周光宇(植物“分子”育種創始人)

周光宇（1918-2007.5.24），女，湖南寧鄉人，生物化學家。她是我國植物基因工程重要奠基人之一，是國際植物分子育種的創建者。曾多次被評為上海市“三八”紅旗手，全國“三八”紅旗手。

基本介紹

• 中文名：周光宇
• 國籍：中國
• 出生地：湖南寧鄉
• 出生日期：1918
• 逝世日期：2007.5.24
• 職業：生物化學家
• 畢業院校：中央大學農業化學系
• 主要成就：我國植物基因工程重要奠基人之一，是國際植物分子育種的創建者
• 性別：女

介紹

周光宇，（1918—2007），女。生物化學家。湖南寧鄉人。1942年畢業於中央大學農業化學系。1951年獲比利時盧汶大學農學院農學博士學位。1952年回國。任中國科學院生物化學研究所研究員。是第三屆全國人大代表，第五、六屆全國政協委員。在國內套用生物化學代謝調控的理論和技術，最早開展小型谷氨酸發酵生產味素的研究，為中國谷氨酸發酵工業作出貢獻。1974年開始進行農業上遠緣雜交的調查，提出了高粱稻類雜交後代系DNA片段雜交結果的假設並進行了驗證，由此設計了鈄外源DNA導入植物的途徑。與協作單位一起建立了外源DNA導入棉花、水稻等的技術，取得了有意義的結果。

周光宇

中國生物化學會（現為中國生物化學與分子生物學會）會員，中國著名生物化學家，原中國科學院上海生物化學研究所研究員周光宇同志，因病醫治無效於2007年5月24日4時27分在中山醫院去世，享年89歲。

育種創始人

1952年，周光宇博士回響國家號召從比利時回國。1952－1957年她在北京市生物製品研究所工作期間建立了生化研究室，並研究確定了生物製品的一些生化法規，解決了生產上血清蛋白沉澱等一系列問題，同時培養了中國首批生物製品生化人員，曾獲得1954年北京市勞模稱號。

1957年王應睞先生為了彌補生物化學研究所微生物學專門人才的空白，爭取到周光宇來所參加工作。她到生化所後充分利用生化的理論和技術，指導發酵生產研究的探索工作。曾用不到一年時間完成了“甲烯琥珀酸”發酵的研究。接著她通過查閱國外文獻和對國內“谷氨酸發酵”（谷氨酸的單鈉鹽即味素）現狀的調查，發現當時日本已用谷氨酸發酵法生產味素，成本低，在國際市場上有相當大的競爭力。而當時中國味素生產還仍然採用麵筋鹽酸水解法進行，不僅生產成本高、產量低，而且生產勞動條件特別差。由於工人長期接觸鹽酸氣體，身體健康受到極大危脅，特別中國在國際市場上的品牌“佛手牌”味素將失去優勢。當時在中國大躍進的形勢下，又是為了解決“糧食多了”怎么辦？周光宇決定開展“谷氨酸發酵”研究。發酵沒有菌種，她就和北京大學生物系合作，發動學生採集標本分離菌種，建立了定性分析谷氨酸的方法，通過大量的菌種篩選獲得了可進行發酵試驗的菌種。在有了菌種的情況下，她又組織與上海天廚味素廠和上海輕工業研究所科研人員的協作研究。通過對發酵條件的艱苦研究，建立了從發酵液中定性和定量分析谷氨酸以及從發酵液中分離谷氨酸等技術。

當時，她的研究獲得了當時國際上搖瓶產谷氨酸的最高水平，表明了中國谷氨酸發酵已達到了能大規模工業生產味素的水平，促進了中國味素的工業生產。同時，也為中國培養了一批科研人員，為中國20世紀60年代味素發酵工業奠定了堅實的基礎。為此，周光宇1959年被評為中國首屆全國“三八”紅旗手，谷氨酸發酵的有關論文1959年被評為上海市優秀論文。1978年“谷氨酸發酵”獲中國科學院與上海市的重大成果獎。

20世紀60年代初期，中國遭受了三年自然災害，周光宇比過去更深刻地意識到農業是中國國民經濟的基礎。傳統的農業育種技術已滿足不了提高農作物的產量和質量的要求，迫切希望有新的育種技術。70年代初期，國際上出現了微生物的基因工程，雖然當時以高等生物為材料的研究尚未開始，但她已意識到當分子生物學發展到基因工程的出現，可能成為植物育種從自然選擇、雜交育種、遠緣雜交之後進入了農業育種與分子生物學科結合發展的時代。它不僅可以打破有性雜交的屏障，更可能組合來自任何生物的基因或人工合成的基因，廣泛地擴大基因庫，為農業定向育種開闢新途徑，向農業現代化進軍。而當時要在國內開展基因工程的研究在技術操作和設備方面都存在很大的困難。她認為如果著重緊跟國外文獻，單純地發展基因工程研究課題，投資不少，還受缺乏有效基因及其表達元件的限制，很難達到預期的生產效益。她提出我們開始的研究路線是反文獻之道而行之，要先發展具有生產效益的分子育種成果，再從中進行有效基因的識別、分離和重組研究。這就可能解決有益基因的來源問題，可能自由地發展與基因工程結合的分子育種，達到廣泛擴大生產的目的，但研究從何處著手呢？

為了實現農業分子育種的構想，周光宇1974年開始了對農業育種的調查，重點對國內遠緣雜交成功的糧食作物，如玉米稻、高梁稻、竹子稻進行了調查研究。人們早已知道遠緣親本間的染色體結構從總體上說是不能親和的，也就是說這種雜交是不會成功的。但為什麼在中國有很多遠緣雜交成功的作物呢？為了搞清這個疑問，她曾去廣東、廣西、江蘇、浙江、吉林、湖南、遼寧和北京等省（市）的農業大學、農業科學院向育種學家和遺傳學家請教和共同討論，向有著實踐育種經驗的農民學習。她還曾親臨海南島的育種基地在烈日下的大田裡親自操作雜交育種。

通過對遠緣雜交的調查實踐，她從分子生物學角度分析和總結出了一種遠緣雜交現象（即穩定雜交子代與母本比，變異很小，光學顯微鏡下觀察染色體的數目、大小和形狀與母本相同，但表型的變異可以遺傳）的基礎上，提出了DNA片段雜交理論，其認為雖然遠緣親本間的染色體結構從總體上說是不能親和的，但部分基因間的結構從進化角度來分析有可能保持一定的親和性，當遠緣花粉的基因組進入母體（受體）後，部分分解成的DNA片段（基因或調控順序）有可能被整合進入受體染色體，引起子代的遺傳變異。這種使外源DNA片段（基因）進入另一種植物而引起的變異，實際是天然的基因工程。由於整合進入染色體的外源DNA片段較小，所以在光學顯微鏡下看不到DNA片段插入後引起染色體形態和結構上的差異；由於外源DNA片段只能極少數插入到染色體上，因此子代的表型基本相同於受體母本，只有少數性狀可引起變異。

DNA

當她的DNA片段雜交理論提出後，因名不見經傳，而受到當時少數遺傳學派權威學者的強烈反對，認為不符合遺傳育種的規律。在科技界也有極少數的權威人士，對分子育種事實不加研究，卻妄加評論，植物分子育種的發展遇到很大阻力。但周光宇堅信事實總能勝於雄辯。她要以科學的事實來說話。

由於基因工程是DNA片段（基因）雜交整合，研究遠緣雜交中的DNA片段雜交假說就成了當時是否能開展DNA導入植物，進行分子育種的理論根據。她為此設計並領導實驗驗證，她所領導的課題組與有關單位合作，通過以遠緣雜交高梁稻為材料進行酯酶同工酶的分析，證明了高粱稻中有來自遠緣親本高粱的酯酶存在；經以高粱特異DNA為探針與高粱稻雜交，證明了高粱稻中確有來自高粱的DNA整合；在重複順序DNA復性動力學的研究中，證明了高粱稻復性動力學明顯的變化是由於高粱重複順序插入水稻所引起的。這些研究結果發表了論文，為DNA片段雜交理論提供了有力的數據支持，也為她植物分子育種技術提供了理論和設計的基礎。

植物分子育種技術（外源DNA導入植物技術）的設計思想是模擬授粉雜交的育種技術。設計將帶有特殊性狀的供體總DNA的片段，在受體自花授粉後一定時間內，使DNA沿著花粉管通道進入胚囊，轉化受精卵及其前後的細胞，由於這些細胞不具有正常細胞壁，可當作天然原生質體，易與DNA整合。她與江蘇農科院的科研人員首先在棉花上合作建立了花粉通道轉DNA（基因）技術方法系統。她領導的研究組用了3[H]-DNA在棉花授粉後導入，證明DNA經花粉管通道確實能直接到達胚囊；將M13(mp7）DNA導入棉花，證明了棉胚中有M13(mp7）DNA的整合；抗卡那黴素基因導入水稻獲得表達等。這些充分證明了該設計的可行性。植物分子育種技術首先套用於棉花得到成功，獲得了很多變異後代和生產上有經濟價值的後代。

1983年周光宇在美國權威雜誌MethodsinEnzymology上發表了國際上開創性的植物分子育種技術的論文，引起了學術界的重視。該技術不斷在國內外得到廣泛的理論上的驗證和育種套用。周光宇應邀在美、歐、亞洲10個國家的大學和科研單位講學50餘次，在國內外的國際學術討論會上報告18次。

為了推動發展中國植物分子育種事業，周光宇分別於1988年5月在山東德州、1991年12月在上海、1994年5月在長沙主持召開了三屆全國植物分子育種學術討論會，有近100個單位、500餘人參加了會議，會議中通過交流技術和理論知識，使中國分子育種技術得到廣泛普及。在她的理論和方法指導及她的推動下，該技術在國內得到廣泛的驗證和套用，如中國科學院遺傳與發育研究所GUS基因轉化小麥成功；中國農科院Bt.toxin基因轉化棉花取得抗蟲效果；黑龍江省農科院將野生大豆DNA導入栽培大豆，育出大豆高蛋白含量和早熟等優良品系；吉林省農科院育出抗大豆花葉病株系；江蘇農科院、湖南農業大學都育出高產優質、具抗逆性、抗枯萎耐黃萎病新品種；廣西農科院以藥用野生稻DNA導入栽培稻，育成特異糯稻新品種等。目前國內有近百家實驗室採用該技術在稻、麥、棉、豆、菜、甘蔗以及林木等40多種植物上獲得了理想的結果。

1988年美國康乃爾大學和西德馬普植物育種研究所的研究組分別發表論文，對周創建的分子育種技術作了重複性的分子驗證。

1994年在荷蘭召開的第四屆國際植物分子生物學學術會議上，以色列Tel-Ariv大學植物系與西德馬普植物育種研究所合作報導，用花粉管通道轉基因技術將NPTⅡ和Bar基因轉化12個春小麥，轉化率高達6%。

1986年，周光宇創造的植物分子育種技術在由中國科學院科技合作局和農牧漁業部共同主持召開的院（部）級評議會上得到充分肯定。到會專家一致認為“這一技術為研究外源基因導入提供了一個良好的實驗系統，為擴大植物的變異範圍提供了一項新的技術。在育種上，這是一個有套用價值的新途徑。”