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中國科學院院士、植物生理學家匡廷雲:逐“光”而行一甲子

本報記者 施 芳
2023年11月24日09:01 | 來源:人民網-人民日報
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原標題:逐“光”而行一甲子(講述·一輩子一件事)

  匡廷雲院士(中)在與青年科研人員討論實驗進展和方案。

  匡廷雲在莫斯科大學學習時留影。

  以上圖片均為受訪者提供

  人物小傳

  匡廷雲:1934年12月生,四川資中人,中國科學院院士、國際歐亞科學院院士、中國科學院植物研究所研究員。作為我國光合作用光合膜色素蛋白研究領域的開拓者,在國內外發表論文400余篇,研究成果曾被《自然》《科學》作為封面文章發表,兩次獲得國家自然科學獎二等獎﹔先后榮獲國際光合作用及氫能研究可持續發展大會杰出成就獎、亞洲—大洋洲光生物學學會杰出貢獻獎和中國植物生理與植物分子生物學學會“終身貢獻獎”。

  查閱文獻、准備會議材料、與學生討論課題……年近九旬,匡廷雲院士的日程依然排得滿滿當當。

  採訪日期一再推后,距離第一次聯絡近半年之后,記者終於在北京中關村的一棟塔樓裡,見到了這位身形瘦削、談起工作來就激情四射的老科學家。

  “為祖國的富強添磚加瓦”

  “為祖國的富強添磚加瓦”,這是匡廷雲年少時的願望,也決定了她日后求學、工作的方向。

  1949年,匡廷雲15歲,在四川省資中縣第二中學就讀。當時,新中國剛成立,各方面急需人才,匡廷雲也期待自己能為新中國建設作點貢獻。她偶然讀到一本外國小說,裡面介紹了一種名叫“肥田粉”的化學肥料,通過促進農業生產,改變了一個村庄的面貌。這讓匡廷雲對農業研究產生了興趣……

  1952年,在填報高考志願時,匡廷雲毅然選擇了北京農業大學(中國農業大學前身)土壤農業化學系。上學時,每晚寢室熄燈后,她就躺在床上,仔細“回放”當天每一門課程的內容,並加以記憶和消化。通過這個過程,匡廷雲體會到多門課程是一個有機聯系的整體。此后,她經常把各門課程知識綜合起來進行重新歸納、整理和分析。這種在學科“交叉地帶”尋找創新突破口的思維方式,也讓她在以后的學術生涯中受益匪淺。

  1958年,匡廷雲被選派到蘇聯國立莫斯科大學生物土壤系深造。每天天不亮,她就爬起來練聽力、口語,隨后再一頭扎進實驗室,潛心開展研究,直到天黑才回到住處。一有時間,匡廷雲就泡在圖書館,查閱各類文獻資料。經過近4年的艱苦努力,匡廷雲順利獲得生物學副博士學位。回國時,她帶回10多箱科研資料。

  回國后,匡廷雲進入中國科學院植物研究所(以下簡稱植物所)工作。出於生產實踐需要,所裡決定讓她開展微量元素錳對水稻增產的研究。匡廷雲邊研究、邊思考:太陽每天升起,藻類和綠色植物周而復始捕獲、傳遞、轉化光,它的機理是什麼?人類在漫長的歲月裡並未揭示。匡廷雲認為,研究光合作用機理及調控原理,對解決人類社會可持續發展所面臨的糧食、能源、環境和資源等問題具有重大戰略意義。於是,她下定決心去啃這塊硬骨頭。

  說干就干!匡廷雲的研究小組迅速投入到科研中。當時植物所設在北京動物園內,實驗室供電線路老化,電壓不穩。白天,當電車從動物園外叮叮當當駛過時,實驗儀表指針便無序跳動,嚴重干擾生化材料活性測定。為了獲得最佳數據,匡廷雲和團隊從午夜電車停運時開始實驗,一直干到早上6點。實驗材料制備需要在低溫下進行,組裡沒有高速冰凍離心機,他們隻好把高速離心機搬到冰庫中。那個冬天,匡廷雲幾乎都是穿著棉衣棉褲在冰庫裡度過的。

  僅僅兩年,匡廷雲及團隊便在一個全新領域中嶄露頭角,連續發表了兩篇學術論文。對於光合作用的研究,也因此成了匡廷雲一生的探索目標。

  “科學研究必須要迎難而上”

  轉眼來到1986年秋天,第七屆國際光合作用大會召開。會上,來自德國馬普生物物理研究所報告了一項紫色光合細菌光合反應中心膜蛋白復合物原子水平上空間結構解析的研究成果,全場響起了10多分鐘的熱烈掌聲。兩年以后,這項成果獲得諾貝爾化學獎。

  “當時科學界普遍認為膜蛋白在溶液中根本不可能結晶。德國科學家不僅獲得光合反應中心光合膜的結晶,而且成功在原子水平上揭示了其結構和功能機理。”這在當時是科學前沿最富於挑戰的領域的重大突破,時隔多年,匡廷雲對那時的震撼記憶猶新。

  “光合膜蛋白研究太重要了,但是難度很大,國際競爭非常激烈!”回到北京,匡廷雲直接從機場趕到我國植物生理學奠基人之一湯佩鬆先生家中,及時報告了這一見聞。

  “中國也要參與競爭!”湯佩鬆言語鏗鏘。幾天后,在湯佩鬆的書房裡,匡廷雲同結構生物物理學家梁棟材、常文瑞展開熱烈討論,大家一致決定,由植物所從生化入手、生物物理所從結構入手,通過學科交叉,共同開展光合膜蛋白結構與功能的研究……

  這一研究,就是5年,但項目仍遲遲沒有突破。缺設備、缺經費,研究還要不要繼續?“如果半途而廢,我真不甘心。科學研究必須要迎難而上!”匡廷雲和團隊不斷改進實驗方法,從菠菜中分離出純度高、得率高的光合膜蛋白,為其三維空間結構研究奠定了基礎。

  轉機出現在1997年,當時我國制定了國家重點基礎研究發展計劃,就是“973”計劃。為了申報該項目,匡廷雲和學科交叉團隊幾個月沒有睡過一個安穩覺,通宵達旦地准備材料。最終,經過函評、會評,匡廷雲牽頭的“光合作用高效光能轉化機理及其在農業中的應用”項目,從200多個申報項目中脫穎而出,成為首批10個項目之一,匡廷雲則是首席科學家中唯一的女性。

  2004年,匡廷雲團隊與生物物理所團隊一起,完成分辨率為2.72埃米(1埃米等於0.1納米)的菠菜主要捕光復合物晶體結構解析,晶體結構的文章登上了《自然》雜志的封面。這是國際上第一個用X射線晶體學方法解析的綠色植物捕光復合物高分辨率空間結構,標志著中國光合作用機理與膜蛋白三維結構研究進入國際領先水平。

  “科學要求一個人獻出畢生的精力”

  生活中,匡廷雲不論遇到什麼困難,都始終以飽滿的熱情投入到工作中。

  即便是節假日,她也經常和學生討論工作﹔有時剛休息沒多久,她就又回到實驗室……望著老師瘦弱的身影,植物所光生物學重點實驗室主任林榮呈特別感慨:“匡老師對事業的執著、認真,激勵著我們每一個人。”

  “科學要求一個人獻出畢生的精力,隻要我還有氣力,就要一直干下去。”匡廷雲語氣堅定。在科研不斷取得突破的同時,匡廷雲致力於推動已有的成果產業化。以植物工廠為例,它可以實現對植物生長環境的全自動控制,“相較傳統生產方式,植物工廠的蔬菜生產能力可達100倍,佔地卻隻有1%。”匡廷雲說。

  “匡院士始終瞄准國家重大戰略需求,努力做頂天立地的科研。”植物所研究員王文達深有感觸。今年2月9日,匡廷雲在山東東營設立院士工作站,開展培育高光效耐鹽鹼新型飼草種質及品種、飼草育種加速理論與技術研究等一系列工作。

  此外,匡廷雲還十分關心青少年成長。1999年,北京青少年科技俱樂部發起成立,匡廷雲作為最早的一批科研導師,一直以來參與俱樂部科普活動。“20多年來,無論多忙,匡院士總是抽出時間,同孩子們座談、指導科研實踐。”俱樂部秘書長周琳說。

  從60年前,在中關村幼兒園講科普“人與自然”“人與光合作用的關系”起,匡廷雲已記不清講了多少場科普講座。“面對科學講座,一定要有激情,才能使科研的魅力讓更多人感受到。”她的演講啟發了很多學生,不少人因此走上了科學的道路。

  採訪到了尾聲,匡廷雲院士說,“我的時間真不夠用,還有好多事沒有做完……”

  記者手記

  用熱愛與奉獻書寫人生篇章

  “瘦小的身軀裡藏著巨大的能量”,這是熟悉匡廷雲院士的人對她的評價。

  是什麼讓這位耄耋之年的科學家擁有如此巨大的能量?這能量來自她對科學的無限熱愛,也來自她胸懷祖國、奉獻人民的家國情懷。

  因為熱愛,她在攀登科學高峰的崎嶇道路上總是迎難而上,開辟中國光合膜色素蛋白研究,並使其達到世界領先水平。因為奉獻,她始終將個人理想與國家需要緊密結合起來。無論探索光合作用機理,還是開辟在生產實踐中應用的有效途徑,每一個選擇都回應著社會發展的現實需要。

  投身科學事業六十余載,匡廷雲始終用熱愛與奉獻書寫著自己的人生篇章,並將這份情懷傳遞給更多的人……

(責編:池夢蕊、鮑聰穎)

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