破解海洋生物基因密碼,書寫藍色種業大文章!海大教授包振民獲2022年度山東省科技最高獎

半島都市報 發佈 2023-12-08T07:13:57.050165+00:00

半島全媒體記者 王麗平今年62歲的包振民院士依然保留著濃重的煙臺口音,這位從事海洋生物研究40餘年的「大海的兒子」,已經將海的基因深深刻入生命中。他讓扇貝這一海中珍饈走入尋常百姓家,完成多種貝類基因組精細圖譜,建立了水產生物分子育種平台,引領水產種業科技發展。

半島全媒體記者 王麗平

今年62歲的包振民院士依然保留著濃重的煙臺口音,這位從事海洋生物研究40餘年的「大海的兒子」,已經將海的基因深深刻入生命中。他讓扇貝這一海中珍饈走入尋常百姓家,完成多種貝類基因組精細圖譜,建立了水產生物分子育種平台,引領水產種業科技發展。

在此次山東省科學技術獎勵大會上,中國工程院院士、中國海洋大學海洋生命學院教授包振民獲得2022年度山東省科技最高獎。

包振民院士與團隊成員在交流扇貝育種問題(攝影:劉蒞)

科研精神一脈傳承

兩鬢花白、雙目有神,一張方臉透出幹練與和氣。鏡片下,有力的眼神透出智慧的光。「從小我的眼睛就停不住,喜歡看書獲取各種信息。」包振民院士說。

在方宗熙海洋生物進化與發育研究中心內,一個個海洋生物科研難題正被攻克,這座以我國海洋生物遺傳學和育種學奠基人命名的大樓,成為曾師承方宗熙教授的包振民帶領學生攻克科研難題、破解海洋生物基因密碼的地方。

院士的日常總逃不過一個「忙」字,幾日前,包振民剛從長沙參加完智慧育種相關會議回來,之後參加了中國海洋大學的學位評定委員會會議,接下來要參加山東省科學技術獎勵大會,之後還要到三亞參加全國性推進深海養殖會議……

作為中國工程院院士、中國海洋大學海洋生物遺傳學與育種教育部重點實驗室主任,包振民說他深感身肩重任,不敢懈怠。

在包振民的帶領下,目前中國海洋大學海水養殖動物分子育種平台已成功搭建,將為魚、蝦、貝等水產生物育種提供「一站式」解決方案,推動傳統育種模式向智慧育種模式轉變。

將理論與百姓生活結合

包振民於1961年出生在煙臺一個普通家庭里,母親是小學教師,工作繁忙,父親是鄉鎮幹部,經常被外派,聰明、成績又好的他讓父母省心不少,5歲就上了小學。

「我喜歡看書,但苦於家裡書少。」後來,包振民家附近開了個小書店,營業員是位下鄉知青,與包振民家很熟,所以「被放養」的他就經常到書店看書,「那裡就成了我的專屬『圖書館』了。」在「圖書館」里,時間過得飛快。就這樣,看書快、看書雜的他,小時候看了大量書。「到現在我也是眼睛不能閒著,就連坐計程車車上的傳單我也會看看是什麼內容。」包振民說,後來他發現好奇心是做科研的最好嚮導。

包振民院士與團隊成員在探討扇貝育種問題(攝影:馮文波)

1978年,包振民參加高考,成績位列全縣前茅。有著濃厚海洋情節的他,在填報志願時毫不猶豫地選擇了山東海洋學院(中國海洋大學前身)生物學專業,在這裡,包振民開啟了他與海洋生物近半個世紀的不解之緣。

本科期間,包振民到方宗熙教授實驗室做畢業論文,「方老師研究生物遺傳學,這為我在生物遺傳方面打下了良好基礎。」

1982年包振民本科畢業留校任助教,一步步做到講師、副教授、教授。

讀博期間,包振民遇到了另一位對他影響深遠的老師中國海洋大學貝類學家王如才教授,「王老師心胸寬廣、純粹厚道,關心年輕人,在我心裡他就像聖人一般的存在。」包振民說,王教授是貝類養殖學家,建立了扇貝苗種生產技術和人工養殖技術,扇貝在他心裡有很重的地位。作為王教授非常看重的一名學生,王如才教授也希望包振民能將扇貝繼續研究下去。

當時作為海產八珍之一的扇貝,就像奇味珍饈一般,平常百姓很難吃得到。「王老師經常教導我們,要把理論和老百姓的生活結合起來。」所以,研究扇貝、將優質扇貝端上普通百姓飯桌的想法,在包振民心裡種下了種子。

後來,以王如才教授為代表的專家學者陸續攻克了扇貝半人工采苗技術、室內全人工育苗等技術,扇貝養殖這一產業在我國逐漸興起,被稱為海水養殖業的第三次浪潮。

把實驗室搬到養殖場

到了20世紀90年代後期,扇貝養殖業暴發了大規模流行病害,一度成為制約我國扇貝養殖業發展的大難題。因此,培育高產抗病良種被提上日程,這一任務就落在了這一代科研人的肩上,時任海洋生命學院副院長的包振民和團隊爭分奪秒開始投入這一課題攻關。

包振民院士在查看扇貝生長情況(攝影:劉蒞)

「育種最根本要考慮的是能否實現更高經濟效益,投入少、產量高。」包振民說這是漁民們最大的訴求。

為了更貼近天然養殖環境,包振民將育種實驗從實驗室搬到了漁民養殖場裡,將選育種工作與產業無縫銜接。

風高浪急、潮氣侵擾,包振民帶領團隊在黃、渤海區多地進行著實驗,與當地漁民同吃同住,每天穿梭於育苗場間。

在養殖場裡做實驗的過程中,包振民和團隊受到了許多啟發,「這是書本里、實驗室里得不到的。」包振民說,比如並不需要像以前書本上教的那樣對扇貝經常換水,一個小桶就能在車間裡進行扇貝養殖實驗。

實驗不斷深入,科研有了諸多突破,「育種評價的核心是找出能把優良性狀傳給後代的親本,如果想要培育出個體大的扇貝,不是只選表型是大的,而應該選遺傳本質是大的,將能把大的特質傳給後代作為選種評價標準。」包振民說。

經過數年研究,包振民和團隊在扇貝的分子標記、數量遺傳育種、分子標記輔助育種等方面取得突破性進展,創建了以BLUP育種技術為核心的扇貝育種技術體系。在這個過程中團隊發現了一種貝殼呈紅色的扇貝品系,其多項表徵都很優秀,在此基礎上,2005年,團隊培育出了一種扇貝新品種,其生長速度快、產量高、肉柱大、抗逆性強、遺傳性能穩定,「生長速度是野生扇貝的1-2倍。」由於培育地是在蓬萊海域,所以取名「蓬萊紅」。

引領種業創新發展顛覆性技術

育種是個連續的過程,需要不斷精進。在此之後,包振民和團隊步履不停,在「蓬萊紅」的優良品種的基礎上繼續進行「蓬萊紅2號」的培育工作。

21世紀初,全基因組選擇育種成為育種領域的前沿技術,不過當時還沒有科學家將這一技術應用到水生生物育種中。要進行全基因組選擇,就要掌握高通量基因分型技術。「高通量基因分型通俗點說,就是檢測位點數、檢測樣本量非常大,百萬、千萬來計。」包振民介紹,此前,國際上對畜牧動物進行高通量基因分型時,需要用基因晶片進行檢測,但價格昂貴,需要專用儀器設備,他們迫切需要把檢測成本降下去。

經過不斷探索,團隊建立了簡併基因組技術和液相晶片技術,將他們擁有良好基礎的分子標記技術與當時國際上剛剛提出的全基因選擇育種相結合,開發了全基因組遺傳效應評估的算法模型,經過無數次實驗、數不清的方案推倒重來,最終研發出了貝類全基因組分型技術,大幅降低了育種評估的成本。

基於這一技術,2013年,團隊培育出「蓬萊紅2號」,這是我國首個採用全基因組育種技術培育的水生生物新品種,產量提高25.4%。目前全基因組分型技術不僅應用在水產上,還應用到了農業、醫學上,成為引領種業創新發展的顛覆性技術,帶來了巨大經濟效益,為國際同行矚目。相關成果獲得2018年國家技術發明獎二等獎。

最好的良種永遠是下一個

到目前為止,包振民團隊已培育出了10個水產新品種,大大提高了育種的準確率和效率,加快了良種選育。良種育成時間從第一代的10年縮短到了現在的4-5年。我國扇貝年產量也從上世紀60年代的20多噸,上升為如今的年產量近200萬噸,價位也隨之下行,真正實現了讓海產珍饈走入尋常百姓家。

「良種沒有最好,最好的永遠是下一個。」包振民說目前團隊正在培育下一個扇貝品種,有望實現一年半內育苗、商品養成,養殖成本、養殖風險大大降低。

「未來希望能培育出生長更快、抗病性能更強,消耗更低、養殖更簡便、口感更好的超級品種。」包振民說,未來的育種技術稱之為分子設計技術,期望可以根據不同養殖環境、不同需求,人為分子設計良種所需基因,「就像為它畫了一張生產圖紙一樣,這是我們的終極設想。」

包振民院士與團隊成員在探討扇貝遺傳育種問題(攝影:馮文波)

目前包振民和團隊已完成多種貝類基因組精細圖譜,並率先開發出「液相晶片」,技術水平國際領先。「之前用固相晶片測驗一個扇貝需要1000-3000元,現在使用液相晶片100元以內就能搞定。」包振民說,通俗來說,固相晶片需要載體,如玻璃片,液相晶片不需要載體,直接將探針混合在試管內,在液體內雜交後,直接通過測序就可以完成,且效率更高、組合更靈活。

科學永無止境,包振民和團隊在超越自我的道路上疾馳前行。目前團隊正在研發比「液相晶片」通量更高的泛基因組IBD集群分型技術,其應用成本更低,應用範圍更廣。

科研報國,書寫「藍色種業」大文章

「繁霜儘是心頭血,灑向千峰秋葉丹。」包振民在醉心科研的同時,也培養了眾多水產種業科研人才。

王師是跟隨包振民時間最長的學生,目前已經是團隊的老大哥,跟隨包老師到條件艱苦的海水養殖場實地調研是家常便飯。「在海洋生物的繁殖季節,為了研究生物的胚胎發育,包老師帶我們連續三、五天在實驗室『連軸轉』。」王師說,這種熱忱治學的精神,讓他受益終身。

1993年出生的韓文韜則是年輕一代中的一位。「包老師對科學問題非常敏銳,總能直擊要害,提出靈魂拷問。對我們的要求是不讓我們做一些簡單、沒有創造性的工作,而要求我們要做需要花費畢生精力去做的一件事,並做到極致。」韓文韜說,應國家需求、做一流學術,這是包老師對他們一以貫之的教導。韓文韜也成為包振民團隊第一位博士期間就在國際期刊nature子刊發表封面論文的學生,他也即將入站中國海洋大學博士後。

君子有三樂,其中一樂是「得天下英才而教育之」,這就是當老師的快樂。「我會給學生們充分自由的科研空間,這有利於科研靈感的迸發。」包振民說在這個過程中他感受到了科研的重任以及提攜後學帶來的愉悅。

截至目前,包振民院士已經培養了130餘位碩士、博士研究生,他們中大多已經成長為我國水產種業領域的領軍人才和骨幹力量。

目前,包振民院士已獲得全國五一勞動獎章、創新爭先獎和光華工程獎等榮譽,獲國家技術發明獎二等獎1項、國家科技進步獎二等獎3項、省部級科技獎勵一等獎6項等。

「此次獲得山東省科技獎最高獎,感到很榮幸,也很受鼓舞,這是對我們團隊的肯定,當然我們只是眾多科學家的代表,這是政府對我們科技工作者的重視。」包振民說,水產育種是他畢生研究之路,未來他會繼續深耕於此,培養出更多優秀人才,書寫「藍色種業」大文章,讓國家「藍色糧倉」更加豐盈,保障我們的糧食安全,服務國家海洋戰略。

中國海洋大學海洋生命學院樓前的方宗熙雕塑依然莊重威嚴,海邊吹來的涼爽的風掠過肩頭,穿過窗戶吹入樓內包振民團隊的實驗室,也吹進一代代埋首破解海洋生命密碼的海洋科研人心間。

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