相連、唇齒相依的關系。
攻克了棉鈴蟲問題之后,范云六開始將目光轉移到改造玉米基因上來。她注意到,畜禽和水生動物的成長需要一種重要的礦物元素--磷。玉米、大豆等飼料中的植酸磷非常豐富。但是,由于動物體內缺乏“植酸酶”,很難吸收植酸磷。為此,畜牧業(yè)的飼料中不得不高價購買礦物磷進行添加。而與此同時,飼料原料中未被動物利用的植酸磷卻形成了高磷糞便,我國畜牧業(yè)每年有300多萬噸磷從畜禽糞便里排放,極大地污染了環(huán)境。
雖然20世紀90年代,有人發(fā)現(xiàn)了以微生物發(fā)酵的方式生產(chǎn)植酸酶,以此降解植酸磷,釋放無機磷,供動物吸收。且植酸酶也得到了比較廣泛的應用,但如何節(jié)約成本和降低能耗一直是一個亟待解決的問題,也是我國畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的重大課題。
早在10年前,范云六的科研團隊就從真菌里克隆出植酸酶基因,并獲得了國家專利,具有自主知識產(chǎn)權?,F(xiàn)在,她選擇了玉米作為轉植酸酶基因的材料,是因為我國80%的玉米用于生產(chǎn)飼料。范云六順利地在實驗室完成了轉植酸酶基因玉米的分子設計。她的科研團隊,用基因槍把含有植酸酶DNA的微彈直接發(fā)射到受粉9天后的玉米胚細胞內。在培養(yǎng)基里,這些新型的細胞被培養(yǎng)成種苗。對每一批新種苗都要經(jīng)過研究人員的DNA“檢驗”,不含有植酸酶基因的馬上被淘汰;還要對含有植酸酶基因的種苗的種子中植酸酶的活性進行檢驗,如果植酸酶的活性達不到飼料行業(yè)標準的要求,以及種苗在以后的大田成長中,玉米的產(chǎn)量、抗病以及植酸酶的活性等方面表現(xiàn)不好,也都會被淘汰。
這些珍貴的轉基因種苗開始時長勢很弱。那時候,物質條件差,溫室門窗走風漏氣,夜間冷得像室外一樣;玻璃也灰塵蒙面,透不進多少陽光。第一輪,只長出幾十粒種子。為此,范云六帶領大家修房、補漏、換玻璃,還買來鈉汞燈和電爐子增加光照和室溫,在這樣的溫室里一種就是三年,直到后來搬進新建的溫室。外國專家來參觀時稱贊說,這些轉基因種苗長勢不錯,和他們溫室中長的苗可比美??僧敺对屏鶐麄兊脚f溫室“憶苦思甜”時,他們都驚詫不已,贊揚不絕。
經(jīng)過與傳統(tǒng)育種的結合和雜交育種,范云六的科研團隊得到了27個含有植酸酶并能穩(wěn)定遺傳的轉基因玉米純合系。就這樣,范云六把一粒粒普通的玉米種子變成一座座微型“生物工廠”,生產(chǎn)出富含植酸酶的優(yōu)質飼料原料(玉米),實現(xiàn)了科學家多年來夢寐以求的生產(chǎn)“綠色磷”的夢想,解決了畜牧養(yǎng)殖業(yè)的這個營養(yǎng)難題。
這種由我國科學家首創(chuàng)的植酸酶生產(chǎn)方式有巨大的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢--不需要廠房、發(fā)酵罐、產(chǎn)品后加工設備等,比發(fā)酵生產(chǎn)的成本低得多;生產(chǎn)過程僅是玉米種子的田間生長過程,無需耗費其他能量,也不需再進行植酸酶的提取和純化,節(jié)約大量能源(僅2006年我國發(fā)酵生產(chǎn)植酸酶的能源費用就達4.5億元);此外,植酸酶能在種子中長期穩(wěn)定保存,無需酶類產(chǎn)品特殊的保存條件,極其易于長距離運輸和普及推廣。
國內著名的遺傳育種、分子生物學和動物營養(yǎng)學專家評價說,這項研究的技術水平,已經(jīng)達到國際同類研究的領先水平。這項成果歷時12年,2008年12月通過了農(nóng)業(yè)部安全評價委員會評審。2009年11月獲得農(nóng)業(yè)部正式頒發(fā)的轉基因生物安全生產(chǎn)許可證書。植酸酶玉米的產(chǎn)業(yè)化,將是我國農(nóng)業(yè)生物技術繼抗蟲棉后一個重要的里程碑,使我國在當今農(nóng)業(yè)生物技術產(chǎn)業(yè)化的激烈國際競爭中,占有一席之地和制高點。
帶領科研團隊的“足球”理論
2004年,范云六受“國際豐收附加計劃”的委托,在國際有關項目的資助下,開始利用傳統(tǒng)育種和生物技術育種的手段,提高現(xiàn)有農(nóng)作物中微量營養(yǎng)元素的含量,以減少和預防貧困人口普遍存在的人體營養(yǎng)不良和微量營養(yǎng)缺乏。
范云六帶動國內幾十家大學、科研院所和相關政府部門的作物育種學家、人類營養(yǎng)學家、經(jīng)濟學家實施這項純粹的社會公益性科研活動,取得了很大進展--獲得高鐵水稻新品系、高維生素A源玉米雜交種、高鐵鋅含量的小麥品系、高胡蘿卜素甘薯新品系。我國一些貧困地區(qū)的兒童,通過食用新培育的甘薯,嚴重缺乏維生素A的孩子由原來的16.7%降到1.4%,一般性缺乏維生素A的孩子由原來的51.4%降到27.8%。
“中國生物強化項目”最終目標的實現(xiàn),不僅將使中國3億營養(yǎng)不良人群受益,大大減少5歲以下的兒童死亡率,減少營養(yǎng)不良人群成年易患的如心血管疾病、肥胖癥、高血壓以及糖尿病等疾病,每年減少我國因營養(yǎng)不良遭受的勞動力損失幾千億元;也將為減少全人類因貧困造成的營養(yǎng)不良做出巨大貢獻。
在1989年的第二屆國際水稻遺傳學會議上,范云六被推選為國際水稻遺傳工程委員會的5個委員之一;1990年,她又被世界糧農(nóng)組織/聯(lián)合國開發(fā)計劃署任命為亞洲植物生物技術的中國項目負責人;1997年,她當選為中國工程院院士。
每每談及科研成就的時候,范云六總是將個人的成績與自己的科研團隊聯(lián)系在一起。幾十年中,她培養(yǎng)出碩士、博士研究生70余名。如今,他們均活躍在國內外生物技術領域中,有的已在國際最高水平的學術刊物SCIENCE和NATURE上發(fā)表了研究論文,成為出色的高級研究人員,有的已成長為科技管理專家。此外,范云六還為荷蘭Wagenigen農(nóng)業(yè)大學培養(yǎng)了一批進修生。
她把希望寄托在青年身上?!扒嗄耆耸钦嬲南M冢耘囵B(yǎng)新人是老一代的職責。我愿意將自己有用的知識留給青年一代,也愿將我尚不知,但有一條通往可知的路指給青年一代?!?/P>
年輕的時候,范云六喜歡排球,后來因為兒子喜歡足球,她也跟著愛上了足球?!疤咦闱颍裎覀兏憧蒲辛?。也許這是我喜歡足球的一個原因,從足球比賽悟出了不少科研的道理……”
“一個球隊要有球星,一個科研集體也要有尖子人才。一個球隊沒有球星,就難奪冠軍;一個科研集體,沒有尖子人才也難以創(chuàng)出一流科研成果,更談不上闖進世界前沿……”“球星與球隊緊密配合,尖子人才也要與科研團隊配合。一個球星離開球隊難以獨爭天下,一個尖子人才離開團隊也是無法施展本領……”
記者在寫作這篇訪談稿的時候,范云六這位科研團隊的“主教練”,正在國外參加學術會議。正如她所從事的基因生物一樣,她就像一棵常青的綠植,飽含著生命熱情,馳騁在寬廣的基因科學領域里。
附及:本文寫作中參考了范云六院士的秘書王磊先生和人才學研究學者楊敬東先生的相關資料,在此一并表示謝忱。