匡廷云院士：耕耘不輟 造福人類(lèi)

文/本刊記者 宋文芳 高妍

她是一個(gè)用畢生熱情追逐“光”、研究“光”的女科學(xué)家。

搞基礎(chǔ)研究，她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展光合作用光合膜結(jié)構(gòu)與功能研究，以系列創(chuàng)新成果領(lǐng)先國(guó)際。

做產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，她以半世紀(jì)基礎(chǔ)研究成果做底，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展光生物學(xué)的研發(fā)，助力植物工廠建設(shè)。

身為資深院士，她積極參與國(guó)家科學(xué)事業(yè)的發(fā)展，多次參加國(guó)家戰(zhàn)略研討，長(zhǎng)期開(kāi)展科普工作。

她就是中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)際歐亞科學(xué)院院士、中國(guó)植物學(xué)會(huì)原理事長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員匡廷云。

匡廷云，女，1934年生，四川資中人。1956年畢業(yè)于北京農(nóng)業(yè)大學(xué)，1962年獲蘇聯(lián)莫斯科大學(xué)生物學(xué)博士學(xué)位，1980年至1981年在美國(guó)密執(zhí)安州立大學(xué)及美國(guó)能源部植物實(shí)驗(yàn)室做訪問(wèn)學(xué)者，1995年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院士。主要從事光合作用的研究，是中國(guó)重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目“光合作用高效光能轉(zhuǎn)化的機(jī)理及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用”的首席科學(xué)家。

多年來(lái)，匡廷云院士為中國(guó)光合作用的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)，在國(guó)內(nèi)外光合作用研究領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響，曾兩次獲得中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、中科院科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中科院自然科學(xué)獎(jiǎng)及省部級(jí)獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)；被評(píng)為國(guó)家級(jí)有突出貢獻(xiàn)的中青年專(zhuān)家、中科院優(yōu)秀研究生導(dǎo)師，1999年被評(píng)為中科院“巾幗建功”先進(jìn)個(gè)人和中央國(guó)家機(jī)關(guān)“巾幗建功標(biāo)兵”。

記者：光合作用機(jī)理研究一直是自然科學(xué)的核心問(wèn)題之一，也是生命科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域和熱點(diǎn)之一。您從上世紀(jì)60年代初期就開(kāi)始從事光合作用的機(jī)理研究，當(dāng)時(shí)我們國(guó)家的光合作用研究處于怎樣的水平？您為什么會(huì)選定這個(gè)研究方向？

匡廷云：是的，我從上世紀(jì)60年代就開(kāi)始了光合作用機(jī)理的研究，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的研究條件很差，與國(guó)際水平相差很大。但我還是選擇了這個(gè)“硬骨頭”。主要是當(dāng)時(shí)我認(rèn)為光合作用機(jī)理的研究理論和實(shí)踐意義非常重大，是自然科學(xué)、生命科學(xué)研究的前沿。

光合作用是植物的特有功能。光合作用合成的有機(jī)物、釋放出的氧氣，是包括人類(lèi)在內(nèi)的幾乎所有生物生命活動(dòng)所需能量和氧氣的主要來(lái)源，放出的氧氣是地球上氧氣的重要來(lái)源。人類(lèi)文明所需要的古生物燃料，無(wú)論是煤、石油、天然氣都是古代植物直接和間接的產(chǎn)物。光合作用機(jī)理及調(diào)控原理的研究，不僅是重大的理論問(wèn)題，而且與當(dāng)今人類(lèi)所面臨的糧食、能源、資源和環(huán)境問(wèn)題的解決都密切相關(guān)。正因如此，所以不管當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的條件有多差，與國(guó)際差距有多大，我都下決心要克服一切困難。

就這樣開(kāi)始了光合作用機(jī)理的研究，距今長(zhǎng)達(dá)50多年。我們的團(tuán)隊(duì)克服了一個(gè)又一個(gè)困難，不斷取得一個(gè)又一個(gè)進(jìn)展，深深體會(huì)到其中的苦和樂(lè)。

內(nèi)蒙草原燕麥飼料基地

記者：作為唯一的女性，您成為第一批“973”計(jì)劃的10位首席科學(xué)家之一，主持了“光合作用高效光能轉(zhuǎn)化機(jī)理及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用”項(xiàng)目。您認(rèn)為自己為什么會(huì)被選中？您在當(dāng)時(shí)已經(jīng)具備了怎樣的能力與實(shí)力？

匡廷云：1998年，我們看到了第1批“973”計(jì)劃的指南，這是我國(guó)建國(guó)以后，國(guó)家實(shí)施的支持強(qiáng)度最大的國(guó)家基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)深受鼓舞，渴望能在自己的研究領(lǐng)域?yàn)閲?guó)家科學(xué)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。時(shí)代的使命感、責(zé)任感迫使我們一定要努力去爭(zhēng)取“973”項(xiàng)目。

光合作用機(jī)理研究既是重大的科學(xué)問(wèn)題，又具有明確國(guó)家目標(biāo)，而我們也已有相當(dāng)?shù)难芯炕A(chǔ)，所以我們敢于挑戰(zhàn)。當(dāng)時(shí)，我們?cè)诠夂夏そY(jié)構(gòu)與功能研究方面的成果已獲得了國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。改革開(kāi)放后，我有機(jī)會(huì)到美國(guó)開(kāi)展合作研究，從美國(guó)歸國(guó)后，已具有相當(dāng)?shù)膰?guó)際視野，我毅然決定自己牽頭。

在院所的領(lǐng)導(dǎo)下，我們組織了中國(guó)國(guó)內(nèi)生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)及農(nóng)學(xué)等一級(jí)學(xué)科的大跨度交叉合作，共組織了18個(gè)有關(guān)研究所和院校約200個(gè)科研人員參加，共同申報(bào)了“光合作用高效光能轉(zhuǎn)化機(jī)理及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用”。通過(guò)函評(píng)、會(huì)評(píng)，終于從200多個(gè)項(xiàng)目中脫穎而出的10個(gè)項(xiàng)目之一。經(jīng)過(guò)5年的研究，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈、難度相當(dāng)大的光合作用分子機(jī)理及調(diào)控原理研究領(lǐng)域取得了一系列突出成果。結(jié)題時(shí)，項(xiàng)目被科技部評(píng)為“優(yōu)秀”，受到表彰，相關(guān)成果也在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了重要影響。

記者：您在光合作用機(jī)理研究過(guò)程中取得了哪些有分量的成果？它產(chǎn)生了怎樣的影響和意義？

匡廷云：在我長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)的科研生涯中，主要集中精力系統(tǒng)深入的開(kāi)展了光合膜蛋白超分子復(fù)合體的結(jié)構(gòu)與功能研究。我的團(tuán)隊(duì)和合作者通力合作，取得了本領(lǐng)域多次重大突破，在國(guó)際上產(chǎn)生了重要影響，奠定了我們?cè)趪?guó)際上的重要地位。

2004年3月，我的團(tuán)隊(duì)與生物物理所常文瑞院士團(tuán)隊(duì)合作在Nature上以主題論文的方式發(fā)表長(zhǎng)文——《菠菜主要捕光復(fù)合物L(fēng)HCII 2.72?分辨率的晶體結(jié)構(gòu)》，且研究成果中的LHCII晶體被選作當(dāng)期雜志的封面照片（Liu Z. et al. Nature 2004，428，79）。該成果成功超越了德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的研究，被國(guó)際同行評(píng)價(jià)為國(guó)際光合作用研究領(lǐng)域的重大突破。成果被選為2004年中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展之一，獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。

我們長(zhǎng)期系統(tǒng)地研究了光合作用光系統(tǒng)I的超分子復(fù)合物（PSI）的分離純化及功能。2015年，沈建仁教授和我的團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先在原子水平解析了PSI的空間結(jié)構(gòu)，并于2015年5月在Science期刊以長(zhǎng)文形式作為封面文章發(fā)表（Qin X. et al. Science 2015，348:989-95），成功超越了以色列等發(fā)達(dá)國(guó)家的研究。Science期刊評(píng)委給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為這是一項(xiàng)里程碑的工作，體現(xiàn)了最高的專(zhuān)業(yè)水平。成果被評(píng)為2015年中國(guó)生命科學(xué)領(lǐng)域十大進(jìn)展之一。

今年1月，沈建仁教授和我的團(tuán)隊(duì)又一次在國(guó)際上首次解析了硅藻特有的捕光天線色素蛋白復(fù)合體的空間結(jié)構(gòu)，獲得1.8?的晶體結(jié)構(gòu)。成果于2月8日在Science期刊上以長(zhǎng)文形式發(fā)表（Wang W. et al. Science 2019，363，598）。

以上光合膜色素蛋白超分子復(fù)合物結(jié)構(gòu)的解析，能為最終揭示光合作用高效轉(zhuǎn)能的機(jī)理提供堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，同時(shí)能為提高作物光能利用效率、仿生模擬、開(kāi)辟太陽(yáng)能利用的新途徑提供理論依據(jù)、新思想、新策略。

記者：近些年，您的精力主要投入在哪些方面？

匡廷云：這些年我的精力主要投入在以下幾個(gè)方面。

首先我還在光合作用機(jī)理研究第一線，希望和中青年一起努力推進(jìn)研究，培養(yǎng)他們，希望這一領(lǐng)域后繼有人。光合作用的研究是一個(gè)永恒的課題，希望在光合作用的理論和實(shí)踐兩方面不斷深入發(fā)展。

其次，我還希望把已有成果和積累的知識(shí)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，比如光生物產(chǎn)業(yè)。植物工廠是光生物產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最重要的領(lǐng)域。

植物工廠是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的最高形式，是生長(zhǎng)環(huán)境條件全智能控制的植物高效生產(chǎn)系統(tǒng)。它是顛覆傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，不依賴(lài)陽(yáng)光、土地，不受氣候環(huán)境的制約，是解決未來(lái)人口與資源矛盾，保障國(guó)家糧食安全、食品安全及國(guó)際戰(zhàn)略需要的全新途徑。

中科院植物所發(fā)揮在光生物學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，與福建三安集團(tuán)的LED光源研發(fā)優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，共同打造了中科生物服務(wù)有限公司，推動(dòng)植物工廠的產(chǎn)業(yè)化?，F(xiàn)已建成世界已知最大的植物工廠，并投入商業(yè)運(yùn)作，生產(chǎn)了優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的安全蔬菜及高品質(zhì)中藥材等，并在國(guó)內(nèi)外同步建設(shè)植物工廠 。

此外，我還協(xié)助有關(guān)年輕同志推進(jìn)油用牡丹雜交構(gòu)樹(shù)，以及草牧業(yè)的產(chǎn)業(yè)化等研發(fā)工作。同時(shí)，我還參加不少科普及戰(zhàn)略研討活動(dòng)。

記者：您曾說(shuō)“學(xué)科的交叉，是創(chuàng)新的源泉”，跨學(xué)科思維帶給您哪些科研上的啟發(fā)？但基礎(chǔ)研究又是一項(xiàng)“只有第一，沒(méi)有第二”的工作，寂寞與壓力并存，您如何排解？植物依靠太陽(yáng)的能量發(fā)生光合作用，一直研究植物的您從哪里獲取“能量”？您在科研路上的“太陽(yáng)”是什么？

在桂林羅漢果基地調(diào)研

匡廷云：在我多年漫長(zhǎng)的科研生涯中，能夠取得國(guó)際上有重要影響的成果，主要得益于多學(xué)科的交叉和有機(jī)結(jié)合。我深受Wstson和Crick的影響。他們一個(gè)從生物學(xué)的角度，一個(gè)從物理學(xué)的角度，完美的有機(jī)結(jié)合，建立了DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)模型，這是20世紀(jì)生命科學(xué)里程碑?；A(chǔ)研究只有第一，沒(méi)有第二。在重大的科學(xué)問(wèn)題面前，誰(shuí)率先突破，誰(shuí)就是第一?？茖W(xué)的競(jìng)爭(zhēng)就是這樣的激烈甚至殘酷，但科學(xué)實(shí)踐就是如此。

我們非常慶幸，我們生活在這個(gè)時(shí)代。改革開(kāi)放以來(lái)，我們國(guó)家在各個(gè)方面取得如此偉大的成就，大家都在為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的夢(mèng)想而努力奮斗。我們從來(lái)沒(méi)有像現(xiàn)在這樣深刻的感到科學(xué)和技術(shù)與國(guó)家的前途和命運(yùn)是如此的密切相關(guān)。我作為一個(gè)老的科學(xué)工作者，怎能不為之振奮，怎能不竭盡全力而奮斗！