科學也可以如此靠近

探秘真菌——莊文穎院士

10月
26
2021

2021年10月26日10時 中國生物技術網

中國生物技術網

中國科學院微生物研究所

北京日報記者 張航

  北京“最美科技工作者”——真菌學家、中國科學院院士莊文穎。

  小麥條黑粉菌標本

  桃紅側耳標本

  水稻穗腐病(鏈格孢、彎孢菌標本)

  金頂側耳標本

  地圖衣標本

  中科院微生物研究所展示的部分真菌標本。北京日報記者 和冠欣攝

  一提起真菌,不少人都會談虎色變,認為它往往會帶來病患或者災禍。其實,大多數真菌在現實環境中都是人類密切的朋友——香菇、口蘑、杏鮑菇是我們日常餐桌上的美食,青黴素是治病救人的良藥。它們都與真菌有關。

  我國是世界上最早利用真菌的國家之一。早在新石器時代,先人就能夠利用真菌發酵來釀酒;東漢末年的《神農本草經》記載了12種真菌藥物,其中茯苓、雷丸、紫芝、木耳等沿用至今,著名藥典《本草綱目》更是一口氣記錄了34種真菌藥物。

  在全球真菌學領域,有一本權威工具書《真菌字典》。該字典第九版的編寫者之一是來自中國的女科學家——中國科學院院士、中科院微生物所研究員莊文穎。她三次當選國際真菌學會執委,是該組織成立以來的首位中國籍執委;她還是美洲真菌學會首位中國籍榮譽會士。40多年來,她一直潛心探尋真菌的奧秘,帶領團隊深入全國26個省份的密林深山,發現了360餘個真菌新種。

  今年,北京市委宣傳部、北京市科協等部門首次聯合開展北京“最美科技工作者”學習宣傳活動,莊文穎被遴選為2021年北京“最美科技工作者”。

  矢志真菌夢成就“一門兩院士”佳話

  1948年,小麥遺傳育種學家莊巧生迎來了愛女降生。他和妻子給孩子起名“文穎”。從小,莊文穎就養成了愛鑽研的習慣。

  1968年,20歲的莊文穎響應國家號召,離京前往山西農村插隊。她幹活很賣力,受到鄉親們的交口稱贊。農忙之餘,莊文穎發現了問題:病害是導致村裏農作物產量上不去的一個重要原因,“一得病,鄉親們就說打藥,但究竟莊稼得的啥病,為啥得病,誰也說不上來。”莊文穎暗下決心,要揪出“真凶”。

  1973年,她進入當時的山西農學院深造。畢業留校時,有兩個專業可以選擇——昆蟲學或植物病理學,莊文穎主動選擇了植物病理學。“經過學習,我發現約70%的植物病害是由真菌造成的。”要想獲得更加透徹的理解,唯有進一步深造,於是,莊文穎瞄准了全國研究真菌最好的科研單位——中科院微生物研究所。1978年,她以優異的成績考取了微生物所的研究生,師從著名菌物學家餘永年。

  餘永年是我國傑出的真菌學家、中國科學院院士戴芳瀾的學生。對真菌學的熱愛與探索精神,就這樣一脈相承,讓而立之年的莊文穎確立了自己的科研志向。“在浩瀚的生命世界裏,在生物進化的漫漫長河中,真菌扮演了非常重要的角色,必將影響人類的未來。但人類對真菌的認識還遠遠不夠,我願意為此付出畢生的努力。”40多年後,莊文穎依然清晰記得自己的初心。

  她就像一塊巨大的海綿,如饑似渴地吸收一切關於真菌學的知識。1983年,已留所工作的莊文穎作為訪問學者到美國康奈爾大學進修學習,並於1985年開始攻讀博士學位。在那裏,她分秒必爭,將休息時間壓縮到非常苛刻的地步。別人去逛街,她在實驗室;別人去看電影,她還在圖書館。功夫不負有心人,她迅速掌握了真菌學的最新研究方法,發表了不少論文。

  留學期滿,她義無反顧地選擇了回國奉獻,“我要回到我的祖國去做科研,我相信中國學者通過努力奮鬥,在真菌學領域也能取得巨大的成就,獲得國際學界的認可。”她說。

  1988年初,莊文穎在康奈爾大學獲得博士學位後,毅然回到中科院微生物所工作。

  在莊文穎成為中國科學院院士前,莊巧生早已當選中國科學院學部委員(院士),父女二人成就了“一門兩院士”的佳話。

  翻山越嶺發現360餘個真菌新種

  真菌,是真核微生物。與動物細胞相比,它具有細胞壁,行吸收式營養;與具有細胞壁的植物相比,真菌沒有葉綠素,不能進行光合作用,大多數以孢子繁殖。因此,在生命世界中,真菌自成一界,是與動物、植物並列的一個真核生物類群。

  “生命從原核生物到真核生物,是一個本質跨越。真菌是較原始的真核生物,科學家們以真菌為材料,可以探討生命進化規律,具有十分重要的科研價值。”莊文穎說,據保守估計,全球有真菌220萬至380萬種,目前被認知和描述的只有大約15萬種,僅占總數的約6%,還有大量真菌物種等待著人類去發現。

  要研究真菌,就要“跑野外”,去人跡罕至、條件艱苦的環境中開展野外調查。中國地大物博,肯定有大量先前不為人所知的真菌物種。找到它們,豐富我們國家的真菌物種資源庫,為生物資源的利用奠定基礎,成為了莊文穎團隊的目標。

  上世紀八九十年代,很多地方還沒有通公路,拖拉機是最好的交通工具,不少地方甚至徒步才能進入。莊文穎帶著考察隊,扛著采集工具和行李,下了火車轉乘長途汽車,到達采集地再搭乘當地老鄉的拖拉機,或者步行進入深山老林。在濕度極高的廣西大明山,考察隊每天行進在雲海中;在尚未通路的新疆戈壁灘上,他們不斷挑戰著身體極限。

  1994年,莊文穎團隊獲得中科院生物區系特別支持項目資助,在僅有的3萬元經費支持下,她帶領團隊成員對川陝鄂交界的大巴山區開展了真菌資源調查,一口氣發表了7篇SCI期刊文章,後來匯總成小冊子《大巴山真菌》。這是中國真菌學者在國際舞台上的一次精彩亮相。

  多年的科考歷程,莊文穎的足跡遍布全國26個省份,發現了360餘個真菌新種,采集了大量標本。她研究了39個國家和地區的眾多真菌材料,澄清大量分類和命名問題;她獨立完成了3個真菌屬的世界專著性研究,使我國部分真菌類群的物種數量倍增;她發現和篩選出了深具應用潛力的木黴屬真菌的菌株……幾乎可以說,繼戴芳瀾、鄧叔群、餘永年等前輩之後,莊文穎帶領團隊扛起了中國真菌科學研究的大旗。

  編研中國人自己的“真菌志”

  中科院微生物所菌物標本館,坐落在中科院奧運園區內。從外表看,這是一棟不太顯眼的建築,卻珍藏著一個奇妙的生物世界。這裏也是亞洲最大的菌物標本館,收藏著來自全國34個省級行政區及全世界111個國家和地區的53.6萬份菌物標本。標本館自1981年對外開放以來,累計向外借閱標本10萬多份,供全世界學者從事科學研究和科學普及。

  在微生物所,莊文穎側重於真菌資源收集和系統分類學研究,為真菌資源的開發利用提供科學依據。依托標本館,莊文穎正帶領團隊進行一項浩大的科學工程——編研《中國真菌志》,形成一套中國人自己的真菌物種“百科全書”。

  《中國孢子植物志》與《中國植物志》《中國動物志》統稱“三志”,早在1973年,我國就成立了“中國科學院中國孢子植物志編輯委員會”,組織和帶領生物分類學工作者開展《中國苔蘚志》《中國海藻志》《中國淡水藻志》《中國真菌志》及《中國地衣志》5個分志的編研,這項鴻篇巨制歷經5代人近50載接力打造,截至2021年6月,已出版的113個卷冊記錄了我國孢子植物424科2255屬19652種。《中國真菌志》的編研旨在摸清中國真菌物種資源的家底,其第1卷於1987年問世,已出版的卷冊凝聚了我國幾代真菌學家的心血,是200餘位學者集體勞動的結晶。如今擔任《中國真菌志》主編的莊文穎說,早年我國真菌資源研究資金少,野外調查不充分,現在野外工作條件好多了,加上科研人員的不懈努力,目前我國已知菌物2.1萬餘種,近40年物種數量增長了3倍。在已出版的62卷《中國真菌志》中,包含905屬8873種真菌。

  為保證《中國真菌志》高質量出版,莊文穎傾注了大量精力,對每一卷的內容都進行細致審查。最近,她帶領的團隊歷時10年,完成了《中國真菌志 第60卷 肉座菌科》,記錄了我國肉座菌科6屬244種,編研過程中發表了94個新種。“志書編研過程中,我們將資源發掘、分類研究和編纂工作深度融合,力求揭示更多的真菌奧秘,事實也證明,大量的新物種得到了確認,如編研工作開始前,基於前人報道,我國木黴屬真菌只有19種,但後來經過科學家們的不斷探索,發現我國木黴屬真菌竟然有211種,這極大地豐富了我們對真菌資源的認知。”莊文穎自豪地說。

  微生物兩個屬以她的名字命名

  在很長一段時間裏,莊文穎的主要精力都是放在真菌系統分類學基礎研究工作上。近些年,她將越來越多的精力放在推動真菌資源可利用性的評價方面。莊文穎說,真菌與人類的關系極為密切,人類很早就學會了利用酵母菌來釀酒、蒸饅頭。上世紀二十年代,英國細菌學家弗萊明從青黴菌中發現了青黴素,大大減少了細菌性感染的死亡率,挽救了無數人的生命,還將人類的平均壽命從40歲提高到了60歲,具有劃時代的意義;而美味的食用菌不僅豐富了人類的食材,還在國家經濟發展和脫貧攻堅中發揮了舉足輕重的作用。

  如今,木黴成為莊文穎和團隊重點關注的對象。她說,東北黑土地是我國極為重要的糧倉,秸稈還田可以保持土壤肥力,但是東北冬季氣候寒冷,真菌分解秸稈的速度大幅下降,影響秸稈還田的效果,利用積累的木黴菌株資源有望破解這一難題。她和團隊正在探索不同木黴菌株,希望篩選出具有應用潛力的菌株,推動木黴在秸稈處理中發揮作用,為生態環境保護和農業生產貢獻一分力量。

  莊文穎的學術貢獻被公認,學者們以她的名字命名了一個真菌新屬——文穎盤菌屬,以及一個細菌新屬——海莊文穎氏菌屬,這是對莊文穎學術貢獻的巨大肯定。但她卻看得很淡然,“感謝同行的認可和鼓勵,我還有很多事情要做,要盡一切努力推動真菌學的發展。”

  雖然已年過七旬,但她依然如年輕人一樣,滿腔熱情投身科研。在微生物所,只要不出差,不外出開會,莊文穎每天都會早早來到位於四層的實驗室。她梳著齊耳短發步伐矯健,說起話來語速飛快,“莊老師中午都不休息,我們在科研中有任何困惑,都可以隨時找她請教。”實驗室的科研人員說,莊老師的這份執著讓每個人感動,也令每個人受益匪淺。

  給學生們修改論文時,莊文穎總是從科研數據到研究結論,從遣詞造句到標點符號,把修改和備注標記得仔仔細細。在日常的科研工作中,她還經常手把手地指導學生實驗操作,帶他們查閱圖書文獻,甚至一起動手打掃實驗台。每當年輕人做出了一些成果,她從不吝嗇誇贊;當他們囿於困境,止步不前,她總能送來溫情的鼓勵。

  “我希望年輕人首先要愛科學,有了足夠的熱愛才能發揮自身的才能。其次要實事求是,要認真做學問,耐得住寂寞,勇於拼搏,全身心地投入,並掌握科學的研究方法。我也支持年輕人走出國門看一看,但最終還是要立足於本國,自立自強。”莊文穎說。

  采訪中不可避免地提及父親莊巧生院士。莊文穎說,盡管他們從事的研究領域不同,但父親嚴謹治學的品質值得自己學習,“他是老一輩科學家的代表,和我的恩師餘永年一樣,激勵著年輕一代科研人的成長。”

  2014年,餘永年以91歲的高齡辭世,他一生主要從事菌物學科研、教學和著述,成就頗豐,在菌物系統學、生態學、生理學和發展史等多個領域都作出了突出貢獻,他的教導也讓莊文穎能夠站在巨人的肩上迎來了自己的人生飛躍。熟悉莊文穎的人都知道,她辦公室的窗台上一直放著一個老式暖水壺,這個鐵皮暖水壺是導師曾經使用的,從1993年至今她一直在用。有人問她為什麼不換一個新的,她說,“我每天用它喝水,就會想起我的導師,想起他對我的教育和培養,他不是院士,卻是我心目中永遠的院士。”

  面向未來,莊文穎說自己還有很多事情要做。真菌是保護生態文明、保障國民生命健康、保持國家經濟發展和保衛國門生物安全的重要戰略資源。她說,我們還要奮力探索大量的未知真菌物種,不斷認識、開發和利用真菌,使真菌更好地造福人類。

    2021年北京“最美科技工作者”名單

  ●莊文穎 女 中國科學院微生物研究所研究員、中國科學院院士

  ●李家洋 男 中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員、中國科學院院士

  ●彭木根 男 北京郵電大學信息與通信工程學院執行院長、教授

  ●郭曉蕙 女 北京大學第一醫院 主任醫師

  ●師亞輝 男 航天長征火箭技術有限公司 研究員

  ●包雲崗 男 中國科學院計算技術研究所副所長、研究員

  ●喻佳俊 女 懷柔區第二小學科技輔導員、中學一級教師

  ●劉 歡 男 中國疾病預防控制中心 副研究員

  ●季 節 女 北京建築大學土木與交通工程學院院長、教授

  ●趙東豔 女 北京智芯半導體科技有限公司執行董事兼總經理、研究員級高級工程師


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