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中国科学院院士、植物生理学家匡廷云——逐“光”而行一甲子

来源:人民日报2023-11-24 10:06

  匡廷云院士(中)在与青年科研人员讨论实验进展和方案。

  匡廷云在莫斯科大学学习时留影。

  以上图片均为受访者提供

  人物小传

  匡廷云:1934年12月生,四川资中人,中国科学院院士、国际欧亚科学院院士、中国科学院植物研究所研究员。作为我国光合作用光合膜色素蛋白研究领域的开拓者,在国内外发表论文400余篇,研究成果曾被《自然》《科学》作为封面文章发表,两次获得国家自然科学奖二等奖;先后荣获国际光合作用及氢能研究可持续发展大会杰出成就奖、亚洲—大洋洲光生物学学会杰出贡献奖和中国植物生理与植物分子生物学学会“终身贡献奖”。

  查阅文献、准备会议材料、与学生讨论课题……年近九旬,匡廷云院士的日程依然排得满满当当。

  采访日期一再推后,距离第一次联络近半年之后,记者终于在北京中关村的一栋塔楼里,见到了这位身形瘦削、谈起工作来就激情四射的老科学家。

  “为祖国的富强添砖加瓦”

  “为祖国的富强添砖加瓦”,这是匡廷云年少时的愿望,也决定了她日后求学、工作的方向。

  1949年,匡廷云15岁,在四川省资中县第二中学就读。当时,新中国刚成立,各方面急需人才,匡廷云也期待自己能为新中国建设作点贡献。她偶然读到一本外国小说,里面介绍了一种名叫“肥田粉”的化学肥料,通过促进农业生产,改变了一个村庄的面貌。这让匡廷云对农业研究产生了兴趣……

  1952年,在填报高考志愿时,匡廷云毅然选择了北京农业大学(中国农业大学前身)土壤农业化学系。上学时,每晚寝室熄灯后,她就躺在床上,仔细“回放”当天每一门课程的内容,并加以记忆和消化。通过这个过程,匡廷云体会到多门课程是一个有机联系的整体。此后,她经常把各门课程知识综合起来进行重新归纳、整理和分析。这种在学科“交叉地带”寻找创新突破口的思维方式,也让她在以后的学术生涯中受益匪浅。

  1958年,匡廷云被选派到苏联国立莫斯科大学生物土壤系深造。每天天不亮,她就爬起来练听力、口语,随后再一头扎进实验室,潜心开展研究,直到天黑才回到住处。一有时间,匡廷云就泡在图书馆,查阅各类文献资料。经过近4年的艰苦努力,匡廷云顺利获得生物学副博士学位。回国时,她带回10多箱科研资料。

  回国后,匡廷云进入中国科学院植物研究所(以下简称植物所)工作。出于生产实践需要,所里决定让她开展微量元素锰对水稻增产的研究。匡廷云边研究、边思考:太阳每天升起,藻类和绿色植物周而复始捕获、传递、转化光,它的机理是什么?人类在漫长的岁月里并未揭示。匡廷云认为,研究光合作用机理及调控原理,对解决人类社会可持续发展所面临的粮食、能源、环境和资源等问题具有重大战略意义。于是,她下定决心去啃这块硬骨头。

  说干就干!匡廷云的研究小组迅速投入到科研中。当时植物所设在北京动物园内,实验室供电线路老化,电压不稳。白天,当电车从动物园外叮叮当当驶过时,实验仪表指针便无序跳动,严重干扰生化材料活性测定。为了获得最佳数据,匡廷云和团队从午夜电车停运时开始实验,一直干到早上6点。实验材料制备需要在低温下进行,组里没有高速冰冻离心机,他们只好把高速离心机搬到冰库中。那个冬天,匡廷云几乎都是穿着棉衣棉裤在冰库里度过的。

  仅仅两年,匡廷云及团队便在一个全新领域中崭露头角,连续发表了两篇学术论文。对于光合作用的研究,也因此成了匡廷云一生的探索目标。

  “科学研究必须要迎难而上”

  转眼来到1986年秋天,第七届国际光合作用大会召开。会上,来自德国马普生物物理研究所报告了一项紫色光合细菌光合反应中心膜蛋白复合物原子水平上空间结构解析的研究成果,全场响起了10多分钟的热烈掌声。两年以后,这项成果获得诺贝尔化学奖。

  “当时科学界普遍认为膜蛋白在溶液中根本不可能结晶。德国科学家不仅获得光合反应中心光合膜的结晶,而且成功在原子水平上揭示了其结构和功能机理。”这在当时是科学前沿最富于挑战的领域的重大突破,时隔多年,匡廷云对那时的震撼记忆犹新。

  “光合膜蛋白研究太重要了,但是难度很大,国际竞争非常激烈!”回到北京,匡廷云直接从机场赶到我国植物生理学奠基人之一汤佩松先生家中,及时报告了这一见闻。

  “中国也要参与竞争!”汤佩松言语铿锵。几天后,在汤佩松的书房里,匡廷云同结构生物物理学家梁栋材、常文瑞展开热烈讨论,大家一致决定,由植物所从生化入手、生物物理所从结构入手,通过学科交叉,共同开展光合膜蛋白结构与功能的研究……

  这一研究,就是5年,但项目仍迟迟没有突破。缺设备、缺经费,研究还要不要继续?“如果半途而废,我真不甘心。科学研究必须要迎难而上!”匡廷云和团队不断改进实验方法,从菠菜中分离出纯度高、得率高的光合膜蛋白,为其三维空间结构研究奠定了基础。

  转机出现在1997年,当时我国制定了国家重点基础研究发展计划,就是“973”计划。为了申报该项目,匡廷云和学科交叉团队几个月没有睡过一个安稳觉,通宵达旦地准备材料。最终,经过函评、会评,匡廷云牵头的“光合作用高效光能转化机理及其在农业中的应用”项目,从200多个申报项目中脱颖而出,成为首批10个项目之一,匡廷云则是首席科学家中唯一的女性。

  2004年,匡廷云团队与生物物理所团队一起,完成分辨率为2.72埃米(1埃米等于0.1纳米)的菠菜主要捕光复合物晶体结构解析,晶体结构的文章登上了《自然》杂志的封面。这是国际上第一个用X射线晶体学方法解析的绿色植物捕光复合物高分辨率空间结构,标志着中国光合作用机理与膜蛋白三维结构研究进入国际领先水平。

  “科学要求一个人献出毕生的精力”

  生活中,匡廷云不论遇到什么困难,都始终以饱满的热情投入到工作中。

  即便是节假日,她也经常和学生讨论工作;有时刚休息没多久,她就又回到实验室……望着老师瘦弱的身影,植物所光生物学重点实验室主任林荣呈特别感慨:“匡老师对事业的执着、认真,激励着我们每一个人。”

  “科学要求一个人献出毕生的精力,只要我还有气力,就要一直干下去。”匡廷云语气坚定。在科研不断取得突破的同时,匡廷云致力于推动已有的成果产业化。以植物工厂为例,它可以实现对植物生长环境的全自动控制,“相较传统生产方式,植物工厂的蔬菜生产能力可达100倍,占地却只有1%。”匡廷云说。

  “匡院士始终瞄准国家重大战略需求,努力做顶天立地的科研。”植物所研究员王文达深有感触。今年2月9日,匡廷云在山东东营设立院士工作站,开展培育高光效耐盐碱新型饲草种质及品种、饲草育种加速理论与技术研究等一系列工作。

  此外,匡廷云还十分关心青少年成长。1999年,北京青少年科技俱乐部发起成立,匡廷云作为最早的一批科研导师,一直以来参与俱乐部科普活动。“20多年来,无论多忙,匡院士总是抽出时间,同孩子们座谈、指导科研实践。”俱乐部秘书长周琳说。

  从60年前,在中关村幼儿园讲科普“人与自然”“人与光合作用的关系”起,匡廷云已记不清讲了多少场科普讲座。“面对科学讲座,一定要有激情,才能使科研的魅力让更多人感受到。”她的演讲启发了很多学生,不少人因此走上了科学的道路。

  采访到了尾声,匡廷云院士说,“我的时间真不够用,还有好多事没有做完……”

  记者手记

  用热爱与奉献书写人生篇章

  “瘦小的身躯里藏着巨大的能量”,这是熟悉匡廷云院士的人对她的评价。

  是什么让这位耄耋之年的科学家拥有如此巨大的能量?这能量来自她对科学的无限热爱,也来自她胸怀祖国、奉献人民的家国情怀。

  因为热爱,她在攀登科学高峰的崎岖道路上总是迎难而上,开辟中国光合膜色素蛋白研究,并使其达到世界领先水平。因为奉献,她始终将个人理想与国家需要紧密结合起来。无论探索光合作用机理,还是开辟在生产实践中应用的有效途径,每一个选择都回应着社会发展的现实需要。

  投身科学事业六十余载,匡廷云始终用热爱与奉献书写着自己的人生篇章,并将这份情怀传递给更多的人……(记者 施芳)

[ 责编:林佳欣 ]
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