21世纪生命科学发展的趋势

第一个问题生命科学研究的对象，生命科学研究的对象，是整个的生物界，及其与环境的关系，也就是研究生物体生长发育成熟、消亡、物质代谢、能量代谢、老的活动、遗传、进化、分布的规律，以及和外界环境相互作用的关系。也就是和气圈、水圈、原始圈的相互的关系。生命科学要从有机体的不同层次，原子、分子、细胞、基因组、个体、群体、生态系统、生态圈结构乃生命现象的本质来揭示生命的奥秘。揭示新的原理和探索新的技术，进行多学科的交叉和渗透，并广泛用生命科学的理论和方法，起检阅当今人们监临的食物、人口、健康、资源、环境、能源、信息和材料等问题。世界人口和资源的严峻挑战，迫使人类把利用自然资源的范围，扩大到我们世代生息的地球之外，空间生命科学应运而生，研究太空特殊生命条件下，特殊生命活动的规律，是空间生命科学的主要任务。

第二个问题谈20世纪生命科学的巨大成就，20世纪生命科学所取得的第一次革命性的进展是，孟德尔遗传定律的再发现，摩尔根的基因论，也就是说摩尔根用“国音”用实验，证明了孟德尔提出来的遗传因子，是在细胞内染色体上排列有序的基因，而这个基因它是遗传物质的载体。在20世纪中叶，“波碰学”的创始人“雪地我”他提出，一定有一种生物大分子的晶体，它包含着数量巨大的遗传密码的排列组合。20世纪中叶，在生命科学里头取得的第二次革命性的进展，一个重大的突破是美国的生物学家沃森和英国的物理学家克里克建立了DNA双螺旋结构的分子模型，我们知道，沃森是一个生物学家，他的主要贡献就是确定了两对碱基特异性的配对，表明了可能的遗传物质的复制机制，而克里克作为一个物理学家，他极力主张建立分子模型，他从物理的角度，提出原子的角度和距离，能够最大地控制无形的结构，而且这种规则模型的结构，能够大大地减轻变量的数目，也就是说生物学家和物理学家结合建立了DNA双螺旋结构的分子模型，这是物理学和生物学完美的结合。而且，有进步通过英国的生物学家和捷克生物学家对第二个进行X衍射证明了它们的分子模型是正确的。

第二双螺旋结构的分子模型的建立，是20世纪生命科学发展的里程碑，标志着当代生命科学的诞生，开辟了现在生物科学的新纪元。而且结束的世界上千差万别的生物种群和个体，在分子结构和遗传机制上的统一性，并为第二重组为主的首要手段的锦宫城奠定了基础，对生命科学的发展，对农业、工业和医药的发展，产生了巨大的极其深远的影响。由于分子生物学的发展，由于基

因的发展，由于电子计算机的发展，使人类有能力，来破译自身的遗传密码，所以启动了人类基因组的计划，这是20世纪最有影响的三大计划之一。人类基因组的计划是广义的，不仅包括人类的基因组，也包括有关动物和植物的基因组，譬如说对水稻的基因组，由于基因的同线性使人们通过赫本和模式植物水稻的研究，来了解遗传背景非常复杂的玉米、小麦等重要作物的基因调控模式，到2003年，人类基因组，31个碱基的测序，将全部被测定，以及有关动物、植物基因组的序列也将被全部测定。接着人类将进入一个破译遗传密码研究基因功能的后基因组时代，以及蛋白质组学的时代，将大规模地开展蛋白质等生物大分子的结构与功能，标志着结构生物学将大大地发展，结构生物学是生命科学研究中最前沿的领域。

在结构生物学中，在蛋白质的研究中，最富于挑战的领域，是膜蛋白的结构与功能的研究，到目前为止已经有一万五千多个蛋白质的三围结构被解析出来，但其中仅仅只有20多个膜蛋白的空间结构，被间隙，但在生物体内，膜蛋白占总蛋白含量的20%—40%。而这些膜蛋白，又具有重要的功能，能量的转换，物质的运送，特别是是信号的转到等重要功能，因此对这些膜蛋白的结构与功能的研究，毫无疑问地是具有非常重要的意义。这是线粒体“薄蛋白”上的ATP酶，它进行ADP的产生，进行线粒体膜上的能量转换，由于对它结构或功能的“散明”，“卖艺而”和沃克获得了诺尔被化学奖，这是叶绿体上的膜蛋白，那么对反映中心，膜蛋白的结构与功能的研究，“丹丝霍菲尔米丘”以及“福伯尔”他们获得诺贝尔化学奖。而膜蛋白在信号的转导，在离子的通道，在蛋白质的运送到具有很重要的功能，这些跟神经生物学，跟生长发育都是紧密相关的。所以结构生物学不仅能揭示生命现象的本质，具有重大的意义，而且对高新技术的开发，具有巨大的经济效益。

由于20世纪生命科学的发展，使生命科学在自然科学中的地位，也越来越显著，因此第三个问题，我是要讲，生命科学在当今自然科学中的地位，也就是说主力军的地位，也是主力军之一。19世纪以来，物理学、化学、数学、基础科学以及基础科学的理论和技术成就，提供了人们认识生命活动规律的许多新技术和新手段，极大地促进了生命科学的发展，而生命科学的发展，又推动了整个自然科学的发展，生命科学是自然科学的重要组成部分，生命科学的发展深刻地影响到当代自然科学和技术的发展，生命科学的规律，可以概括为非生物体系的物质运动的规律，在生物体复杂系

统的综合表现，生命现象的本质，使物质运动的规律具有更深刻和更普遍的意义，因此，生命科学的发展，将导致自然科学进入复杂性研究的新领域，生命科学的进步，也向数学物理学、化学、以及基础科学提出了许多新问题，新概念和新的研究领域。由于生命科学的发展，对整个科学的影响，社会的进步和经济的建设，都具有重要的影响，在20世纪生命科学得到的空间地发展，取得了丰硕的成果，特别是后半世纪以来，生命科学的理论成就，给自然科学的发展和技术的进步作出的重要贡献。所以，生命科学它成为了当今自然科学体系中的主力军。我们将从以下面一系列数据，来说明它是主力军之一：

第一，从美国科学期刊引文的综述来看，生命科学占全部总数的75.6%，从科学投入来看，生命科学占全部投入总数的55%；从科学的产出来看，生命科学占全部总数的55.1%；从科技专利来看，生命科学占科技专利总数的75.6%，以上的数据充分说明科学生命在知识创新中的重要地位，它将成为21世纪科学体系中的主力军之一。

第四个问题，讲21世纪生命科学发展的趋势。也就是生命科学在当今社会经济和知识创新体系中的地位，或者作用。生命科学是以破除迷信，反对唯心论，树立科学的世界观，促进精神文明建设密切相关的基础科学。生命科学对生命的起源和进化，人与自然的关系，人脑以及神经活动的研究中，所得出来的科学结论，将会影响人的世界观、价值观和伦理观。在未来得世纪中，也就是本世纪中，生命科学在促进自然科学、社会经济的协调发展，在推动知识创新以及精神文明的建设中，都将会起到越来越大的作用。我下面讲一下，在21世纪中生命科学发展的几个特点，或趋势。

第一个特点，分子生物学是生命科学的主导力量，分子生物学将进一步推动生命科学各分支学科的研究，向分子水平深入发展，因而产生了分子遗传学，分子细胞生物学，分子神经生物学，分子生理学，分子分类学，分子生态学等，也就是在分子水平上，对细胞的活动，生长发育，消亡、物质和能量代谢、遗传、老的活动进化和分布等重要生命活动进行探索。

第二，生命科学仍将是向对基本最复杂的微观和宏观两级发展，但最终必须要把宏观和微观整合起来，把在原子、分子、细胞、个体、群体、生态系统等生命不同层次，作为一个有机系统来进行深入的研究。

第三，生命科学的模式发生了巨大的变化，今天的生物学是以单一的个体实验室的研究模式为主，随着大科学的实施，出现了大规模的跨单位、跨地区、跨国的联合研究

和大型研究中心的集约性研究，这些新研究模式，将成为推动生命科学快速发展的主要动力，多个实验室之间的合作研究方式，已经成为当代生命科学的潮流。

第四，生命学家对生命的思考和认识有了新的角度，由于基因组真题性研究方法的出现以及复杂系统理论，和对线性科学技术的发展，使生物学家思想和方法都在发生改变，从局部观发展到整体观，从线性思维发展到复杂性的思维，从注重分析发展到分析与综合相结合。

第五，生命科学的发展，越来越依赖于大型平行技术的发展，最突出的例子，就是第二序列的测定，通过机器人，通过自动仪器来分离DNA，切割DNA，自动测序研究基因的表达，甚至蛋白质的相互作用。发展机器人技术和利用来控制仪器和数据分析计算机的程序，这是需要科学家的高超智慧。

第六，过学科的交叉是当代科学发展的一个趋势，也就是说在21世纪人们将要在综合性的一些跨学科的领域中继续找新的机会，在19世纪有一批物理学家，化学家的加盟，导致了分子分离学的诞生，当今物理学、化学、数学、力学、基础科学和生命科学的交叉，渗透和有机结合，并将孕育着有一特科学的大爆炸，据预测21世纪生命科学将发展成为新一轮的第二科学革命的中心，并将跨越物理世界和生命世界不可逾越的鸿沟，使之统一起来。

第七，生命科学基础研究与应用研究的结合越来越紧密，研究成果向产业化转化的速度也越来越快，在分子生物学研究的初期，可以说大部分研究是在象牙塔里进行的，到了基因工程时期，基础研究就开始与应用研究或产业研究相结合，到了后基因组时期，许多在过去被视为基础研究的工种，一开始就与应用研究紧密联系在一起，例如一些商业公式把对序列测定以及蛋白组学中的蛋白质分析所得到的数据，直接编为具有很高利润的商业数据库，基因或者是蛋白质的信息，已经成为各大生物工程师追求的重要目标。

第五方面，我举生物学里头的几个例子，来简单地叙述一下，生命科学当代研究的状况以及它的发展趋势，由于我本身知识面比较狭窄，里面有很多遗漏的地方，我想今后不论在任何的场所都会向不同的专家去请教，因为神经生物学和光合作用，它基本上概括了动物植物和生物，神经生物学是代表了动物比较特有的，而光合作用是代表了植物比较特有的，所以我想举这几方面的例子，来简单地说明一下。

神经生物学是当代科学的前沿，神经生物学它不仅要揭示大量地秘密，预防大量地疾病，而且神经生物学更是我们向往的人能面向世界，创造更好地物

质文明和精明文明，主要就是我们有智慧的大脑。神经生物元就预防大脑有关的神经疾病，我们知道从本质上来讲，人的大脑是最高级最复杂也是最可靠，也是最灵敏的信息处理系统。人的大脑有一万个神经元而每个神经元又可以接受两千多个神经元的摄入，但是它的体积只有1.5千克，但是它的耗能是十瓦，人的平均寿命七八十岁，可以使用七八十年。更重要的当代的超级计算机，它在图象识别和语音识别抽象概念的处理，快速地认知等等这些方面，是远远不及大脑的。因此，揭示大脑信息系统处理的原理，将可能把信息技术和自动化技术，推向高度智能化的境界，因此神经生物学肯定是20世纪很重要的前沿，这本天书在20世纪又打下基础，在21世纪肯定有重大的突破。

我这里讲“画一生物学”在我们台上的两位院士，都是这方面的专家，一个是植物方面的专家，一个是动物方面的专家，我在这里完全是班门弄斧，待会朱院士还要做精彩的岩样，所以我在这里，仅讲一下，植物细胞的全能性，也就是说植物任何一个体细胞，任何一个新细胞，它都有全套的遗传信息，也就是说离体以后，它在一定的条件下，都可以发育成一个完整的植株，通过细胞和组织培养。这项技术，已经非常成熟用在农业和园艺上，得到了显著的经济效益和社会效益。克隆动物的活动，在理论上对动物细胞的全位性有了新的认识，我想朱院士也要谈，而且我这方面也不懂。我现在要讲的一个例子，就是通过植物细胞的大量培养，通过基因工程相结合，对开发我国自然资源已经显示了重要的前景，也就是说我们国家自然资源丰富，植物资源要进行开发，必须要走生物高新技术的道路，形成生物高新技术的产业。

我举一个“芝草”，“芝草”是我们现在一味中药，这个“芝草”是在新疆海拔三千公尺以上，而我们永远不会用它的根系，过去中药是广泛地采集，通过“芝草”跟细胞的培养，形成了细胞株系，而且通过外界条件的控制，“芝草磷”的含量比天然的“芝草”还要高，而“芝草磷”是当代很有希望的一个抗癌药，可能现在临床实验比“紫砂成”还要强，而它的成本低，通过细胞大量培养，还可以进行工业发酵，获得的产品可以作为针剂，当然作为天然食品的添加剂，或者作为唇膏，那这是太廉价的运用了，因为它这个可能是一个很有前景的抗癌药。所以我举这个例子，就是指植物细胞的全能性不仅是一个重要的理论研究问题，而且它和经济的发展紧密相关，而且细胞通过大量培养与基因工程相结合，能够开辟植物高新技术的产业，将会有巨大

的经济效益和社会效益.
它的基因组很小，只有五条染色体，现在已经完成了“一览建材”的测序，而且利用“一览建材”的突变株，已经发现有80个位点能控制开花的时间，有的抑制开花，有的促进开花，也就是说发育生物学，特别是花器官的发育生物学取得了很大的进展，而在我们国家也启动了973的项目，不管从理论和时间上的意义都是非常大的。

我这里讲一下光合作用，我们知道光合作用是植物特有的功能，也就是说正是光合植物它通过体内的色素吸收太阳光能，把无机物变成有机物变成氧气的过程，可以说光合作用是地球上最大规模的光能转化过程，它合成的有机物是微生物食物的来源，它放出的氧气是地球上氧气的主要来源，当今文明所需要的古生物原料不管是石油、天然气，都是古代光合作用的产物，所以光合作用它是一个重要的理论问题，而且以当今人类面临的粮食、能源、资源、环境、信息、材料都密切相关，光合作用在植物细胞中是在叶绿体中进行的。而光合作用的核心问题是光合作用高效吸能、传能和转能的机理，我们知道太阳光照在叶片上，实际上光和膜吸收太阳光能，传递太阳光能，都是在具有一定分子排列或空间构象的普光色素反映中心色素蛋白和有关电子载体中进行的，它涉及到一系列的分子、原子、离子的传递和转换，一系列的物理化学过程。

这样一个高效性能传能的功能，它要求一个什么样的分子结构？而这些分子结构，要求什么样的分子和原子排部才能满足这样一个功能？时间的尺度是10的负7次方秒到10个负15次方秒，也就是说在光和膜上，它能量的传递效率可以从94%到98%，而能量的转换效率在反映中心几乎是100%，而且光合作用在常温常压下，用可见光推动使水裂解放出氧气来，这是当今科学技术还远远达不到的。阐明光具有高效性，传能转能的机理，不仅能够揭示光合作用的奥秘，而且能够推动生命科学物理学，化学等前沿学科领域的发展，而且能为提高农作物的光能利用效率，提高基因工程，蛋白质工程，以及开辟太阳能利用的新途径，研究新一代的生物芯片和电子器件提供理论依据和途径。

在光合细菌反映中心结构与功能研究，是取得了重大的突破。也就是说，能够把只是把光合细菌从光合膜上分离提取，而且对它的基因的定位和序列分析，这是生物学家的贡献。那么光化学家他们用超快的手段，来阐明吸能传能的途径或输理，而经济学家拿的这块膜蛋白，而且成功进行了X光衍射，也就是说在原子水平上，阐明了它的结构。这是光合细菌，结构与功能的研究，使当

代物理学、化学、生命科学有机结合的一个优秀范例。在国际上有人预测，光合作用性能吸能传能机理的阐明，而进行吸能传能这些膜蛋白，空间结构的间隙，光合膜系统可能成为第一个在原子水平上，有物理和化学的概念，解释清楚的一个生物系统。也就是刚才讲的，就是到了21世纪有可能跨越物理世界和生命世界不可逾越的鸿沟。

光能利用的一个主要问题，主要是光能利用效率的问题，我们知道在农业上，保持农业的持续发展也是我们整个国民经济持续发展最基本最长期的任务。而随着人口的增长，随着工业的发展，耕作的减少，提高单位面积产量是我们最佳的选择。而植物耕作的90%—95%，是来自于光合作用，光合作用是作物产量形成的物质基础，也就是说要大幅度提高作物的光能利用效率，才能得到大幅度的提高作物的产量。但是当太阳光照在叶面上，有47%的太阳光是在光合作用利用之外，光合作用不能吸收，而53%的太阳光，通过吸能的不完善，通过传能的消耗，通过转能效率的不同，又通过“光复习”或“按复习”的消耗，实际上光能利用效率的也仅仅只有5%，而当代高产的水稻小麦品种，它们的光能利用效率只有1%到1.5%。因此，提高光能利用效率，哪怕是0.3%0.1%对产量都会做出极其重大的贡献。

以水稻为例子，在六十年代，第一次的突破就是高秆变矮秆，大幅度提高了产量，第二次突破应该是我们中国科学家的贡献，就是杂交水稻产量又有了大幅度的提高，但是八十年代到九十年代，一直在这个直线上徘徊。21世纪要进一步提高作物的产量，我们认为除了利用杂交优势，不管是抗疫性的优势等等，单是大幅度作物的光能利用效率是重要的途径之一，也就是说研究光合作用高效的生理基础和它的分子机理，这是一项基础性战略性和前瞻性的研究，对光合作用的转能机理和提高农作物的光能利用效率，在我们国家的973和自然科学基因都有覆盖。在讲光合作用和环境，我们知道随着工业的发展，大气中的二氧化碳，不断地增加，据预测在21世纪中，大气中的二氧化碳，将要达到，也就是说现在是350个PPM，到21世纪中叶要达到700个PPM，当然二氧化碳倍增以后，温室效应等等我们撇开不谈，二氧化碳倍增以后对植物的生理生态会产生什么样的影响，特别是是二氧化碳是光合作用的原材料，它对光合作用产生什么样的影响。这是众说纷纭，美国哈佛大学教授“巴拉斯”在1998年的一篇文章，他认为大气二氧化碳倍增以后，发达国家依靠他们的科技和资源的优势，在全球变化的情况下，农作物还会大幅度的增产，但是对我们发展

中国家，由于我们的科技比较薄弱，经济也有限制，没有能力发展和购买新作物的品种以及其他的生产资料，因此，我们的产量将要减少。对这个结构的分析，不能单纯从政治角度，而是我们要进行研究，我们国家在抵抗全球变化带来的负面影响，决定科学政策提供依据。

我再讲一讲生物多样性，生物多样性的概念是有三个层次，一个是遗传的多样性，一个是物种多样性，还有一个是生态系统的多样化，一个总的多样性，就是多种多样性的结合。人类赖以生存的基础，它的直接价值，比如说植物，包括栽培植物、家养动物、药物，包括抗癌药物，有用的中药成分，我们国家是非常丰富的。还有工业原料，当然还有间接的价值。一个基因或者是一个物种可以影响一个国家有关的经济发展，一个优良的生态群落的建立，可以改善一个地区的环境，譬如说野生稻雄性（13：01）基因，就为我们国家发明杂交水稻提供了基因资源。生物多样性的价值，从内求估计，每年它的价值全球是33万亿美元，但是生物多样性的保育是非常紧迫，市场增加有过几次大绝灭，这是自然地质的原因，而人为的活动，使地球又进入了一次大绝灭时期。生物大量的人为绝灭，因此我们之后只能在灭绝动物的博物馆，陈列馆去了解地球上曾经有过的动物或植物，我想这个就是人类的悲哀了。所以生物多样性，引起了各国的重视，这是一个政府行为，也就是生物多样性的公约，要保护生物多样性，要持续利用生物多样性，而且遗传资源应该公平共享，我想有些政策问题，我们国家的生物多样性，也受到了重视，不管是从基因万汇，不管是从973的项目都有覆盖。

我前面仅仅从几个例子来简单地谈一下，生命科学发展的现状和它的一些展望。总之21世纪生命科学的突破，生命活动的基本过程，及其进化和分布以及与环境相互作用的揭示，将会为生命科学的开发和利用，将为生命技术的腾飞，提供巨大的原动力。展望新世纪，生命科学将会在更加突飞猛进的发展，生命活动的基本过程或规律，将会在更广阔的空间尺度和时间尺度上被揭示和阐明，随着人类以及有关动植物基因组全序列的测定，人类将进入破译遗传密码，研究基因功能的后基因组时代，将大规模地系统地开展蛋白质等生物大分子的结构功能，这对于揭示生命现象的本质和规律，是具有重大意义的。如正在发展的基因工程、蛋白质工程、生物信息技术、生物芯片和生物电子器件技术，胚细胞等关键技术，将会使生物技术产业成为21世纪最主要的产业，当然它会具有巨大的经济效益，同时也将深刻地改

变，农业食品能源材料，人口卫生资源信息，环境生态的状况。

面对国际上，围绕着生命科学前沿和生物技术以及自然资源的激烈竞争，对我国来说是机遇和挑战并存。我国如何迎接生命科学的挑战不是时机，是我们中国所有的科学家应该高度重视的问题，我要感谢吴贾勇教授，马柯坪教授，王殊荣教授，彦和春教授，仲康教授，星宇博士，跟我这个报告提供的有关资料。

听众：

就像你在报告中介绍的那样，21世纪生命科学将会有更大的发展，你也介绍了各国在这方面在投入上，包括在运用方面上生命科学有越来越重要的价值，我这里第一个问题，中国目前在这种生命科学中的研究投入上，有什么样的举措，包括中国目前在世界上同世界先进过程，有多大的差距，在这个研究领域，我们到底处于一个什么样的位置，希望你简略地回答一下。第二个问题，目前世界上很多国家，在对生命科学基因研究方面，包括克隆羊、克隆猪、克隆牛，听说最近还有一个国家正在做克隆人的准备，从技术来看现在没有什么障碍，所以说一些国家出现了相应的一些这种法规、政策，包括法律，我们国家在这方面有什么，尤其是政府方面有这方面的法规和政策规定，请您详细地介绍一下。

演讲者：

谢谢！你提的第二个问题，我想是一会“朱左元”院士要报告的，而且他也会很好地做回答。就第一个问题，从美国的资料来看，生命科学受到极大的重视，不管从投入，包括它的产出，包括它文章的引用率，包括它的专利，显然都非常说明生命科学的重要性，但是在我们国家，虽然我们讲21世纪是生命科学的世纪，是信息科学的世纪，但是我觉得，没有受到应有的重视，非常遗憾，今天刘院长没来，我正好要向他反映这个问题，我希望在这个问题上，我们能跟国际接轨，也就是说在国际上许多发达国家生命科学受到极大的重视，我们国家也开始重视，但是在经费的分配方面，我确切数据不知道，但是从我本身的领域来看，我觉得还没有受到重视，所以我想你提个问题，非常好，我们生物学家要富裕，我们常常一个项目，实际上跟国际竞争是什么，我们真是廉价的竞争，像膜蛋白一个功能的研究，在美国设置可以拿500万美元来开展研究，可是在我们国家，有十几万就已经了不起了，简直不是一个数量级。所以我想，生命科学在江主席的报告里面也谈到，21世纪信息科学生命科学将会是主导的科学，原话不是这样讲的，意思是这样。我觉得在经费的问题上，我希望我们的政府，包括科技部，包括基金委员会，包括我们的科学院，包括教育部

都应该根据21世纪生命科学的发展，经费向生命科学倾斜，我觉得我跟你的希望可能是相同的。

第二点 我们国家的生命科学跟国际上相比，老实说我们跟国际上的差距，还是比较大的。从总体水平还估计，应该说我们的生命科学，在某些方面有我们的基础，有我们的特点。在21世纪，在国际竞争上我们会有一定的竞争能力。譬如在微观生物学这方面，我们很早就人工合成了胰岛素DRA，人工合成胰岛素使世界上刮目相看，很遗憾的就是由于种种原因，我们国家的科学家与诺贝尔奖擦肩而过。在当前，国际上竞争最激烈的人类基因组，我们起步比较晚，而我们国家水稻基因组起步得比较早，我们人列基因组起步得比较晚，但是在整个全序列的测定，我们占1%的份额，现在有好的进步，更重要的在人类基因组的功能基因，我们结合中国的特点中华民族基因，有关中国特有的一些基因，因此取得了重要的成果，在国际上也有重要的显示度。在我们的酶学、生物膜，以及我们的发育生物学，当然包括发育生物学，不管动植物，像过去从整体生物学，一直发展到当今的分子生物学，都还是有很好基础，我想后边朱先生应该会讲。也就是说，我们有一定的特色，在某些方面有一定的基础，而宏观生物学我们也很有特色，因为我们国家从水平覆盖来讲，从热带、亚热带、温带、寒温带以及寒带，我们都有覆盖的动物和植物，而且世界的第三极珠穆朗玛峰，由于海拔的提高，生理条件的变化，所以生物的分布也是非常奇特，我们宏观生物学地图辽阔，而且“山志”已经尽快地完成，地理分布也非常的有基础，所以我们在国际上这方面还是有特色，假使我们今后能够注意宏观微观相结合，运用我们地域的优势，也有我们中国的特色，我想在21世纪我们国家的生命科学，还是很有希望的，至少我自己是充满信心的。

细胞的大量培养，细胞工程、基因工程会对环境带来什么样的影响？甚至对人文道德又会产生什么样的影响？我想对于植物学来讲，对于植物细胞基因工程来讲，可能目前植物世界还没涉及到人伦的问题，在动物里头我想朱先生待会会报告。但是植物细胞工程和基因工程，它对环境的影响，我想应该从下面来看，植物细胞培养它是一个温和条件，不要强酸、强碱，因此它对环境不会造成极大的污染，因为你要把这个细胞培养活，必须是比较温和的条件，至于扩大发酵，加大它的发酵率的话，还可以综合利用，至于它的酸碱度可能跟外界的水建、土建不同，但是作为后处理这个还是可以解决的。我刚才仅仅只是植草，因为植物细胞大量培

养，对于整个国家植物资源的开发和利用，必须要走高新技术的道路，譬如说我们说的雪莲，雪莲是生长在海拔大概5、6千公尺左右，我们假使说要把它全部采择是不可能的，而且采择的量也有限，但是我们中国科学家发展这个雪莲里头，分解的香料在法国的博览会拿到了金牌，那怎么办呢？那就只好把雪莲的细胞组织培养，通过细胞系让它大量地合成有关的香精、香料的成分，最后再来提取。所以，植物细胞大量培养，除了刚才讲的在农业、在园艺，在无土栽培这方面已经成为成熟的技术，那是毫无意义的，但是作为细胞大量培养，开发有用的药物成分，它必须要走高新技术的道路，但是我不能说一点对环境没有污染，但是它是比较温和的条件，即使对环境有污染，我想我们的环境科学，还是有可能来控制的。今天下午徐晓白院士，就要做欢迎的污染和可持续发展。也就是说环境污染不克服，可持续发展是不可能的。



演讲者：

非常高兴，大家能提这么多问题，可见对我报告的，大家还是清楚了，所以从这点非常高兴，按照由于时间的关系，对所有的问题，我不可能一一回答，我想其中一个问题，就是光合作用是这么一个基础的研究，它有没有在生产中运用，它有没有可能把科研成果转化为生产力，也就是谈到我们当代基础研究，跟应用研究跟开发研究不是说越来越紧密，周期越来越短，就这个领域你怎么看，我简单回答一下。

光合作用高效转能的机理，我想可能是很紧密地跟应用联结在一起，比如说我们国家的“十五”规划，在能源的部分，就提到开辟太阳能利用，也是今后能源的重要组成部分，在这个规划里头提到，利用太阳制氢，氢能是无污染的，便于储存，又便于运输，他们要研究太阳能制氢气，所以它叫模拟光合作用不远处反应，就是说系统二，被光激发以后，形成强烈的释放出氧化剂，放出水裂解产生氢，要模拟光合作用水光解的机理，因为这个机理，它是在常温常压下，可见光推动的，所以它能利用。第二方面能源规划里头，它提到要用光和细菌，或者是藻类，作为生物反应器，直接来产生氢气，这个在实验室目前完全可以达到，在我们实验室都进行过，现在的问题就是，要达到工业化的生产，要保持有机体的稳定性，它的高产这还有待研究，但是肯定要走这方面的道路。

还有就是模拟高效的转能机理，研究太阳能电池，也就是说在二十几年前，我们在研究光合作用时就发现，叶绿素被激发以后，它要形成“三鲜态”的叶绿素，可是在几年前，在化学的人工模拟里头，从来看不到“三鲜态

”的叶绿素，那么近几年来，他们在人工体系里头能模拟出光合作用叶绿素的“三鲜态”，在模拟光合作用方面已经又跨进了一步，所以光合作用在光能传递转换这样一个机理，过去我们把它看成是非常非常的单纯的一个机理，因为要研究这样一个过程，它必须要有当代的分秒批标的超快技术，而且它不可能拿一个有机的整体，它必须要在膜蛋白的水平上，而且这个膜蛋白，分离提成还要告诉它，有哪些种类的叶绿素，有哪些种类的胡萝卜素等等。这个领域必须是物理化学结合的。

在农业方面，我们过去认为农业要联系光合作用太难了，在国际上“戴文丝”它是英国皇家学会会员，是澳大利亚的一个权威。他提出，光合作用的单叶叶片跟产量没有关系，由于他是这么一个大权威，他提出这样一个观点，在国际上统治了100多年，所以使很多的光合作用专家，要致力提高中国的产量，提高中国的光能利用效率，都苦于无门，我可以说，最近这几年我们得到很大的进展，我们通过国内十几个单位的协作，通过育种部门的结合，而且从杭州、上海、南京、北京，以及海南岛，广东和湖南，多点的实验，我们获得了一百多万的数据，说明禾谷类作物，它的叶片跟光合作用的产量成正相关，也就是说光合作用跟产量不是没有关系。现在当前育种它的理论一个是株型的理论，还有一个杂优的理论，还有一个株型和杂优相结合的理论，但是我们现在提出一个新思想，转移到水稻里头去，这个工作是美国的华盛顿大学布什本教授和日本合作，转能进去以后水稻产量提高35%。可是，对光合作用影响是怎么样呢？布什本教授就找到我，要跟他回答这个机理，我们跟南京农科院的周所，一起通过两年多，三年的实验，证明PP霉素转进去以后，提高了光合作用的作用效率，提高了它的饱和点，降低了二氧化碳不上点，提高了光氧化的能力，也就是说通过基因工程，来提高光能利用效率，来达到产能的提高，这是完全行得通的。

目前国际上已经有这样的研究，我们仅仅是参与了机理的工作，知识产权不属于我们，所以我们在973的项目里头，我今年启动了三个基因工程，一个就是提高碳素转化效率的基因工程，也就是PP素它占核蛋白的50%，不是拷贝少了，但是它不转化，所以转PP素转活化酶基因工程，所以转PP素基因工程我们要从我们特有的植物来分离，PP基因，要有我们的知识产权。还有一个在生产上，小麦或水稻在它生活的时候，都会遇到高温干旱，所以光抑制光破坏非常强烈，对产量影响很大，所以我们从机理研究，要开展抗光氧化的基因工程，

都在进行，目的就是要也我们自己的知识产权。所以，我非常有体会，当代生命科学的基础研究，过去认为跟应用研究、开发研究是那么地遥远，现在可能在一开始的时候，它就跟应用研究，甚至和开发研究，紧密结合在一起，所以我想这一点我们还是有信心的。

演讲者：

我刚才讲，模拟光合作用高效传能转能的机理，又可能为开辟太阳能利用的新途径，提供理论依据和有效途径。我刚才讲了，一个是模拟光合作用转能机理研究太阳能的人工转换器，这是一种方式。还有一种方式，目前在日本他们培养藻类作为能源的目的，培养藻类使藻类提高他的碳水化合物的产量，最后通过发酵生产酒精来作为能源。在这里它在选择藻的品种的时候，它就要筛选光合效率高的，使它太阳能转化效率高。还有一个它要通过基因工程，来提高它的转能转化效率，生产更多的碳水化合物，这个在能源方面也是很现实的。

而日本方面，这方面已经在进行工业设施，我想从能源方面一个是模拟光合作用太阳能制氢，一个把藻类细菌和光合细菌，作为生物反应器在一定条件上控制，直接产氢。还有一个就是通过一些藻类的培养，能够提高光合效率来产生碳水化合物，最后走工业发酵的道路。譬如说在巴西，他们曾经生产甘蔗，因为甘蔗是碳水植物转变效率很高，它的目的不是在乎糖，而是在乎得到它的碳水化合物，来进行发酵产生酒精。还有一些植物，譬如说在我们植物园温室里有的一些光杆植物，它好像没有叶子，实际上它里头有一些烃类化合物，大量栽培也可以直接分离提取。最后衷心地谢谢大家！我的报告完了。