一个细胞的森林畅想——记南京林业大学教授施季森

本刊记者/游娜

时光荏苒，施季森在林业领域奋斗了40年。人生的宝贵年华都与林业结下了不解之缘。60多岁的施季森，依旧像当年那个“不安分”的年轻人一样充满了活力和想法：随着科技的飞速发展和我们的科研快速进展，我们可施展的空间越来越大，我们和企业合作的需求也越来越多。

1952年，施季森诞生于在那个建设新中国热情高涨、百废待兴、生活艰苦的年代，但是客观条件的限制并没有让他止步于延续父辈“面朝黄土背朝天”的固定模式，1974年，施季森获得了被组织推荐上大学的机会，被录取到南京林业大学（原南京林产工业学院）林学专业学习。这一录取决定直接改变了施季森的职业生涯轨迹。

交谈中，施季森最常用来形容自己的词是“不安分”。而恰恰是这种“不安分”，让他不断挑战新鲜的事物，时刻燃烧着强烈的渴望知识、求变创新的激情，实现了他在人生道路上的一次次“畅想”。

40年光阴的杉木育种情缘

南京林业大学源于1902年创办的三江师范学堂，学校前身为中央大学（创建于1902年）森林系和金陵大学（创建于1910年）森林系。1952年，这两个系合并组建为南京林学院。在这所历史悠久的林业高等院校中，施季森师从我国林木遗传育种学创始人叶培忠教授和我国著名的林木育种学家陈岳武教授，在林业领域崭露头角。

当时他跟随着导师在我国“杉木之乡”福建省洋口林场开展杉木良种选育的研究。杉木一代遗传改良选育的良种苗木造林，比一般杉木材积增产15%～20%，研究成果达到了国际先进水平，从而获得了1985年林业部科技成果奖一等奖和1987年国家科技进步奖一等奖。

由此，施季森开启了漫漫的林木育种道路。

当时，国家木材资源十分缺乏，提高木材的产量是当务之急，必须先解决“温饱”再解决“好吃”。而从杉木第二代遗传改良开始，施季森敏锐地觉察到，随着人们生活水平和杉木木材的市场变化，木材品质性状的改良是必然趋势。他开始和团队成员着手探索杉木生长和木材品质性状联合遗传改良的理论和方法。通过12年的潜心系统研究，不仅发明了两阶段独立选择的生长和材性联合遗传改良的理论和方法，而且还揭示了杉木生长和材性性状遗传变异规律，第二代遗传改良在实现生长量累计遗传增益达到45%的基础上，木材比重又提高了8%～10%。1993年，该研究成果获得了林业部的科技进步奖二等奖，两年后又获得国家科技进步奖三等奖。

从上个世纪70年代跟随导师完成杉木第一代遗传改良走到今天，40年光阴荏苒，施季森一直关注世界林木遗传育种的发展前沿，在一线从事着杉木遗传育种研究。他提出了“杉木多世代遗传改良”理论和方法，主持完成了第二代和第三代杉木生长和材性联合遗传改良，并带领团队与国际上林木遗传改良先进国家一并进入到了第四代的遗传改良研究。

从“一个细胞到一片森林”的良种高效繁育创新之路

20年前，施季森就把关注的目光聚焦到了另一种重要阔叶树种——鹅掌楸的高效繁殖上。鹅掌楸，在大家的眼里充满了陌生感，但在施季森眼中可不一般。

中国鹅掌楸和银杏树一样，是国家二级濒危保护植物。因为花开形似郁金香，它有一个非常漂亮的别称叫“Chinese Tulip Tree”，即“中国的郁金香树”，又因其叶形如老北京人穿的“马褂儿”，所以人们又亲切地称它为“马褂木”。全身都是宝的鹅掌楸，不仅用途广且价值高，兼具祛风除湿作用，被收入中国药典。但在自然条件下，鹅掌楸的种子饱满率一般不到15%，发芽率仅为5%左右。有性繁殖能力低下，导致鹅掌楸处于濒临灭绝状态。

施季森向记者解释道，鹅掌楸是靠昆虫媒介传粉的植物，在长期的演替过程中，鹅掌楸分布区的资源不断遭受破坏，群体数量和物种多样性的下降，特别是鹅掌楸生存环境不断碎片化，传粉媒介昆虫的减少，直接影响到了花粉的传播和鹅掌楸的授粉质量，天然结实率下降到5%左右，鹅掌楸的生存到达了濒危的边缘，被列入中国二级濒危保护树种。

“提高鹅掌楸的繁殖力，培育速生优质的新品种无疑是最好的保护办法。近60年来，通过南林大的几代从事鹅掌楸研究的科学人的努力，逐步攻克了拯救鹅掌楸的一道道难关”，施季森向记者描述了这一艰难而有意义的历程。早在上个世纪50年代末60年代初，中国林木遗传育种学创始人，南京林业大学叶培忠教授以鹅掌楸为母本，开展与北美鹅掌楸的人工杂交育种研究，在世界上首次获得了鹅掌楸的种间杂交种。实验表明：25年生杂交鹅掌楸树高21米，胸径63.7厘米，单株材积2.23立方米。同时种植的鹅掌楸树高仅17米，胸径21.2厘米，单株材积0.20立方米；北美鹅掌楸树高17.5米，胸径30.1厘米，单株材积0.41立方米，杂交鹅掌楸生长优势十分显著。杂交鹅掌楸不仅生长迅速，材质优良，而且树形美观，叶形奇特，花朵艳丽，秋叶金黄，极具观赏性。同时，杂交鹅掌楸还具有较强的抗病虫能力、适应能力和无环境污染等优良特性。但由于杂交鹅掌楸高效繁殖技术一直没有取得重大突破，种苗始终没有形成规模化生产，严重制约了杂交鹅掌楸的推广应用。

20年前，改变杂交鹅掌楸种苗供不应求局面的问题，就这样摆到了施季森和他的同行们的面前。他们希冀有朝一日，能突破杂交鹅掌楸的种苗繁育的瓶颈。随后的时光里，施季森带领团队在鹅掌楸树木育种的道路上不断探索，寻找新的突破口，那份“不安定”的心始终在鼓舞、激励着他，带领团队披荆斩棘。

研究团队系统地研究了鹅掌楸繁殖生物学特性，从理论上阐明了不同交配系统中杂交可配性差异以及杂种优势表现程度，证实了鹅掌楸自交不育性，为该属种间杂种优势利用和简化杂交育种技术提供了科学依据。理论上的突破，不仅扩大了杂交育种的亲本来源，而且还提高了杂交育种的效率，加速了杂交鹅掌楸的繁育和种苗的市场供应。杂交鹅掌楸还在北京落户和“开花结果”了，成为了2008年奥运会的指定树种，进一步丰富了“绿色奥运”的内涵。而由于对鹅掌楸属种间杂种优势机理的阐明及其产业化开发所做出的突出贡献，施季森和他的团队荣获得2005年国家科技进步奖二等奖。

随着国民经济快速发展，全球气候变化和木材短缺加剧，增加我国的森林面积和蓄积刻不容缓。林木良种是提高人工林产量和质量的根本保障。加速林木良种的繁育，成为了国家的重大需求。面对国家的重大需求，施季森教授团队并不满足于在杂交鹅掌楸杂种优势机理和利用上取得的进展，而是开始进一步思考利用工业化的理念，推动林木良种繁育这个传统种业的现代化，实现林木良种生产的种业革命。

从20世纪90年代开始，为攻克杂交鹅掌楸高效繁育技术障碍，施季森领导的团队系统分析了国内外生物技术的发展趋势，开始另辟蹊径，寻找更为高效的林木良种繁育新方法。查阅文献过程中，施季森发现医学界关于“动物胚胎干细胞”发育可逆调控理论，最早施季森是来自受“植物细胞全能性”理论的启发而提出来的，而非医学界的新发现。根据植物的细胞具有全能性理论，植物体的每个细胞不经过有性生殖阶段，在适宜的人工培养条件下，都有可以发育成为一个完整的体细胞胚，再生成为一个植株的潜在能力。对于植物细胞全能性以及体细胞发育进程可逆调控的参悟，令施季森和他的团队兴奋不已。他们清醒地认识到，发展林木细胞工程技术将是加速林木良种繁殖，实现工业化生产的高效途径。于是，他提出了“给我一个细胞，还您一片森林”的大胆设想，带领团队开始了杂交鹅掌楸细胞工程种苗繁育技术及其工厂化生产通用平台的探索之路。

南京林业大学教授施季森

科技创新的道路也并非是一片坦途。细胞工程种苗繁育的技术创新充满了未知和艰辛，在项目启动后的最初两年时间里，施季森和团队重要成员陈金慧教授经常忙碌到午夜，不断探讨分析实验中出现的问题，修改实验方案，但进展甚微。施季森感叹：“所谓‘十年树木’，林木不像水稻等一年生作物，林木树体高大，生长周期很长，林木育种研究更需要耐心，来不得半点急功近利。”施季森说，可能多数的尝试都没有理想的结果，但不去尝试肯定不会有结果。所以，有了准确的理论和方法，坚持不懈是成功的“敲门砖”。

施季森及其团队在研究遇到的困难面前没有退缩，经过6000多个日夜持续不断地奋力攻关，不断总结、提高和优化工艺路线，终于取得突破性的进展。从鹅掌楸杂种胚中成功分离到“胚性干细胞组织”，通过对培养细胞微环境的定向调控，实现了胚性干细胞组织的离体高效增殖，体细胞胚胎发生和体胚的同步发育，终于形成了杂交鹅掌楸、杉木等10多种重要树种的良种体胚高频发生，体胚同步化发育，同步化萌发成苗，胚性材料超低温长期冷冻保存和复苏方法等体胚发生技术体系，实现了林木良种细胞工程快速繁育，切实解决了常规技术难于繁育的林木良种的高效和规模化繁殖难题。杂交鹅掌楸体细胞胚胎发生和植株再生技术难关的突破，把基础和应用基础研究成果，转化为产业化实用技术、现代规模生产技术和管理体系，终于逐步成熟，达到了产业化的程度。

如今，在一个个铺着特殊培养基的玻璃培养皿中，滴上那么几滴林木胚胎干细胞培养悬浮液，每个液滴里面活跃着数百个胚性细胞，当细胞着落在灭菌的全营养体胚培养基上后，进入一道一道程序化的培养流程，一个月后这些胚性细胞发育成了成熟的种胚，再转移到发芽培养基上培养一个月，一株株茁壮成长的杂交鹅掌楸幼苗就呈现在面前了。施季森经常挂在嘴边的那句“给我一个细胞，还您一片森林”，不再是一个煽情的口号和遥不可及的梦想，这一切，切切实实就发生在了眼前。凭借着“林木良种细胞工程繁育技术及产业化应用”这一研究成果，他的团队荣获了江苏省2015年度科学技术奖一等奖，以及2016年度的国家科技进步奖二等奖。

产业化发展：遇到合适的企业是一种缘分

“林木体细胞胚胎发生和植株再生技术将加快我国难于用常规技术繁育的重要树种的良种壮苗，节省林木种业经济和时间成本，改变‘一粒种子育一株苗’的常规繁殖方式，实现林木良种规模化、产业化生产，满足不断扩大的市场需求。”施季森坚定地认为，科技创新的最终目的，是为了转化与运用。知识既要写在书本上，更要书写在大地上！真正转化为生产力，推动社会向前进步，这才是最重要的本质目的。

现代生物技术在林木遗传育种中的应用不仅正在推动着世界经济和社会的发展，也对整个国际科技战略发展格局产生着深远的影响。因此，许多国家把发展生物技术作为重要国策，世界上许多著名的企业也纷纷注入巨资投资生物技术产业。而在施季森看来，在我国真正实现这种产业化还有很长的路要走。

20多年来，施季森团队从产业化角度做了大量探索，有成功也有失败，而更多的是走弯路。在他看来，迫于市场的压力，公司更加倾向于关注企业的“短平快”的效益，而鲜于光顾基础性、高风险的课题和项目。施季森甚至形象地把与企业谈科技成果的合作和产业化的转化过程，比喻为“谈恋爱”。彼此不仅要有诚意，有智慧，而且双方是否有共同语言，能遇到合适的企业是一种缘分。

而这一段缘分，在2013年的时候到来了。全国首家以森林资源培育为主业的国有上市公司——福建金森林业股份有限公司与南京林业大学达成合作协议，携手建成了以杂交鹅掌楸细胞工程为主的规模化基地和杂交鹅掌楸种苗细胞工程繁育中心，通过杂交鹅掌楸细胞工程良种繁育技术研发和产业化开发，实现了年产2000万株杂交鹅掌楸体胚苗产业化。

福建金森集团的首任董事长王国熙，有着30多年从林经历，也是一位有着绿色情怀的科技专家。他深切地意识到科技创新对于企业的引领和支撑作用，提出了在传统林业加速提质增效、转型升级过程中，利用新科技加速优质森林资源向优质资本转化进程，培育传统产业新的增长点的理念。正是基于科技是企业发展助推器的共同认识，使得高校和企业的合作得到不断深化和滋养。施季森深信一点：无论是科研还是科技成果在企业的转化，只要你真正“用上心”了，就会朝着你预期的方向和目标发展。

在谈及成功秘诀时，施季森坦言：同企业合作，科技人员要做好思路和角色的转变，要从科研为主的思路，转变为技术研发为主，进而转变为以产业化过程中的技术管理、技术服务为主。要为企业培养好企业的核心技术力量，再带出一支技术精准的队伍。

时光荏苒，施季森在林业领域奋斗了40年。人生的宝贵年华都与林业结下了不解之缘。60多岁的施季森，依旧像当年那个“不安分”的年轻人一样充满了活力和想法：“随着科技的飞速发展和我们的科研快速进展，我们可施展的空间越来越大，我们和企业合作的需求也越来越多。比如，我们要尽快实现林木良种细胞工程繁育生产线的自动化、智能化技术的研发，这不仅仅是将来发展的大势所趋，而是将来已来。另外，我们已经计划与企业成立一个股份制的研究院，培养出更多的现代林业种业人才，孵化出更多的科技创新成果，不断延伸未来林业产业的新兴产业链……”

“十年树木，百年树人”。育林成材、育人成才、转化成果、培育产业，在施季森眼中如同车之四轮等同重要，他决心在践行“育林、育人、成果、产业”之路上，砥砺前行，做出自己的应有贡献。