徐洵与中国海洋生物基因工程的发展

岳雅茹 刘锐

摘 要 徐洵是中国著名的海洋生物工程专家、中国工程院院士，她曾在多所大学和研究所从事科研和教学工作，为海洋生物基因工程的发展做出了貢献。通过对徐洵院士在海洋生物基因领域的第一手资料采集，结合时代背景，研究其在海洋生物基因领域的相关经历，总结其在海洋基因研究、海洋生物病毒防治、深海基因研究等方面的贡献。

关键词 徐洵 学术成长 海洋生物基因

中图分类号 N092∶Q-1

文献标识码 A

收稿日期：2021-04-15

作者简介：岳雅茹，1997年生，安徽六安人，中国科学技术大学科技史与科技考古系硕士研究生。Email∶yueyaru@yeah.net;刘锐（通讯作者），1983年生，安徽六安人，中国科学技术大学科技史与科技考古系特任副研究员，研究方向为生命科学史和近现代科学技术史。Email：lr93@ustc.edu.cn。

基金项目：老科学家学术成长资料采集工程项目（项目编号：BB2110240053）。

① 1956年9月中国医科大学更名为沈阳医学院，于1978年3月恢复校名。

② 现更名为自然资源部第三海洋研究所。

一 引言

徐洵（1934—），福建建瓯人，中国工程院院士，我国海洋生物基因工程的奠基人。1951年考入中国医科大学①第43期医学系，毕业后留校从事生物化学研究。1979年进入中国科技大学生物系工作，期间曾两度前往加州大学圣地亚哥分校生物分子遗传学中心进行访问。1990年底回国调入国家海洋局第三海洋研究所②，历任生化组组长、生物遗传资源重点实验室主任、名誉主任，现任《海洋学报》和Development and Comparative Immunology等国内外期刊编委。曾多次荣获国家海洋局科技奖和中国科学院自然科学奖，主编的书籍有《DNA重组技术》和《海洋生物基因工程实验指南》（图1为本文作者访谈徐洵时的照片）。

徐洵长期致力于分子生物学领域的研究，20世纪70年代针对尖吻蝮蛇蛇毒蛋白的研究开辟了国内蛇毒研究新领域;80年代利用聚合酶链式反应技术首次在海洋低等生物中克隆人类功能蛋白的原始基因;90年代初创建了我国第一个海洋基因工程实验室，解决了多个国内海洋养殖难题，如毛蚶甲肝病毒检测、对虾白斑病毒破译工作等，同时她还积极呼吁在国内开展深海研究。除科研工作外，徐洵亦积极投身人才教育，培养研究生百余名，多名学生后来成为各自学科领域的骨干。

作为中国老一辈科学家，徐洵在其60余年的研究生涯中不断创新、辛勤耕耘，为我国的科学发展做出了卓越贡献。本文结合时代背景，概述徐洵在海洋基因工程领域的研究历程和学术贡献，还原其在中国海洋基因研究，尤其是深海基因研究方面的贡献。

二 浅海域海水鱼生长激素研究

随着海洋战略地位的上升，海洋生物资源的开发和利用成为大国竞争的焦点之一。海洋生物基因工程作为一门研究海洋生物及海洋生物代谢过程的科学，通过技术对海洋生物体内有益基因定向改良，其发展速度和影响力都不容小觑。

1990年底，徐洵谢绝了美国优厚的待遇，调入国家海洋局第三海洋研究所。在美期间，徐洵深受美国斯克利普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography， SIO）的影响。作为美国加州大学圣地亚哥分校下属的世界顶尖研究机构，斯克利普斯海洋研究所以海洋生物研究见长。徐洵通过两次赴美学习，意识到海洋资源将成为未来国际竞争的新焦点，国内开展海洋生物基因研究刻不容缓。

回国后，徐洵从现实出发，着力解决渔民面临的难题，她率先对真鲈、高体鰤和褐菖鲉三种海水鱼开展生长激素基因研究。真鲈、高体鰤和褐菖鲉的成长差异显著，具有代表性。生长激素具备加快生物成长发育、加速蛋白合成一级降解脂类等生理功能，和促乳素PRL、胎盘催乳素PL具有结构和功能上的相似性，催产效力强大[1]。徐洵带领实验小组先用RT-PCR法从真鲈、高体鰤和褐菖鲉三种海水鱼脑下垂体中与生长激素相关的cDNA，克隆出鱼有关生长激素的基因，并分别制备快、中、慢三类生长激素，依次测定这三类成长激素的cDNA全长序列[2]。实验小组最终在1995年正式完成了对这三种海水鱼的生长激素测序比较，测序成果收录进国际基因库[3]。

为了构建高效表达酵母菌，徐洵尝试将已筛选出来的鱼类成长激素移植至各种酵母菌中，如大肠杆菌基因工程酵母菌、甲醇酵母工程菌等，通过调整培养液成分比例及最适成长环境，最终确定每升发酵液添加0.6克重组鱼生长激素。这些杆菌便于获取及规模生产，且生物表达高效，有望促进海水养殖鱼的生理活性，提高其成长速度[4]。

为保证实际投入生产的有效性，徐洵实验室与厦门市德华水产有限公司达成合作，在厦门火烧屿海域进行海水鱼网箱养殖实验，每三天使用1∶100比例添加的重组鱼生长激素酵母配置促长素饲料喂养，经过三个月的连续喂养，食用重组鱼生长激素饲料的实验鱼比对照鱼体重增加了20—45%不等，促长效果显著，长期来看还能增强鱼类抗病能力[5]。这项研究得到了验收专家组和养殖户的一致认可，具有积极的经济效益和社会效益。

三 海洋环境污染生物检测

海洋环境污染造成的生态环境破坏及其对人类健康的威胁日渐成为社会关心的焦点。在研究鱼类生长激素的期间，徐洵就曾在褐菖鲉体内检测出金属元素，源于对海洋可持续发展以及人类身体健康的重视，徐洵认为开展海洋污染的生物学研究刻不容缓，检测监测海洋重金属工作有必要提上日程。

由于金属结合蛋白本身存在广泛，对金属亲和力高，因此海洋生物体内的金属结合蛋白可以作为重金属污染的检测指标[6]。徐洵选择镉和硫两种代表性重金属元素，对褐菖鲉体内的镉蛋白和硫蛋白进行了深入研究。徐洵先对结合蛋白进行分离提纯，再对分离纯化后的物质进行测定。徐洵对两类金属结合蛋白采用了不同的分离方式：镉蛋白用镉诱导的方式从褐菖鲉肝脏中提取[7]，硫蛋白采用反phadexG75凝胶与DEAE-反pharoseCL-6B离子相互交换柱层析的办法分离提取[8]，以此达到最佳分离效果，为使用酶标法检测重金属元素打下了实验基础。

在此之前，国内对鱼类金属元素的研究更关注繁殖领域，较少涉及环境污染。徐洵对于褐菖鲉体内的镉、硫元素研究，让越来越多研究者开始重视海水环境保护，积极投身鱼类体内的重金属元素检测研究。

1991年，江苏地区的毛蚶受到了严重的病毒污染，但由于缺乏有效监测手段，受污染的毛蚶流入了上海，导致了上海地区甲肝病毒的大爆发。海洋生物中的RNA病毒检测一直是困扰国际的大难题，海洋生物本身所含有的糖类、低分子有机化合物以及水解酶都具有PT-PCR抑制因子，导致PCR很难检测[9]。面对这一生物惯性，徐洵根据RNA耐酸这一特点，设法去除掉贝类所具有的PT-PCR抑制因子，尝试低温保存贝类内脏，将内脏置于在碱性的缓冲液中，再加入聚乙二醇沉淀和有机酸，析出蛋白，然后进行洗涤干燥，得到RNA进行测序[10]，于1993年率先建立贝类RNA病毒污染PT-PCR检测技术。

这一方法不仅成功解决了国际难题，还缩短检测时间，提高了灵敏度，且操作简单、成本低廉，成为当时最有效的贝类甲肝病毒检测方法之一，被技术专家组鉴定为“具备国际先进水平，其中核心技术TCA制备法领先于国际”。因其贝类甲肝病毒方面的卓越成就，徐洵被美国海洋环境研究所聘为高级科学顾问。除此之外，徐洵小组还在国内首次建立内标定量PCR法检测甲肝病毒，在福建、山东等沿海地区进行了十一个航次的巡查以及几十个站位的检测[11]，及时向当地预报海洋病原污染情况，为病原污染防治提供第一手资料，保护了人民的健康和财产安全。

四 攻克对虾难题

1993年，国内爆发了一场大规模的对虾病害，其病原对虾白斑杆状病毒感染死亡率高达90% 到100%，致使我国损失了数百亿元。1994年，徐洵临危受命，攻关对虾白斑杆状病毒课题[12]。

对虾白斑杆状病毒的纯化此前一直是国际难题，由于其病毒组织成分复杂，病毒能够释放大量水解酶类，容易遭到破坏降解，因此分离纯化难度很大[13]。在分离的过程中，对虾染色体DNA常常附着在病毒的表面上，导致难以得到高纯度的病毒粒子。但功夫不负有心人，历时两年多，实验终于在1996年底取得突破。徐洵根据病毒粒子的大小，沉降速率，酶抑制剂效率等，设计出行之有效的方案，防止了病毒的降解。为进一步提纯，徐洵在病毒分离后期，加入微量核酸酶以去除附着在病毒表面的对虾染色体DNA，建立了一种简便快速纯化WSSV病毒的新方法，在国际上率先分离纯化到一批完整的病毒粒子，并完成了对虾白斑病毒全基因组DNA序列的测定和基因分析工作。这项工作在1999年被评选为“中国十大基础科学研究新闻”，徐洵本人也因此被评为中国工程院院士。

荣誉没有使徐洵停下脚步。获得了纯化的对虾白斑杆状病毒后，徐洵开始研究快速检测法。她以酶切片段的克隆测序为依据，设计出相应的PCR引物对，使用PCR基础去检测对虾是否患有对虾白斑杆状病毒[14]。在检测过程中，徐洵对对虾白斑杆状病毒DNA文库与cDNA文库中的核苷酸序列进行了测定，结果显示病毒的前导序列中含有小顺反子，内含对虾基因与對虾白斑杆状病毒基因中的稀有成分，可以使基因前导序列中在有或没有小顺反子的情况下，都能在大肠杆菌中表达，但是两种表达方式不同，因此小顺反子可能具有调节基因的作用[15]。

为了真正解决虾农实际生产中的困境，徐洵实验小组发明了“对虾白斑杆状病毒快速检测”试剂盒，对饵料、虾苗、底泥、水环境和亲虾活体等进行快速的病毒检测，可以有效监测养虾环境，预防病毒再次感染。检测试剂盒自1997年推出以来，在我国沿海对虾养殖地区广泛使用，取得良好的经济效益和社会效益。

后期研究中，徐洵发现随着时间推移，对虾白斑杆状病毒会慢慢变异，导致序列成地缺失，极少量的对虾即使被病毒感染，依然能够健康存活，即使再次注射病毒也不会发病，这说明在某些对虾体内存在着很强的抗病毒因子[16]。找出这些抗病毒因子，揭示其作用机理和表达调控，对病害防治有更深远的意义。2001年，徐洵开展对虾抗病毒免疫方面的新研究，利用抑制差减技术，先后从抗病对虾的体内克隆出四种具有抗病毒作用的蛋白质[17]。这项成果在2004年获GCL首页评论，被公认为“第一个被报道的对虾抗病毒基因与蛋白质”。随后，徐洵还观察到这些抗病毒蛋白质与病毒膜蛋白之间的相互作用，发现了介导病毒感染的受体[18]。

这几年对海洋无脊椎动物的研究中，徐洵对海洋无脊椎动物的病毒防治逐渐形成了自己的看法：

我发现对虾所谓的天然免疫其实和过去的认知有所差异，过去一直被认为是非特异性免疫，如Caspase和lectin。一种免疫因子的基因是可以呈现多种不同的结构的，不同序列所作用的病原也是不同的。高等动物的特异性免疫是通过抗体完成的，而对虾这种多样性的免疫因子，在无脊椎动物防御机制中，是否可以起到和抗体类似作用？如果可以，那么它的调控机理是什么？又是如何进化的？[11]

对此，徐洵鼓励同行加大关于对虾病毒、病毒和宿主之间的相互作用及无脊椎动物免疫机制的研究力度，她坚信这些研究对无脊椎动物病毒病害的防治有着深远意义，不仅能在选育抗病良种方面提供分子技术层面的支持，亦能对进一步认识无脊椎动物抗病毒免疫系统提供可靠的理论基础[18]。

五 创建海洋生物遗传资源重点实验室

除了科研工作，徐洵对中国海洋生物基因工程的另一贡献是创建了国内首个深海方向的重点实验室。早在2000年，徐洵就注意到海底的基因资源具有待开发和利用的潜能。她在《生物工程进展》的专题报告中提出：海洋的独特环境和极端生活条件，使深海生物具备非常强的适应环境能力和自卫能力。为了在深海繁殖生存，深海生物的体内往往会产生性质特殊的天然产物，这些功能独特的物质在海底反映出极强的生理活性，在工业、医药、国防等多领域中有着广阔应用前景。极端生物的资源数量稀少、捕获条件苛刻，唯有通过基因工程技术将基因保存，才能够永久为人类利用。中国想要在新世纪海洋生物资源争夺战中取得优势，开展深海生物研究刻不容缓[19]。

从最初创建到后期建设，她以实验室为载体，率先在中国海洋生物研究开辟新领域，培养了一批批海洋生物研究人才，在海洋竞争日趋激烈的当下，为中国海洋事业注入了一支强心剂。

1990年底，徐洵刚到国家海洋三所生化组时，组里只有四个研究员，手边的实验器材仅有一台从中国科学技术大学带来的冰箱。为了开展海洋生物基因研究，徐洵亲自前往国家海洋局，申请到了50万的经费支持，在1991年组建了我国第一个海洋生物基因工程实验室。徐洵依托之前在美国学习到的海洋基因研究技术，着手去搜集和研究国内海洋基因资源。在研究方向的选择上，徐洵没有继续在美期间的研究方向，而是选择了贴合当地实情的养殖产业，以“海洋遗传资源可持续开发利用”为主题，“重要养殖生物及病害功能基因研究”为主要研究方向，积极申请养殖相关的重点项目[20]。早期实验室主要做海水鱼生长激素、甲肝病毒检测、对虾白斑杆状病毒等研究。为了弥补人手不足的情况，实验室与厦门大学展开合作，通过委培的方式招收研究生，很多厦大的学生毕业后留在了实验室，为实验室注入了新鲜血液。

经过长达七年时间的学术积淀，国家海洋局第三海洋研究所决定向国家海洋局科技司上报相对成熟的建设方案备案，希望能够将实验室升级为“国家海洋局海洋生物工程重点实验室”[21]。1997年，国家海洋局做出回应，同意成立重点实验室。由中国工程院院士朱作言任第一届学术委员会主任和副主任，徐洵任实验室第一届主任，研究方向为养殖动植物功能蛋白的基因工程、养殖病害病原的分子生物学、海洋环境微生物的分子生物学以及海洋环境净化的基因工程等[22]。

1999年，实验室完成了对虾白斑杆状病毒基因组全序列测定工作，扩大了知名度，后续发展渐入佳境，不仅在2003年被评为福建省重点实验室[23]，并于同年5月30日扩建到4700平方米，极大地改善了实验条件。

对虾研究大获成功后，徐洵引导实验室研究方向往深海方向发展。2002年7月1日，实验室与中国大洋生物基因研究开发基地共建，成为国内首个从事深海生物基因资源研究与开发的重点实验室，并于2008年1月12日成立“中国大洋深海生物基因资源研究开发中心”。实验室在海洋生物资源开发利用的基础上，形成了深海生物资源获取与应用评价、深海生物多样性与生命过程的特色方向，当时在国内实属第一[10]。

除了基本的科研工作外，实验室还积极开展学术交流和合作。实验室多次积极承担各种学术会议，如2001年2月25—27日期间在厦门主持召开“海洋极端生物国际研讨会”，在研讨会期间与JANSTEC的加藤千明教授在会上达成了共同开展深海嗜压微生物的合作，加快了极端生物资源的研究进程[24]。2003年，实验室建立中国海洋微生物菌种保藏中心，这是国内第一个海洋微生物菌种资源共享平台，向多个研究院提供细菌鉴定等多项服务，成为国内海洋微生物科学研究的重要支撑。实验室也十分注重国际交流，与美国、德国、日本、法国等国的学术团队保持长期良好的关系。2018年11月实验室与法国极端微生物实验室共同建立“中法深海微生物联合实验室”，开展深海领域的国际合作。

在海洋强国战略的号召下，海洋生物遗传资源重点实验室继往开来，在海洋领域为我国的科技发展贡献着自己的力量。

六 小结

20世纪90年代以来，海洋战略地位不断提升，海洋领域研究得到了国家的重视，但由于起步较晚，中国的海洋技术总体上是落后的。海洋生物基因工程作为新兴学科，十分依赖于研究技术本身的突破，对当时回国的徐洵而言，在国内研究海洋生物基因面临的是经验不足和科研环境落后的双重考验。

徐洵深受斯克利普斯海洋研究所的影响，对海洋生物产生了浓厚的兴趣，这也是她在20世纪90年代立志从事海洋分子生物学研究的原因。徐洵认为，由于新技术发展，人类发现深海蕴藏着巨大宝藏，谁能夺得深海生物资源开发先机，谁就能驱动经济快速发展。从科学意义上看，挖掘海洋生物资源有助于探寻全新的物种和生命机制;同时，海洋生物作为理想药物和工业材料资源，具有潜在的经济价值。“至今探测的深海海底不到10%，却已经展现了诱人的前景。今后还会不断发现新的资源。为此，可以将它看做地球上最后的‘新世界。随着国家对深海领域的重视，我国的深海生物研究和应用迎来了前所未有的发展机遇，但如今国内的深海生物科技资源仍有获取困难、总量不足等问题存在。国家应当重视海洋研究，鼓励合理共享生物样品资源，打造专业化、规范化的深海研究团队，夺得深海生物资源的开发先机。”[25]

徐洵依托之前的研究，筹备成立海洋生物遗传资源实验室，着手搜集和研究海洋基因资源。徐洵认为实验室应与当地实情相结合，科技要服务社会经济。她组织了一批强有力的科研团队开展基础研究，前期对各种深海病毒的基因做了病原的研究、检测防治，从病毒的提取检测，到建立大量数据库，许多实验成果已开始在生产中应用。

与此同时，为了更好地打造实验室的人才队伍，徐洵不遗余力地指导后辈，充分给予年轻人机会。她着力锻炼下一代科研人才独当一面的能力，将主管实验室的重任慢慢移交给学术功底扎实、知识面宽广的年轻研究员们。徐洵在深海国家重点实验室工作期间，一共培养了四位国家杰出青年科学基金获得者。她时常鼓励和引导青年科研者讲理想、讲奉献、勇挑重担，而她也以自己的一言一行，践行着科学报国的伟大精神，为广大的青年科研者的自我提升、道路选择提供了很好的借鉴。

参考文献

[1] 陳荣忠， 杨丰， 徐洵. 鱼生长激素重组酵母对海水鱼的促生长效应的研究[J]. 中国畜禽种业， 2005， （7）： 49—51.

[2] 杨丰， 郑斌， 徐洵. 三种鱼类生长激素cDNA基因的结构比较研究[J]. 生物化学与生物物理学报， 1995， （5）： 537—547.

[3] 中国工程院科学道德建设委员会编. 工程科技的实践者院士的人生与情怀（第2册上）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2010. 1033—1039.

[4] 双宝， 杨丰， 陈荣忠， 徐洵. 鱼生长激素基因工程酵母高密度发酵研究[J]. 台湾海峡， 1998，（A1）： 65—69.

[5] 王威. 海洋深处听涛声——访中国工程院院士、福建科协副主席徐洵教授[J]. 科学与文化， 2003， （1）： 18—19.

[6] 陈荣忠， 杨丰. 褐菖鮋结合蛋白的分离提纯及某些性质研究[J]. 海洋学报， 1996，（1）： 107—115.

[7] 陈荣忠， 杨丰， 徐洵. 镉对褐菖鲉金属结合蛋白的诱导[J]. 台湾海峡， 1997，（3）： 280—284.

[8] 杨丰， 陈荣忠， 徐洵. 褐菖鮋（Sebastiscusmarmoratus）金属硫蛋白的分离提纯及免疫测定[J]. 环境科学学报， 1996， （4）： 469—474.

[9] Feng Yang， Xun Xu. A New Method of RNA Preparation of Hepatitis A Virus in Environmental Samples by Polymerase Chain Reaction[J]. Journal of Virological Methods， 1993， （1）： 77—84.

[10] 林岳夫. 我国海洋生物基因工程的开拓者——记国家海洋局第三海洋研究所徐洵教授[J]. 中国科技信息杂志， 2004， （12）： 55.

[11] 白玉良主编. 中国工程院院士自述（第二卷）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2008. 537—539.

[12] Wei Wang， Jun He， Feng Yang， Guikai Wu， Xun Xu. Detection of prawn white spot baculovirusby polymerase chain reaction[J]. 海洋学报 （英文版）， 1999， （4）： 591—598.

[13] 诺亚. 中国海洋基因工程开拓者和奠基人——中国工程院院士、海洋环境生物工程专家徐洵[J]. 湖北农业科学， 2013， （13）： 2968.

[14] 章晓波， 徐洵. 分子信标探针用于聚合酶链式反应检测对虾白斑杆状病毒[J]. 生物化学与生物物理进展， 2000， （3）： 277—280.

[15] 章晓波， 徐洵. 对虾白斑杆状病毒基因中的小顺反子及其表达[J]. 海洋学报， 2001， 23（1）： 78—83.

[16] Xiaobo Zhang， Xun Xu， Choy Leong Hew. The structure and function of a gene encoding a basic peptide from prawn White Spot Syndrome Virus[J]. Virus Research， 2001， （1）： 137—144.

[17] Xiaobo Zhang，Limei Xu，Xun Xu. Detection of prawn White Spot Bacilliform Virus by immunoassay with recombinant antigen[J]. Journal of Virological Methods，2001， （2）： 193—197.

[18] 侯云德主编. 中国世纪专家·两院院士·中国工程院院士[M]. 北京： 人民日报出版社， 2002. 451.

[19] 徐洵. 海洋生物技术[J]. 生物工程进展， 1995， （3）： 2—5.

[20] 国家海洋局第三海洋研究所. 关于我所海洋生物遗传资源重点实验室申请进入福建省重点实验室的请示[A]. 国家海洋局第三海洋研究所文件[R]. 2003年7月. 厦门： 自然资源部第三海洋研究所档案馆， 2003-37-13-3.

[21] 国家海洋局第三海洋研究所. 关于上报国家海洋局海洋生物工程重点实验室建设方案[A]. 国家海洋局第三海洋研究所文件[R]. 1997年6月. 厦门： 自然资源部第三海洋研究所档案馆， 1997-31-14-2.

[22] 国家海洋局. 关于建立国家海洋局重点实验室的通知[A]. 国家海洋局文件[R]. 1997年3月. 厦门： 自然资源部第三海洋研究所档案馆， 1997-31-14-1.

[23] 福建省科学技术厅. 关于同意建立福建省海洋生物遗传资源重点实验室的批复[A]. 福建省科学技术厅文件[R]. 2003年7月. 厦门： 自然资源部第三海洋研究所档案馆， 2003-37-13-2.

[24] 徐洵. 徐洵工作履历[A]. 徐洵院士人事档案[R]. 2002年. 厦门： 自然资源部第三海洋研究所档案馆，1957-4-1-2.

[25] 徐洵. 院士笔谈： 21世纪的中国科技走向21世紀的海洋生物技术[J]. 中共福建省委党校学报， 2000， （6）： 4.

Xu Xun and the Development of Chinas Marine Biological Genetic Engineering

YUE Yaru， LIU Rui

Abstract：Xu Xun is a well-known marine bioengineering expert in China and an academician of the Chinese Academy of Engineering. She has been engaged in scientific research and teaching in many universities and research institutes， and has made contributions to the development of marine bioengineering. Based on the first-hand data collection of Academician Xu Xun in the field of marine biological genes， combined with the background of the times， this article studies his related experience in the field of marine biological genes， and summarizes his research in marine genetic research， marine biological virus prevention and control， and deep-sea genetic research. Contribution.

Keywords： Xu Xun， academic growth， marine biogenetics