探访在种业科研和创业热土中成长的三亚“南繁硅谷”******
(二十大时光)探访在种业科研和创业热土中成长的三亚“南繁硅谷”
中新网三亚10月23日电 题：探访在种业科研和创业热土中成长的三亚“南繁硅谷”
记者 王晓斌 李宇凡
晚秋的三亚，午间阳光依然炙热。在崖州区坝头南繁基地，由太阳能电池板提供能源，生态监测系统、物联网虫情信息采集系统不间断工作。
三亚崖州区坝头南繁基地田间地头的仪器设备林立。 王晓斌 摄当地村民口中，坝头南繁基地有一个简短的名字——“三千斤”。上周，“三千斤”迎来又一次测产，晚造水稻平均亩产671.6公斤。加上早造水稻平均亩产910.0公斤，双季稻亩产超过了1500公斤。
彭军在崖州湾科技城的实验室里工作。为了提高利用率，科技城搭建了一个大型仪器设备共享平台。 王晓斌 摄“‘水稻双季亩产三千斤’是袁隆平院士生前力推的项目，目的是通过可推广的技术措施，挖掘和展现水稻的高产潜能。”海南大学三亚南繁研究院常务副院长杨小锋说，基地连续两年达成双季亩产三千斤目标，意味着袁老生前安排的最后一个实验项目圆满完成。
“除了开展‘三千斤’项目，基地还为中国农业大学(下称“中国农大”)、南京农业大学等十多家科研单位提供服务。他们每年入秋来这里开展水稻、玉米、大豆、牧草等南繁工作。”杨小锋说，水稻收割完成后，“三千斤”将为冬春季节的南繁育种做准备。
隆平生物研发的“隆平”系列产品与其他品种的对照。 王晓斌 摄海南冬春时节的光热条件适合农作物加代育种。每年全国各地秋收后，近30个省份800多家科研院所、高校及企业的数以万计农业科技专家，来海南从事南繁育种制种工作。南繁基地由此被称为中国新品种选育的“孵化器”和“加速器”，保障农业生产用种的“调节库”和种子质量天然的“鉴定室”。
“山东秋收完来三亚下种，到来年4月收获两季后，再回到山东继续播种。”邓伟强是登海种业南繁“打前站”工作负责人。今年因为三亚降雨等因素，玉米播种延迟，为抢回时间，邓伟强和同事们用“洗苗”的方式，将五、六百个品种的玉米秧苗“洗”到了苗床。
10月北方一些地区玉米秋收时，海南三亚南繁地里的玉米处于苗期阶段。 王晓斌 摄几十年候鸟般的南繁工作，邓伟强等南繁人积累了充分的经验来应对台风、旱涝、寒潮等天气状况，也亲历南繁生活条件、育种方法的巨大改变。“早年翻地整地找不到车，我们从山东托运几台农机车来。现在一个电话，立马人车就到地里。”邓伟强说，过去靠扩大面积多种材料来选育良种，现在团队利用玉米单倍体育种、分子标记辅助育种等技术手段，大大提升了育种效率。
近年来，乘着自由贸易港建设东风，围绕粮食稳产高产、种业突破创新，海南加快南繁科研配套服务区建设，构建集科研、生产、销售、科技交流、成果转化为一体服务全国的“育繁推服”种业全链条。
为抢回降雨等因素延误的时间，海南三亚，南繁人用“洗苗”的方式，将玉米秧苗“洗”到了苗床。 王晓斌 摄以海南自贸港重点园区三亚崖州湾科技城为核心，“南繁硅谷”在海南轮廓初现。
当前，中国种业由表型选择时代朝分子育种时代、设计育种时代迈进，崖州湾科技城诞生的首批企业隆平生物技术(海南)有限公司(简称“隆平生物”)争做领军者。
三亚崖州区坝头南繁基地，收割完水稻后，这片田地将为新一轮冬春南繁季做准备。 王晓斌 摄“我们使用手机时，手指划划点点很简单，背后的芯片设计制造却是极为复杂。现代育种手段也是一样。”隆平生物总经理吕玉平介绍，秉承袁老“奋斗不息，创新不止”的教诲，该公司聚焦玉米、大豆等主要农作物，进行精准生物育种及植物合成生物学产品研发。目前已建成分子生物学、遗传转化、性状分析及一年四代回交等研发技术平台。
借助自建的研发平台，该公司在玉米生物育种等方面取得诸多进展，获得了20余项专利。“我们的技术突破瓶颈在国际上处于领先梯队。”吕玉平说，市场对此报以认可，“从三年前的一千万元初始创业资金开始，公司完成多轮融资，引进了多个战略股东，目前估值逾30亿元。”
隆平生物的一间实验室里，科研人员在头顶的白板上画了一对兔耳，使严肃的科研工作变得俏皮而温馨。 王晓斌 摄崖州湾科技城成为种业科研和创业的热土。以隆平生物为代表，三年来从无到有、从少到多，目前有300多家农业企业入驻园区。同步纷纷入驻的涉农科研院所和高校，为企业提供了亟需的人才和科技支撑。
从候鸟般开展南繁工作到常驻三亚，中国农业科学院国家南繁研究院院长、海南省崖州湾种子实验室副主任彭军见证并参与该院两年多来的实体化建设，成果包括农业农村部基因编辑创新利用重点实验室(海南)揭牌成立，国家野生稻种质资源圃一期基本建成，中国农科院南繁研究院“作物表型组学研究”“野生作物种质资源保护与利用”等9个创新团队入驻。
建设中的三亚崖州湾科技城(摄于2022年4月)。 吕超 摄“二十大报告中指出‘全方位夯实粮食安全根基’‘确保中国人的饭碗牢牢端在自己手中’。作为一名农业科技工作者，我感到莫大的鼓舞和鞭策。”彭军说，二十大报告提出，加快实施创新驱动发展战略，这正是崖州湾科研工作者努力的方向。
朝着这个方向，海南省协同全国20家科研院所、高校和企业，在崖州湾科技城搭建种子实验室，协同攻关种业的关键核心技术。目前，有26个院士团队落地科技城开展科研工作，园区在培硕、博研究生2千多名。
中国农大三亚研究院博士孙茜是其中之一。在今年6月举办的2022年首届“崖州湾杯”科技创新大赛上，孙茜带领一个跨学校、跨专业、跨研究领域的团队，凭借“基因工程改造玉米蛋白质”项目夺得大赛一等奖。孙茜表示，团队获奖离不开该院引导资金项目和崖州湾种子实验室“揭榜挂帅”项目的资金支持，离不开崖州湾科技城提供先进的实验设备和良好的实验环境。(完)
诺奖问答| 2022 年诺贝尔化学奖授予点击化学和生物正交化学，有哪些信息值得关注？****** 相比起今年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖的高冷，今年诺贝尔化学奖其实是相当接地气了。 你或身边人正在用的某些药物，很有可能就来自他们的贡献。
2022 年诺贝尔化学奖因「点击化学和生物正交化学」而共同授予美国化学家卡罗琳·贝尔托西、丹麦化学家莫滕·梅尔达、美国化学家巴里·夏普莱斯（第5位两次获得诺贝尔奖的科学家）。 一、夏普莱斯：两次获得诺贝尔化学奖 2001年，巴里·夏普莱斯因为「手性催化氧化反应[1] [2] [3]」获得诺贝尔化学奖，对药物合成（以及香料等领域）做出了巨大贡献。 今年，他第二次获奖的「点击化学」，同样与药物合成有关。 1998年，已经是手性催化领军人物的夏普莱斯，发现了传统生物药物合成的一个弊端。
过去200年，人们主要在自然界植物、动物，以及微生物中能寻找能发挥药物作用的成分，然后尽可能地人工构建相同分子，以用作药物。 虽然相关药物的工业化，让现代医学取得了巨大的成功。然而随着所需分子越来越复杂，人工构建的难度也在指数级地上升。 虽然有的化学家，的确能够在实验室构造出令人惊叹的分子，但要实现工业化几乎不可能。 有机催化是一个复杂的过程，涉及到诸多的步骤。 任何一个步骤都可能产生或多或少的副产品。在实验过程中，必须不断耗费成本去去除这些副产品。 不仅成本高，这还是一个极其费时的过程，甚至最后可能还得不到理想的产物。 为了解决这些问题，夏普莱斯凭借过人智慧，提出了「点击化学（Click chemistry）」的概念[4]。 点击化学的确定也并非一蹴而就的，经过三年的沉淀，到了2001年，获得诺奖的这一年，夏普莱斯团队才完善了「点击化学」。 点击化学又被称为“链接化学”，实质上是通过链接各种小分子，来合成复杂的大分子。 夏普莱斯之所以有这样的构想，其实也是来自大自然的启发。 大自然就像一个有着神奇能力的化学家，它通过少数的单体小构件，合成丰富多样的复杂化合物。 大自然创造分子的多样性是远远超过人类的，她总是会用一些精巧的催化剂，利用复杂的反应完成合成过程，人类的技术比起来，实在是太粗糙简单了。 大自然的一些催化过程，人类几乎是不可能完成的。 一些药物研发，到了最后却破产了，恰恰是卡在了大自然设下的巨大陷阱中。 夏普莱斯不禁在想，既然大自然创造的难度，人类无法逾越，为什么不还给大自然，我们跳过这个步骤呢？ 大自然有的是不需要从头构建C-C键，以及不需要重组起始材料和中间体。 在对大型化合物做加法时，这些C-C键的构建可能十分困难。但直接用大自然现有的，找到一个办法把它们拼接起来，同样可以构建复杂的化合物。 其实这种方法，就像搭积木或搭乐高一样，先组装好固定的模块（甚至点击化学可能不需要自己组装模块，直接用大自然现成的），然后再想一个方法把模块拼接起来。 诺贝尔平台给三位化学家的配图，可谓是形象生动[5] [6]：
夏普莱斯从碳-杂原子键上获得启发，构想出了碳-杂原子键（C-X-C）为基础的合成方法。 他的最终目标，是开发一套能不断扩展的模块，这些模块具有高选择性，在小型和大型应用中都能稳定可靠地工作。 「点击化学」的工作，建立在严格的实验标准上： 反应必须是模块化，应用范围广泛 具有非常高的产量 仅生成无害的副产品 反应有很强的立体选择性 反应条件简单(理想情况下，应该对氧气和水不敏感) 原料和试剂易于获得 不使用溶剂或在良性溶剂中进行(最好是水)，且容易移除 可简单分离，或者使用结晶或蒸馏等非色谱方法，且产物在生理条件下稳定 反应需高热力学驱动力（>84kJ/mol） 符合原子经济 夏尔普莱斯总结归纳了大量碳-杂原子，并在2002年的一篇论文[7]中指出，叠氮化物和炔烃之间的铜催化反应是能在水中进行的可靠反应，化学家可以利用这个反应，轻松地连接不同的分子。 他认为这个反应的潜力是巨大的，可在医药领域发挥巨大作用。 二、梅尔达尔：筛选可用药物 夏尔普莱斯的直觉是多么地敏锐，在他发表这篇论文的这一年，另外一位化学家在这方面有了关键性的发现。 他就是莫滕·梅尔达尔。
梅尔达尔在叠氮化物和炔烃反应的研究发现之前，其实与“点击化学”并没有直接的联系。他反而是一个在“传统”药物研发上，走得很深的一位科学家。 为了寻找潜在药物及相关方法，他构建了巨大的分子库，囊括了数十万种不同的化合物。 他日积月累地不断筛选，意图筛选出可用的药物。 在一次利用铜离子催化炔与酰基卤化物反应时，发生了意外，炔与酰基卤化物分子的错误端（叠氮）发生了反应，成了一个环状结构——三唑。 三唑是各类药品、染料，以及农业化学品关键成分的化学构件。过去的研发，生产三唑的过程中，总是会产生大量的副产品。而这个意外过程，在铜离子的控制下，竟然没有副产品产生。 2002年，梅尔达尔发表了相关论文。 夏尔普莱斯和梅尔达尔也正式在“点击化学”领域交汇，并促使铜催化的叠氮-炔基Husigen环加成反应（Copper-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition），成为了医药生物领域应用最为广泛的点击化学反应。
三、贝尔托齐西：把点击化学运用在人体内 不过，把点击化学进一步升华的却是美国科学家——卡罗琳·贝尔托西。
虽然诺奖三人平分，但不难发现，卡罗琳·贝尔托西排在首位，在“点击化学”构图中，她也在C位。 诺贝尔化学奖颁奖时，也提到，她把点击化学带到了一个新的维度。 她解决了一个十分关键的问题，把“点击化学”运用到人体之内，这个运用也完全超出创始人夏尔普莱斯意料之外的。 这便是所谓的生物正交反应，即活细胞化学修饰，在生物体内不干扰自身生化反应而进行的化学反应。 卡罗琳·贝尔托西打开生物正交反应这扇大门，其实最开始也和“点击化学”无关。 20世纪90年代，随着分子生物学的爆发式发展，基因和蛋白质地图的绘制正在全球范围内如火如荼地进行。 然而位于蛋白质和细胞表面，发挥着重要作用的聚糖，在当时却没有工具用来分析。 当时，卡罗琳·贝尔托西意图绘制一种能将免疫细胞吸引到淋巴结的聚糖图谱，但仅仅为了掌握多聚糖的功能就用了整整四年的时间。 后来，受到一位德国科学家的启发，她打算在聚糖上面添加可识别的化学手柄来识别它们的结构。 由于要在人体中反应且不影响人体，所以这种手柄必须对所有的东西都不敏感，不与细胞内的任何其他物质发生反应。 经过翻阅大量文献，卡罗琳·贝尔托西最终找到了最佳的化学手柄。 巧合是，这个最佳化学手柄，正是一种叠氮化物，点击化学的灵魂。通过叠氮化物把荧光物质与细胞聚糖结合起来，便可以很好地分析聚糖的结构。 虽然贝尔托西的研究成果已经是划时代的，但她依旧不满意，因为叠氮化物的反应速度很不够理想。 就在这时，她注意到了巴里·夏普莱斯和莫滕·梅尔达尔的点击化学反应。 她发现铜离子可以加快荧光物质的结合速度，但铜离子对生物体却有很大毒性，她必须想到一个没有铜离子参与，还能加快反应速度的方式。 大量翻阅文献后，贝尔托西惊讶地发现，早在1961年，就有研究发现当炔被强迫形成一个环状化学结构后，与叠氮化物便会以爆炸式地进行反应。
2004年，她正式确立无铜点击化学反应（又被称为应变促进叠氮-炔化物环加成），由此成为点击化学的重大里程碑事件。
贝尔托西不仅绘制了相应的细胞聚糖图谱，更是运用到了肿瘤领域。 在肿瘤的表面会形成聚糖，从而可以保护肿瘤不受免疫系统的伤害。贝尔托西团队利用生物正交反应，发明了一种专门针对肿瘤聚糖的药物。这种药物进入人体后，会靶向破坏肿瘤聚糖，从而激活人体免疫保护。 目前该药物正在晚期癌症病人身上进行临床试验。 不难发现，虽然「点击化学」和「生物正交化学」的翻译，看起来很晦涩难懂，但其实背后是很朴素的原理。一个是如同卡扣般的拼接，一个是可以直接在人体内的运用。 「 点击化学」和「生物正交化学」都还是一个很年轻的领域，或许对人类未来还有更加深远的影响。（宋云江） 参考 https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/press-release/ Pfenninger, A. Asymmetric Epoxidation of Allylic Alcohols: The Sharpless Epoxidation[J]. Synthesis, 1986, 1986(02):89-116. Rao A S . Addition Reactions with Formation of Carbon–Oxygen Bonds: (i) General Methods of Epoxidation - ScienceDirect[J]. Comprehensive Organic Synthesis, 1991, 7:357-387. Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angew Chem Int Ed Engl. 2001 Jun 1;40(11):2004-2021. https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/popular-chemistryprize2022.pdf https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/advanced-chemistryprize2022.pdf Demko ZP, Sharpless KB. A click chemistry approach to tetrazoles by Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition: synthesis of 5-acyltetrazoles from azides and acyl cyanides. Angew Chem Int Ed Engl. 2002 Jun 17;41(12):2113-6. PMID: 19746613. 大发app地图 |
