封海而衰、開(kāi)海則盛。在海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)中，海洋經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)是不可缺少的重要支撐。
自上世紀(jì)50年代起，海洋所面向深海大洋，逐步揭開(kāi)海洋生物神秘面紗，挖掘海洋寶藏。70年來(lái)，他們砥礪奮進(jìn)，開(kāi)辟了一條從基礎(chǔ)研究，到技術(shù)應(yīng)用、良種良品開(kāi)發(fā)，再到推廣示范的發(fā)展之路，實(shí)現(xiàn)中國(guó)海洋生物認(rèn)知從無(wú)到有、海洋經(jīng)濟(jì)從弱到強(qiáng)的華麗嬗變。
國(guó)際牡蠣研究的“分水嶺”
海洋所建所之初，便是從水產(chǎn)科學(xué)起步。
上世紀(jì)50年代到80年代，建所“元老”之一的曾呈奎，對(duì)經(jīng)濟(jì)海藻資源的開(kāi)發(fā)利用和化學(xué)加工，以及對(duì)紫菜、海帶栽培生物學(xué)研究取得的成果，為中國(guó)藻類(lèi)、海帶栽培及化工生產(chǎn)事業(yè)的建立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在1985年，我國(guó)就已成為世界上頭號(hào)海帶養(yǎng)殖生產(chǎn)大國(guó)。
“那時(shí)主要為了解決餓肚子的問(wèn)題，水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，曾先生也引領(lǐng)了我國(guó)一大批科研人員開(kāi)始從事經(jīng)濟(jì)水產(chǎn)生物的研究。”海洋所研究員張國(guó)范說(shuō)。
張國(guó)范便是追隨者之一。
他長(zhǎng)期從事貝類(lèi)遺傳育種與養(yǎng)殖技術(shù)研發(fā)，曾3次獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。2002年，在導(dǎo)師張福綏院士的具體建議下，他開(kāi)始從事中國(guó)傳統(tǒng)四大養(yǎng)殖貝類(lèi)的“老大難”——牡蠣的研究。
在國(guó)家自然科學(xué)基金的支持下，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與美國(guó)Rutgers大學(xué)教授郭希明合作，首先基本查清了中國(guó)經(jīng)濟(jì)牡蠣的種類(lèi)組成和地理分布，為牡蠣基礎(chǔ)研究、遺傳改良和養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展鋪平道路。
上世紀(jì)80年代，人類(lèi)基因組計(jì)劃的啟動(dòng)拉開(kāi)了生命基因組研究的序幕。而“農(nóng)業(yè)以良種為先”，為了獲得品質(zhì)更優(yōu)、產(chǎn)量更高、抗性更強(qiáng)的水產(chǎn)品種，美國(guó)農(nóng)業(yè)部于1997年啟動(dòng)了大馬哈魚(yú)、羅非魚(yú)、鯰魚(yú)、牡蠣和對(duì)蝦 5種水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物基因組計(jì)劃。
“基因組育種是未來(lái)育種的主流發(fā)展方向”，這是張國(guó)范一直認(rèn)定的。
2008年，他邀請(qǐng)郭希明教授共同發(fā)起了國(guó)際牡蠣基因組計(jì)劃（OGP）。
牡蠣基因組有著高多態(tài)性和高重復(fù)序列的特點(diǎn)，也沒(méi)有近緣物種基因組信息可供參考，難度巨大，他們備受質(zhì)疑。但張國(guó)范抱著“爭(zhēng)取第一，作出原創(chuàng)”的信念，與團(tuán)隊(duì)成員日夜奮戰(zhàn)，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和論文時(shí)更是“全面閉關(guān)”近一年。
終于，2012年9月19日，他們向全球公布了世界上首個(gè)貝類(lèi)全基因組序列精細(xì)圖譜，揭示了基因家族的特異性擴(kuò)張是牡蠣適應(yīng)環(huán)境異質(zhì)性的組學(xué)機(jī)制，《自然》雜志以長(zhǎng)文形式在線刊發(fā)。
中國(guó)貝類(lèi)適應(yīng)進(jìn)化研究步入國(guó)際前沿。國(guó)際牡蠣研究泰斗Bayne評(píng)價(jià)稱(chēng)，該研究為“牡蠣生物學(xué)研究的分水嶺”。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)還搭建了牡蠣資源基因組研發(fā)平臺(tái)，相繼發(fā)表了系列高水平研究論文，建立了牡蠣品質(zhì)性狀基因模塊育種技術(shù)，為高質(zhì)牡蠣產(chǎn)品創(chuàng)制奠定了基礎(chǔ)。
對(duì)蝦研究突破國(guó)外“封鎖”
21世紀(jì)伊始，海洋所研究員相建海和李富花主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)啟了對(duì)蝦基因組研究。
對(duì)蝦是高蛋白、低脂肪的優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品種，我國(guó)是全球?qū)ξr養(yǎng)殖和消費(fèi)第一大國(guó)，每年對(duì)蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)160萬(wàn)噸，產(chǎn)值近千億元。
“對(duì)蝦研究始于國(guó)家需求，傳承前輩衣缽。”李富花回憶說(shuō)。
1993年，一種名為“白斑桿狀病毒”的蝦病席卷全國(guó)，我國(guó)對(duì)蝦從20萬(wàn)噸的年產(chǎn)量一度跌至5萬(wàn)噸。病毒傷了養(yǎng)蝦人，也刺痛了海洋所對(duì)蝦研究者。當(dāng)時(shí)，海洋所研究員張偉權(quán)及其團(tuán)隊(duì)在劉瑞玉院士倡導(dǎo)下從美國(guó)引進(jìn)了凡納濱對(duì)蝦并開(kāi)展人工育苗研究。
“從美國(guó)引進(jìn)的凡納濱對(duì)蝦在一定程度上救了我國(guó)對(duì)蝦養(yǎng)殖，但優(yōu)質(zhì)種源問(wèn)題卻始終受制于人。”相建海坦承，為維持產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國(guó)內(nèi)育苗企業(yè)每年需要從國(guó)外進(jìn)口種蝦，費(fèi)用高達(dá) 3 億元，“為了不被‘卡脖子’，我們必須培育自己的品種”。
在長(zhǎng)達(dá)近10年的時(shí)間里，他們經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次的篩選、反復(fù)、等待……首先針對(duì)對(duì)蝦獨(dú)特的生物學(xué)特點(diǎn)，開(kāi)創(chuàng)了對(duì)蝦細(xì)胞工程育種技術(shù)，在國(guó)際上首次成功批量誘導(dǎo)出中國(guó)對(duì)蝦的三倍體，為對(duì)蝦良種創(chuàng)制和良種保護(hù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
傳統(tǒng)遺傳育種周期長(zhǎng)、效益慢，育種失敗率高。全力破譯凡納濱對(duì)蝦的基因密碼，可以提高育種的準(zhǔn)確性，從而加快選育進(jìn)程。
對(duì)蝦基因組大、重復(fù)序列和雜合度高，此前多個(gè)從事對(duì)蝦基因組研究的國(guó)際團(tuán)隊(duì)相繼退出。
敢啃“硬骨頭”，是海洋所人的特質(zhì)。他們“二十年磨一劍”，終于成功破譯凡納濱對(duì)蝦基因組，構(gòu)建了全球目前唯一的一個(gè)凡納濱對(duì)蝦BAC（細(xì)菌人工染色體）文庫(kù)，獲得國(guó)際首個(gè)高質(zhì)量對(duì)蝦基因組參考圖譜，研究成果于2019年發(fā)表在《自然—通訊》雜志。
基于該研究，團(tuán)隊(duì)還建立了基于分子標(biāo)記和功能基因的分子育種技術(shù)，為對(duì)蝦基因組育種和經(jīng)濟(jì)性狀改良工作提供了重要的基礎(chǔ)平臺(tái)。
“分子育種使得今后選育新品種過(guò)程可能縮短至3~5年，還可根據(jù)目標(biāo)需求育出不同品種，滿足多元化的市場(chǎng)需求。”相建海說(shuō)。
良品良種 事業(yè)未竟
繪制基因圖譜，打開(kāi)海洋生物生命認(rèn)知之門(mén)。除了牡蠣、對(duì)蝦，海洋所還在國(guó)際上首次完成了仿刺參基因組測(cè)序和組裝，其他重要經(jīng)濟(jì)水產(chǎn)生物的基因組也正在研究中。
“不談基礎(chǔ)，何談應(yīng)用。”仿刺參基因組研究主要完成人之一、海洋所常務(wù)副所長(zhǎng)楊紅生一語(yǔ)道破基礎(chǔ)研究的重要性，“生物過(guò)程的認(rèn)知，包括基因組研究，是我們海洋生物資源開(kāi)發(fā)利用的基礎(chǔ)。”
近年來(lái)，海洋所在我國(guó)海洋生物資源認(rèn)知上取得的新突破，極大促進(jìn)了新品種和新生產(chǎn)體系上的大突破。
張國(guó)范與李莉等團(tuán)隊(duì)成員一道在基因組研究的基礎(chǔ)上，建立了品質(zhì)性狀基因模塊育種技術(shù)，育成“海蠣1號(hào)”高糖原牡蠣新品種。連續(xù)兩年生產(chǎn)測(cè)試對(duì)比結(jié)果表明，“海蠣1號(hào)”養(yǎng)殖效益較常規(guī)品種提高2~3倍。長(zhǎng)牡蠣“海蠣1號(hào)”新品種目前已通過(guò)全國(guó)水產(chǎn)原種和良種審定委員會(huì)的審定。
記者眼中的張國(guó)范是一位儒雅科學(xué)家，但他始終強(qiáng)調(diào)自己是一位“農(nóng)民”，他心中裝的也是“如何讓農(nóng)民富裕起來(lái)”。通過(guò)多種技術(shù)的集成和優(yōu)化，他們團(tuán)隊(duì)建立了具有國(guó)際影響力的高質(zhì)牡蠣創(chuàng)制理論和技術(shù)體系，并在縣域（威海乳山）規(guī)模進(jìn)行一體化應(yīng)用示范，支撐了全國(guó)行業(yè)第一品牌“乳山牡蠣”的形成和發(fā)展。
“肉質(zhì)肥美、清冽爽滑、個(gè)大飽滿，一點(diǎn)不輸國(guó)外頂尖牡蠣品牌。”張國(guó)范自豪地說(shuō)。
在對(duì)蝦產(chǎn)業(yè)方面，相建海團(tuán)隊(duì)首次在對(duì)蝦中建立了四系配套育種技術(shù)體系，培育出快長(zhǎng)系、高存活/高繁系、高存活/快長(zhǎng)系和高繁系4個(gè)品系，培育出凡納濱對(duì)蝦“科海1號(hào)”和“廣泰1號(hào)” 新品種，近兩年，兩大品種在我國(guó)主要養(yǎng)殖區(qū)域推廣健康苗種100億余尾。
在刺參方面，楊紅生團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了刺參等良種選育技術(shù)平臺(tái)，培育出“東科1號(hào)”耐溫速生新品種和3個(gè)優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性狀的新品系。此外，他們研發(fā)并建立了刺參等重要海水經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的多元生態(tài)高效增養(yǎng)殖新技術(shù)。
科研是漫長(zhǎng)的，趕海是艱辛的，但這些農(nóng)民式的科學(xué)家樂(lè)在其中、樂(lè)此不疲。向海而作，他們事業(yè)未竟。