海洋生物学家张学成教授和他的“转藻蓝蛋白基因水稻”_藻蓝蛋白_浙江宾美生物科技有限公司,0576-85795755
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在常人眼里大米是白色的,怎么会呈现出蓝色呢?而这正是中国海洋大学海洋生命学院教授、博士生导师张学成研究的项目“转藻蓝蛋白基因水稻”将呈现出的“奇迹”。

    近日,在张学成教授的实验室里,趁着实验间歇,笔者就这种正在研发中的神奇“海味”水稻和它的最新进展情况采访了这位已年届七旬但仍在教学科研第一线奔忙着的海洋生物学家。

携手袁隆平院士   共同研发神奇水稻

    2002年秋,一个来自湖南长沙国家杂交水稻工程技术研究中心的长途电话打到了张学成的办公室,对方是“中国杂交水稻之父”袁隆平院士的助手赵炳然博士。电话里,赵博士转达了袁隆平院士希望共同开发利用螺旋藻基因组对水稻种质进行技术改良的愿望。张学成欣然应允。于是从2002年底开始,张学成带着他的博士生和硕士生开始了这方面的研究。

    据张学成介绍,这种水稻的神奇之处除了淡蓝色种子之外,其灌溉很可能会用海水,这样一来,水稻整个生长期内,就会大大降低对淡水的需求,省水而且省钱,做到“废地利用”,增加粮食产量。张学成表示:“虽然把海洋生物中的耐盐基因移入水稻中目前还很困难,但他们已找到了可能实现的途径。如果这个设想实现,那时让盐碱地上稻米飘香就不再是梦想。”

    回想起与“中国杂交水稻之父”袁隆平院士会面时的情景,张学成记忆犹新。当时袁隆平院士拉着他的手动情地说:现在杂交水稻亩产量已经达到了800多公斤,目前已经达到顶峰,增产已很困难。我希望通过转藻蓝蛋白等相关基因,能提高水稻光合效率达到增产的目的,到我90岁的时候亩产能够达到1000公斤!搞科研没有主角配角之分,咱们都是主角!”现在张学成常常用袁院士的这句话激励他的团队,他自己更是全身心投入到神奇水稻的研发中去。

 

大米变蓝   藻蓝蛋白是关键

    这种“海味”十足的转藻蓝蛋白基因水稻究竟有什么奥妙之处,大米为什么会是蓝色的呢?“其实,这是螺旋藻里的藻蓝蛋白基因和相应的裂解酶等基因共同作用的结果。”张学成说。由于螺旋藻属于蓝藻,如果螺旋藻的藻蓝蛋白基因在水稻胚乳里得到表达,种子就将成为淡蓝色,这意味着白米要变成“蓝米”了。

    至于为什么选定螺旋藻的基因做媒介,张学成表示,螺旋藻的光能利用率为10%~15%,远高于一般高等植物,而水稻的光能利用效率还不到4%,新型水稻的光合效率将大增,从而也可能地实现水稻产量的增加。同时,这种蓝色大米还会提高水稻中赖氨酸的含量,使营养更丰富合理。

    为了证明转藻蓝蛋白基因研究的可行性,张学成他们已经把藻蓝蛋白基因结合大肠杆菌进行了模拟实验,经过观察发现大肠杆菌已经变蓝,表现藻蓝蛋白基因的相关属性,这充分说明该项研究完全可行。其后,张学成和他的科研团队又成功构建出了实现藻蓝蛋白基因转移过程的载体——农杆菌质粒,现已投入实验。接下来,他们还要对植入藻蓝蛋白基因的水稻种质进行生物活性的检测和安全性评价。

百折不挠   与“3年”很有缘分

    总结这几年对“转藻蓝蛋白基因水稻”的研究,张学成觉得自己与“3年”很有缘分。

    2002年底,刚开始这项科研时,张学成想把螺旋藻等藻类中的基因“打碎”,切成片段再移入水稻中进行重组,在出现新性状的水稻植株中筛选良种,但实验了很多次没成功。直到3年后的2005年冬天,张学成才想到并改用了克隆螺旋藻中藻蓝蛋白基因的方法,“我想克隆藻类中对人体有用的功能基因,再将克隆的功能基因导入水稻基因组,这样就可以提高水稻的光合效率和改善稻米营养质量。”此后实验屡试不爽,开始迈向成功。

    2006年,对于张学成来说也是较有收获的一年,这一年里,他在3年前提出的克隆藻蓝蛋白基因法的专利申请获得国家专利局批准;而这一年的秋天,他将携带藻蓝蛋白而未携带相应裂解酶基因的质粒寄给了国家杂交水稻工程技术研究中心,交由他们做水稻基因转化等相关工作。2008年11月,中国海洋大学与由袁隆平院士领导的国家杂交水稻工程技术研究中心正式签约,共同研发含有蓝藻蛋白基因的新型水稻。2009年12月下旬,张学成收到了湖南杂交水稻中心寄来的新近培育出来的实验用水稻种子。笔者日前在张学成实验室里看到了这8包用小纸袋包装的水稻种子,由于当时质粒中没有“运载”相应裂解酶基因,尽管实际上里面可能已经含有藻蓝蛋白,但水稻种子表面看上去还与一般水稻种子无异。

    2009年10月,张学成实验室将“承载”着藻蓝蛋白基因和相应裂解酶基因的质粒构建成功,这标志着第一个回合已经完成,“这又将是一个等待反馈的漫长过程,又得3年时间吧。”张学成说。

    “不过,科研本身是不以人的意志为转移的,我们不能违背自然规律。因为还有些技术难题有待攻破,新型水稻何时能够面世还无法确定,可能三五年,也可能是更长的一个时期。所以我现在的主要任务就是带带年轻人,让他们尽快成长起来,担当重任,让我们的海洋科研事业后继有人。”张学成表示。