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我的科学研究之路

范必勤


  立志胚胎工程研究

在南京大学学习期间,听了王希成教授关于“动物可塑性”的学术报告,他说:胚胎学家Schmidt在试验中用头发结扎2-细胞期蛙胚,将其分成两个单细胞,结果发育成了两个小青蛙。后来他用桑椹期蛙胚切成两半,获得了同样的结果。当时我想,如果哺乳动物也有这样的可塑性不是更有科学意义和实用价值吗?遂对此产生了浓厚的兴趣。后来在王教授“实验胚胎学”的授课中,我获得了系统的知识。当时即产生了将来要从事胚胎学工作的想法。毕业后宣布我留校,当时郑集教授约我谈话,希望我到生物化学教研室,而陈纳逊教授则要我到组织胚胎教研室,我对生化也很感兴趣,特别是对郑教授非常敬仰。但关系终身志愿,最后还是选择了组胚室,从事人体胚胎学、实验胚胎学和普通胚胎学的教学与科研工作,这一段经历使我奠定了胚胎学的坚实基础。195756月间我带领组织胚胎专门化三年级的学生到当时的华东农科所生产实习,主要研究观察鸡胚胎的正常发育。采集活鸡胚进行胚胎发育的系统观察是第一次,师生都感到收获很大。在下放劳动锻炼后,我选择了调入省农科院从事家畜繁殖与胚胎学研究。1982-1983年留学美国期间又从事胚胎工程研究。回国后,承担的国家863、国家攻关、国家自然科学基金和部、省级研究项目,均为胚胎工程课题。

过去的“实验胚胎学”是从实验角度探索胚胎发育规律,仅以较低等的脊椎动物为试验材料。现在的“胚胎工程学”是以哺乳动物和人类为研究对象,在研究胚胎生物学特性的基础上,着重研究其实际应用的科学技术。当年提出的“动物可塑性”现在均已研究成功,而且远远超出了当时的研究范畴,实现了我学生时代的梦想。

要创新首先要熟悉本领域的研究进展与科学水平

科技工作者一定要十分重视国内外文献的收集、整理和分析。对本学科领

域的国内外进展和发展趋势一定要有全面了解。只有这样才能随时知道自己的工作达到什么水平,该怎样做才能有所创新,有所发明。

上世纪50年代的大学生和科技人员都是学习俄语,而大部分科技期刊是英语,要大家都了解国际科技动态是件难事。我在南大任教时在外文系英语专业旁听了两年英语,基础较好。我想,要发展祖国的科学靠少数单位和实验室的力量是不够的,尽力使全国的同行都了解国际科学动态,以便共同奋进。于是我下决心翻译和摘译国际学术期刊的最新文献,在“农业文摘”和“畜牧兽医文摘”以及“畜牧兽医译丛”等期刊上发表。从1963年至1982年共计发表家畜繁殖学和胚胎学的译文和文摘400余篇。又于1980年翻译出版了我国第一部(家畜胚胎移植》专著,将牛、羊、猪、马的胚胎移植系统技术引入我国,为促进我国繁殖科学的发展和创建我国胚胎工程新兴学科提供了信息。1979年我国改革开放后,科技人员的英语水平提高了,进口的学术期刊更多了,1982年文摘和译丛也停刊了。因此,我转向撰写发表科学前沿的论文综述。在不同时期为我国的同行科技工作者指出本研究领域的发展方向与途径。特别是当重大突破的专题论文发表时,紧跟着撰写其综述论文发表,如转基因动物、克隆动物、第一和第二极体发育功能和孤雌生殖等。至2005年共计发表50余篇。主要阐明发展过程、试验方法、结果与影响因素,展望科学意义与应用前景,提出进一步发展的途径与措施。期望我国在科学前沿不断前进。

积极参加国内外学术活动

参加本研究领域的学术活动是最直接最有效了解科技信息的途径。可了解各单位从事的科研项目,进展情况,并可提出各种问题。同时,也报告自己专题研究的进展,让同行了解我们的研究基础,听取同行专家从不同角度提出的问题,扩充我们的思路。另一重要作用是通过每次学术活动,在本研究领域广交朋友,利于建立合作研究基础,有助科技立项。

1979年我国改革开放后,我多次参加国际学术交流会。(1)参加国际学术会议:赴布达佩斯参加第4届世界兔科学大会,作“安哥拉兔胚胎移植研究与应用”的专题报告;赴日本参加第二次中日生物技术研讨会,作“转基因动物研究”特邀报告:赴加拿大参加第8届国际生物技术年会:赴日本参加首届亚洲动物生物技术学术讨论会,作“中国哺乳动物繁殖生物技术研究进展”的特邀报告,并当选为亚洲动物生物技术学会副主席;赴法国、西班牙、比利时考察牛、羊胚胎移植技术和参加相关的学术讨论会;赴日本参加第4届亚洲动物生物技术研讨会,作“哺乳动物卵母细胞减数分裂、激活和孤雌发育研究进展”的特邀报告。(2)主持召开学术会议:获农业部资助,主持召开第一次中日生物技术研讨会;获国家科委批准、国家自然科学基金资助,主持召开第二届亚洲动物生物技术学术讨论会,并当选为亚洲动物生物技术学会主席。(3)讲学:接受DrKJ,Betteridge教授的邀请,赴加拿大圭尔夫大学生物医学系短期讲学;接受左藤英明教授的邀请,赴日本东北大学动物繁殖实验室短期讲学.(4)接受学者进修:为执行中菲两国政府间科技合作第9次联委会议定书,国家科委国际合作司安排,接受菲律宾动物胚胎生物技术考察团一行两人在本室进修一周;获第三世界科学院南南合作基金的资助,中国科学院国际合作局安排,接受越南国家自然科学与技术研究中心三位博士分别在我室进修3周和3个月。

引智启动,促进发展

1986年通过中央引进国外智力领导小组的资助,邀请世界首例试管牛研究成功者,美国乔治亚大学DrBGBracke~教授和密西根州立大学Dr,WRDukelow教授来华与我室合作研究家兔体外受精。经中、美专家的共同努力,成功产下两窝5只试管兔。在中国打响了动物体外受精第一炮。美籍华人体外受精研究泰斗张明觉教授从人民日报海外版得悉后,立即来信表示祝贺。此项研究的成功对我国试管动物和试管婴儿的研究起了先导作用。为了扩大引智的作用,带领两位专家赴中国农科院畜牧所和西北农大进行体外受精的示范试验,赴中科院昆明动物所进行猕猴腹腔镜技术的示范。后来这三个单位在这些专题研究上也获得快速进展。1988通过智力引进项目,邀请著名科学家日本东北大学营原七郎教授来华合作奶牛体外受精研究,结果成功获得了我国首例冷冻体外受精胚胎移植的试管牛。1994年通过智力引进项目,又邀请菅原七郎教授和信州大学辻井弘忠教授前来合作“胚胎干细胞研究”。成功获得‘了我国首例昆明白品系小鼠的胚胎干细胞系。为了扩大引智的效果,邀请了西北农大的同行参与合作研究。由此启动,他们的工作重点转向胚胎干细胞研究,获得了多项重大进展。

我室在这些成功引智工作推动下,通过全室科技人员和研究生的共同努力,顺利完成了各项国家和部、省级的科研项目,为创建我国胚胎工程新兴学科作出了贡献。

引智的体会;(1)邀请在合作专题中有突出成就的科学家;(2)要明确合作研究达到的具体目标;(3)邀请单位要做好一切准备工作,并要求被邀请者带足我方缺少的试验材料;(4)订好实现目标的工作日程表,专家到达的第一天对日程表进行讨论,修改确定后人手一份,严格按计划实施:(5)明确分工,每项工作落实到人;(6)对试验方法和结果及时讨论消化吸收,对数据充分者及时总结发表论文,数据不足者随即试验补充,做好全部工作的书面总结;(7)尽力使国内同行单位分享引智成果;(8)与被邀请专家制订进一步合作的协议书。

科学研究必须有超前创新思维

科学技术研究的概念,应该是对不了解的技术关键和对不清楚的自然规律,通过设计和试验进行探索,其结果应具有创新性。居于这一思路,我们实验室在申请研究项目时,总是要把我国尚属空白的领域创新性放在首位,并且应是有十分把握获得成功的项目。

为了解决以250美元一对的高价从西德引进的大量安哥拉长毛兔的不育问题,我室首次研究建立了同期发情、超数排卵、胚胎移植和胚胎冷冻长期保存系统技术。并首次将胚胎移植技术应用于发展畜牧生产,在南京、徐州和福建安溪推广应用,1985-1992年通过胚胎移植生产纯种安哥拉兔4665只,获显著的经济与社会效益。1986年研究成功首例试管兔,继而研究成功试管牛和在国际上首次采用体外成熟卵母细胞与冷冻精子体外受精成功的试管猪。此外,研宄成功转入生长激素基因获整合、表达、生长速度快的国际首例“超级家兔”和转基因猪。在国际上首次采用32-细胞期胚胎卵裂球进行细胞核移植,成功获得两窝8只克隆兔。首次建立了简易胚胎分割技术,获9对同卵孪生和5只半胚羔羊。建立了细胞质内精子显微受精法,获我国首例显微受精兔。将抗猪瘟病毒核酶基因导入家兔受精卵,获整合、表达、具抗病性、可传代的国际首例转基因兔。首次建立了卵激活和孤雌发育系统技术,证明激活卵可体外发育至孵出囊胚阶段,内细胞团可培养成胚胎干细胞系。由于创新思维,我室的科研基本上都获得了引进吸收再创新的效果。

但是,在上世纪我国的科学研究政策目标是“学先进赶先进”、“引进、消化、吸收”。科学研究只许成功不许失败,不仅失败者受批评影响科技立项,立项的管理人员也要问责。因此,世界上未成功者是不可能立项的,故难于获得原创性成果。例如:1995418-20日国家自然科学基金委员会在当时的北农大召开了“畜牧兽医学科发展战略研究评审会”,要求每位评委提出一项“九五重点研究项目”,进行讨论和打分评审。当时共提出18项,我提的项目是“哺乳动物卵母细胞减数分裂规律与调控”,重点研究卵母细胞减数分裂过程排出第一和第二极件的发育功能。因为国内外的教科书都提出极体是没有功能的小细胞。但是在分裂过程中染色体均等分裂成两半,为何卵母细胞有功能而极体没有功能?如果是因为极体的细胞质太少不能继续发育,那就只要通过显微操作提供细胞质便可正常发育,这样一个卵母细胞便可获得4个后代。这在理论上和实践上均有重大意义。此项目得到评委们的认同获得最高分,但仍未能立项。在1997年和1998年发表的文献表明,第一和第二极体在提供细胞质后都有发育功能,产生了具有正常繁殖力的小鼠。而我们失去了原创机会。又如在我们研究成功胚胎卵裂球核移植克隆兔后,于199411日根据国家自然科学基金委的调查提纲隆成功,就是使分化成特种组织的细胞恢复至未分化细胞的途径,意义十分重大,建议立项开展研究,结果也未能立项。1997年英国罗斯林研究所采用体细胞克隆,获得了世界首例体细胞克隆的多莉羊。

200871日开始实施修订的“科技进步法”,突出自主创新,建立激励提出书面建议:世界上还没有采用体细胞克隆成功的动物。如果体细胞能克机制;对承担探索性强、风险高的科研项目科技人员给予“宽容失败”,即不以成败论英雄。有了这部法律,深信研究工作,可获得像体细胞克隆和极体功能的世界性自主创新成果。

培养人才,促进学科发展

我先后被聘为厦门大学、南京大学、南京师范大学和南京农业大学的兼职教授,硕士生和博士生导师。因此有了培养发展胚胎工程学科人才的机会。

研究生的论文选题应以在研课题为基础,并有所扩展,为下一次申请新课题打好基础。例如,体外受精课题扩展至显微受精研究,细胞核移植课题可扩展至胚胎分割的无性繁殖研究。选题后要求学生自行广泛收集国内外文献,撰写专题论文综述。对文献不是浏览而要精读。对本专题的国内外研究进展关键的试验方法、结果、结论以及展望应进行摘录,作为综述论文的选用材料。在综述论文的基础上,加以去粗取精并加上自己创新性设想写出开题报告,在广泛征求意见进行修改后付诸实施。在开始试验时,导师应与学生共同工作一段时间进行指导,随后放手发挥他们的才智独立进行试验研究工作。以学生为主的研究工作应由学生撰写论文,经导师精心修改后送学术期刊发表。发表论文一定要以学生为第一作者,以便充分发挥他们的才能和积极性。

结果表明,我室培养的8名硕士和7名博士以优异成绩获得学位。现在这些研究生在国内外都已成为胚胎工程学科和基因工程学科的学术带头人。

科技工作者必须勤勤恳恳学习和工作

我初到美国密西根州立大学内分泌研究中心时碰到的问题较多,于是下定决心向别人学习。在自己的研究工作之余,尽力找机会参加别人的试验研究工作,以扩展知识和技能。在此过程中不是袖手旁观,而是参加进去,争着干脏活干重活甘当助手。技术性工作能让动手的一定要认真做好,不让动手的要认真观察,自己另找机会实践。经过一段时间后,每当他们做试验时,总是主动邀请我参加。许多主要的技术工作也让我做了,有时他们有事时就完全要我代劳。这样使我扩展了视野,学到了许多新技术。这对我回国后开展研究工作很重要,而且从中建立了同事之间的深厚友谊。

在自己的研究工作中完成了三本试验记录一年时间做116批试验,包括假期在内平均三天做一批试验,往往是两三批试验重叠着做。完成了仓鼠卵超低温冷冻解冻后的体外受精,牛卵母细胞冷冻解冻后体外培养成熟,牛卵母细胞的体外发育与异种动物体内受精,不同发育时期仓鼠胚胎的移植与重复冷冻,牛、猴卵母细胞的重复冷冻和体外受精等专题。在美国的研究工作发表学术论文11(第一作者7篇、第二作者3篇、第三作者1)。这些专题研究中获多项创新性结果。为此,密西根州立大学农业与自然资源学院授予我杰出访问研究学者证书(Distinguished Visiting Research Scholar)。当时每天都有实验动物要处理,胚胎发育要检查.因此,不论严寒或酷暑,工作日或假日,每天都骑自行车去实验室工作。这种艰苦奋斗精神给该中心留下了深刻印象。中心秘书Mas.Bonnie Cleeves给取了一个Workingman的雅号。1994年第12期,介绍了我们在科学研究中的成就,文章最后说:Good jobBi-Qin! We're proud of you1997年第19期进一步作了报导,文章最后说:But can he still ride a bicycle through the snow a shedidin East Lansing?