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【院士风采】杨弘远:十八年磨一剑
来源:        作者:学生记者苏锦萍 成 希        发布时间:2007-04-18 01:18:00        点击次数:

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由杨弘远、周嫦、孙蒙祥、赵洁负责完成的《植物性细胞、受精及胚胎发生离体操作系统的创建与实验生物学研究》,荣获2004年国家自然科学奖二等奖。在一等奖空缺的情况下,这是此次这一国家级奖励的最高级别。这一届全国有4个生物学项目获国家科技奖励。

这也是杨弘远院士自1991年获得国家自然科学二等奖以来再一次获得这一奖励。近日,记者采访了课题负责人杨弘远。

十八年漫漫求索

 “能不能将植物的雌雄性细胞分离出来,使之在体外存活、发育?”18年的探索、最终的成功,源于这样一个新颖而大胆的设想。

因为植物是依靠传粉、受精、结实来传宗接代的;长期以来,人类也主要是通过有性杂交手段改良植物,培育新品种。而这个科研项目的特点则是用体外实验的操作方法,来研究植物的性细胞及其发育。这一设想如果能够实现,就能为植物改良创建新的技术手段,也可以利用体外操作实验系统深入研究植物的性细胞发育、受精和胚胎发育的机理。

杨弘远、周嫦两位老一代科学家带领弟子,为此奋斗了整整18年,攻克了一关又一关。

他们首先设法从花粉中分离出雄性细胞——精细胞,从子房中分离出雌性细胞——卵细胞,针对各类植物的特点创建了多种性细胞的分离与保存技术,使分离的性细胞得以在体外人工环境中存活。这是性细胞操作的第一关。

接着,他们又设法使分离出来的雌、雄性细胞在体外结合,实现植物的体外受精。他们以烟草为对象,首次在双子叶植物取得体外受精的成功,打破前人仅在单子叶植物(如玉米)中取得成功的先例。这是第二关。

受精的卵细胞能否在体外持续发育再生完整植株呢?他们乘胜前进,首次由烟草的合子(即受精卵)培育出正常可育的植株,同时,也在水稻的合子与原胚培养方面取得了成功,最终在人工可控的体外条件下,从植物的第一个单细胞开始,实现了植物个体发育的全部过程。

与此同时,他们还创建了花粉 体细胞杂交再生三倍体植株、脱外壁小孢子培养再生植株、脱外壁花粉离体授粉、合子与幼胚电激转化等多项实验系统,为植物生殖工程增添了新的技术手段。

他们还对植物生殖生物学中的若干基础理论问题进行了有益的探索:花粉内外壁在花粉体外发育与萌发中起何种作用?合子在体外的第一次分裂的模式因什么条件而改变……他们对这些问题都提出了自己的见解,并且还在继续深入求索。

独辟蹊径闯新路

植物性细胞操作是一种高难度的技术,常常缺乏现成的经验,需要研究者运用独特的思维,独辟蹊径,突破难关。

花粉原生质体是一种独特的单倍体原生质体,在细胞工程中有特殊价值。然而由于花粉外壁有不被消化的成分,通常采用的分离原生质体的方法对分离花粉原生质体无能为力,不少研究者在闯这一难关时碰壁退却。周嫦在实验中发现有些种类的花粉外壁有较长的萌发沟,在吸水膨胀后,萌发沟扩大,从而使内壁的暴露面积增大,而内壁则是可以被酶消化的。于是一个巧妙的办法产生了:何不利用花粉的这种生物学特点撬开“顽固”的外壁,直接消化内壁呢?经过反复试验,终于创建了“水合 酶解”技术,成功分离出大量生活的花粉原生质体。诸如此类的小窍门解决大问题的例子,在他们的研究中比比皆是。

植物体外受精是德国研究者在20世纪90年代首先在玉米上突破的。德国人的成功依赖于他们实验室中自行研制的特殊“微电融合仪”,而该设备在市场上是买不到的,后来德国合作者赠送的一套设备也因为陈旧落后无法使用。在这个难关面前,杨弘远认识到了问题的严峻性:要么放弃,要么自己想办法开辟新的技术途径。当时,他要求博士生把解决这一难题当成学位论文课题。孙蒙祥承担起了这一任务。他利用原生质体融合中的一种常规方法——聚乙二醇(PEG)诱导融合,和大家一起成功创建了“PEG诱导植物体外受精”新技术。这项新技术不需要复杂、昂贵的特殊设备,便于推广应用。后来,孙蒙祥在欧洲合作科研中,应用此方法连续发表了多篇论文;该法也被美国研究者采用,用于体外受精的研究。

在把外源基因导入合子的过程中,如果采用欧洲研究者研究的显微注射,费时费工,难有前途。杨弘远大胆挑战这一他认为“少慢差费”的技术路线,考虑如何将常规的电激转化技术改造成适合微量合子的诀窍。一名博士生和一名博士后分别设计出了两种特制简易装置,成功地解决了这一问题。

 “其实中国人的聪明才智一点不比外国人差,我们完全可以开辟新的路数,攻克那些貌似高深复杂的技术难关。小诀窍常常可以解决大难题。”杨弘远如是说。

一丝不苟成正果

该项目从1986年开始,先后受到国家自然科学基金“八五”、“九五”重大重点项目及欧盟国际合作项目的支持,是两代学者和先后二十几名研究生18年的劳动结晶。

 “申报这个奖项,当时并没有必胜的把握,主要是进行一次总结,向有关部门汇报,与同行们交流。”杨弘远说。

18年的工作总结起来可不是一件容易的事,杨弘远对此非常认真。在申报过程中,从材料的总结、制作多媒体,到省里、国家的申请立项,他总是尽量亲历亲为。学校、省里和国家一次又一次的演讲答辩都要系统准备,他亲自出马,从不敷衍马虎,反复的校对论证不知经过了多少次。赴京终审答辩时,他得了重感冒,嗓子几乎说不出话来。但还要修改材料,要思考应付答辩,看病、休息时间就没法保障。院士当时“骑虎难下”:“总不能为山九仞,功亏一篑啊!”

这是杨弘远一贯的工作作风:要么不做,做就要一丝不苟。第二天步入会场,在30多位评委面前,“久经沙场”的老院士心情竟十分紧张:要在15分钟内陈述18年的研究经历,这样严格的要求使每分钟都变得很重要。“当时的情景现在还记忆犹新,连咳嗽都不敢,就像上战场一样。”

初评、复评都很严肃,杨弘远说自己不禁有种进京赴考的感觉。他放下院士“架子”,以学生身份接受考官评判。毕竟,18年磨一剑。院士对这次答辩的态度认真得令人感慨,也令人感动。他说,虽然我们的研究在国际上不是独家,但有自己的特色,我们按照自己的思路做下来,感觉很舒畅。最终他侃侃而谈,完成了精彩的答辩,取得了满意的结果。

18年的漫漫求索,他们终于实现了早先的学术梦想:开拓植物实验生殖生物学与生殖工程的新方向,为我国在这个领域跻身世界之林作出了贡献。当国内其他研究者由于种种原因而退出时,他们坚持了下来,使研究水平不断登上新的台阶,在国内外同行中独树一帜。周嫦分离花粉原生质体与生殖细胞成功的消息,被国际《农业细胞报告》两度列为“亮点”栏目;杨弘远被美国植物学会特邀在该学会的研讨会上作报告。孙蒙祥与赵洁两位中年教授分别是国家杰出青年基金获得者和教育部跨世纪人才基金获得者,他们从老一辈学者手中接过接力棒,正向新的高度攀登。

 “毕竟最终获得了国际承认,可以为科学大厦添砖加瓦了。”在采访的最后,杨弘远院士欣慰地说。

 

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