“施履吉”的版本间的差异

2021年2月14日 (日) 13:39的版本

施履吉（1917- ）
施履吉，细胞生物学家，遗传学家。早期在国外从事化学胚胎学、细胞化学研究，论证两栖类早期胚胎发育存在头尾和背腹两个梯度。回中国后在高等动物遗传转化和染色体人工合成方面进行深入研究，首次建立了中国的家兔个体表达系统，对进行家畜育种和哺乳动物基因工程研究有重要意义。对创建中国现代生物学实验技术、仪器研制和培养人才等也作出了贡献。
　
　　施履吉，1917年10月26日生于江苏仪征。父亲施少桥，母亲吴慕华。他6岁丧父，由母亲教养成人。在初中时因反对所在教会学校设圣经课程与外国神甫争执后，立志要做有用的中国人。1934年在上海惠平中学接触进步力量开始读《大众哲学》。毕业后考人浙江大学园艺系，因受陈鸿达教授启发，认识到当时的中国首先要解决吃饭 问题，而改读育种。并在浙江大学参加进步学生团体“黑白文艺社"，随浙江大学内迁途中曾参加爱国学生抗日的“战地服务团”。
　　1941年考人浙江大学理科研究院》师从谈家桢教授攻读细胞遗传学。就读研究生时，又接触到有关染色体的实验，完成了两项关于染色体方面的工作。当时虽在抗日战争时期，浙江大学的研究工作在竺可桢校长领导下仍坚持不懈，学术空气非常浓厚，施履吉在这种环境下不分昼夜地刻苦攻读和实验，这段经历为他今后的工作打下良好的基础。
　　1946年，他赴美国人纽约哥伦比亚大学研究生院，在该校植物系随罗兹(M. M. Roades)从事玉米细胞遗传研究。当时正值比德尔(G. H. Beadle, 1941)建立一个基因一个酶的学说，艾弗里（A. C. Avery等, 1944）DNA遗传转化工作发表不久，四种核苷酸构成—DNA单元的设想正在被打破的前夕，生物界正处于对遗传物质认识的思考、讨论和寻找依据的时期。在这个背景下，谈家桢的两个学生盛祖嘉和施履吉到哥伦比亚大学后都改变了原来的研究方向。前者向深度发展，改攻微生物遗传；施履吉则向广度发展，攻读化学胚胎学和细胞化学。当时在哥伦比亚大学和国际上这两个分支学科的研究工作开展得很兴旺。施履吉想，要打好自己理论和技术上的基础才能找出一条路，以沟通遗传和个体发育两个重要生物现象之间的关系。
　　他毅然应施拉德主任教授的要求由植物系转到动物系攻读博士学位。在著名化学胚胎学家巴斯（L．c．Barth）教授指导下，他于 1951年完成化学胚胎学博士论文，并获得哲学博士学位。他认为这次转系获益匪浅，不但开阔了眼界和思路，也得到较为广泛的技术和方法学上的修养。巴斯教授在后来介绍施履吉就业的信上说：“他是我从未见到过的精通这么多技术的人"。在此基础上，他得以用高精度和高灵敏度的生理生化方法，确立了两栖类早期胚胎发育中有头尾和背腹两个梯度的存在。同时，他还是首先肯定了细胞质DNA存在的学者之一。
　　在美国学习和工作的9年中，他积极参加中国留学生的爱国活动。1949年因申请回国，护照被美国移民局扣留，并因此被拘留过两次，当时哥伦比亚大学校长艾森豪威尔当选了美国总统，几位哥伦比亚大学教授们同情施履吉的处境上告到艾豪威尔处后，施履吉终于冲破美国移民当局的种种无理阻挠，于1955年6月回国。
　　刚回国时，他任中国科学院实验生物研究所副研究员，不久即调往北京，参加中国科学院生物物理研究所的筹建工作。1963年，负责筹建中国科学院生物实验中心，在研制现代生物学仪器（如超速离心机、紫外光显微镜）和建立生物学实验技术方面做了大量工作。这个时期，他还开展高等动物遗传转化和染色体人工合成的研究，当取得显著进展，并准备作深人研究时，1966年的“文化大革命”使这项研究工作被迫中断。1973年调到中国科学院遗传研究所工作。1976 年，“文化大革命"结束后，他希望有一个良好的研究环境，尽快继续开展高等动物遗传方面的研究。当时中国科学院上海细胞生物学研究所在细胞生物学、发育生物学方面有较好的基础，分子生物学也有一定力量。在上海更有谈家桢教授为首的复旦大学遗传学研究力量。因此，他克服困难，于1978年调到上海细胞生物学研究所筹建一个研究组。1981年，他提出高等动物遗传信息改造的一整套研究计划。1982年得到中国科学院的重点资助，以后又得到国家科萎的资助。在施履吉主持下，染色体着丝粒的研究工作取得显著进展。四詬年，他与倪祖梅一起到加拿大渥太华大学进行合作研究。1987年4月回国途中，应美国多所大学和研究所的邀请，作了学术报告，得到同行们很高的评价。1986-1989年，他还提出并主持建立了家兔的个体表达系统，获中国科学院科技进步一等奖
　　1978-1988年，他当选第五届和第六届全国政协委员。1980年，当选为中国科学院学部委员。1981年，他随中国科学院卢家锡院长访问日本。1985年9月加入中国共产党，入党后，他严格要求自己，并积极发挥了党员老科学家的作用。1986年开始一直参加国家科委 “863"高技术的招标、评审等工作。1993年因对“863"计划所作贡献，受到国家科委的表彰并获荣誉证书。1979年和1992年他还两次被评为上海市华侨优秀知识分子并获荣誉证书。

证实两栖类早期胚胎发育中有头尾和背两个梯度存在
　　长久以来，在形态上观察到了两栖类的受精卵和早期胚胎存在头尾和背腹两个梯度，但在胚胎学界对其在生理上是否也存在两个梯度一直有争议。施履吉以背部内陷之前的原肠期胚胎为材料，经精确切割分成区域，并用灵敏度高的悬沉子测定仪测定各区域获得了头尾和背腹的呼吸梯度这一结果，得到了学术界的公认。在这一研究工作中，他同时也发现这两个梯度的形成主要不是由于活性细胞质的呼吸强度的差异。这期间，他还发现背唇对外胚层诱导时呼吸率也增高。在豹蛙和日本林蛙杂种中，外胚层的反应能力和背唇的诱导能力都有缺陷时，外胚层的一切区域里呼吸作用也受到抑制。
　　两栖类早期胚胎发育中有头尾和背腹两个梯度的确认，结束了化 学胚胎学和实验胚胎学者间的长时间争论。这一观点多年来一直为多种胚胎学教科书、专著及有关论文所引用。

探索高等动物染色体的人工合成和遗传转化
　　 20世纪50年代初，许多证据说明基因物质就是DNA, DNA的分子结构已发表，每个基因组的DNA含量恒定性也被发现，细菌中用 DNA进行遗传转化的研究工作己相当深人，人们认为遗传转化就是外源基因或DNA片段置换了宿主细胞相应的基因或DNA片段。然而基因组的DNA分子与染色体及染色体上的细胞器的关系尚不清楚。因为染色体与基因、细胞及个体都是密切相关的，施履吉以染色体为主线将遗传与发育联系起来，提出两个研究课题：高等动物染色体的人工合成和遗传转化。1955年，他回国后即着手筹备进行这两个课题的工作。
　　高等动物染色体的人工合成。染色体有三个基本特性：(1)自我复制；（2）染色体个性的保持；（3）子染色体精确地分配给两个子细胞。当时，自我复制的定位（DNA复制起始点的存在）尚属未知，但他已推测是基因固有的特性。关于染色体的个性，由于麦克林托克(B. Mcllmtock)的研究已定位于染色体的末端〔现称为端粒），而特性（3）则定位于着丝粒上。他设想在着丝粒和端粒的基础上构建染色体。因此，染色体的合成可归结为先分离着丝粒和端粒，以及把它们 与DNA复制单位组装在一起。根据博维里(Th.Boven)对蛔虫（Ascaris）的研究，生殖质和体质分离时染色体都断裂为许多小染色体，休斯日施拉德(S.H*es-Schrader)及里斯(H.ms)等用x射线切断具有分散着丝粒的染色体成小染色体后都可以复制，并被分配到子细胞中去。因此，他认为分离着丝粒是可行的，他设想先提取总染色质，然后研究剪切的染色质及其DNA,最后是组装的DNA注射到受精卵后的行为。他推断这样具有着丝粒的染色质片段在受精卵发育成胚胎时应能扩增，而其他不具有着丝粒的片段在细胞分裂过程中则会 丢失。这样着丝粒片段会因胚胎发育而被富集后，再从胚胎中分离。
　　高等动物的遗传转化他认为必须转化到受精卵，这样才能使胚 胎所有细胞或大多数细胞都具有置换的基因，在表型上有所显示。为此，1957年，他一方面从苏联引人黑色和白色的美西螈（Axsolotl) ; 另一方面用黑斑蛙受精卵进行第一阶段的工作，用显微注射提纯的染色质和DNA,先找出一个对正常个体发育没有影响的DNA的注射量，然后再在这基础上进行正式的黑白美西螈的遗传转化研究，以避免因注射过量而导致异常甚至不能发育。1957-1958年，他注射同源染色质或DNA至蛙卵，发现超过一定量后会产生各种异常的胚胎，异常胚胎出现的比例随着注射量的增大而递增。他还注射提纯染色质到受精卵，发现前者可以在卵内组装成细胞核。
　　正当他用美西螈提取DNA进行深人的遗传转化，用蛙DNA作核组装，以及剪切染色质等进行着丝粒增殖研究时，由于“文化大革命"他的工作被迫中断。1957-1958年的工作，说明他是国际上第一个意识到用受精卵进行多细胞动物遗传转化的人，也是国际上第一个 发现提纯染色质可以组装成细胞核的人。
　　1976年“文化大革命"结束后，他和他的合作者及学生恢复了高等动物染色体的人工合成和遗传转化的研究，并结合现代生物学的进展情况，对过去的设想作了修改，扩大了思路，增加了新的研究内容。将以上考虑归纳在一起，1981年他提出高等动物染色体遗传信 息改造的研究计划，分两个部分：第一部分是高等动物染色体的人工合成，在中国科学院的支持下，“六五"期间开展第一阶段计划“着丝粒的结构与功能的研究"，在富集、分离、检测和鉴别着丝粒等方面作了深人研究，阐明了着丝粒结构与功能。“七五"期间开始进人第二阶段“真核染色体型载体的研究"，建立了富集着丝粒DNA的方法，利用富集着丝粒DNA含有着丝粒DNA进行了着丝粒DNA的克隆，建立着丝粒DNA文库及几种检测方法，并与陈常庆教授合作己将合成的小片段及连接小片段为较大片段的端粒DNA克隆到PUC18及 PUC19中。这项工作仍在继续深人研究中。第二部分，关于高等动物的遗传转化，结合现在的动态和条件，将研究对象从两栖类转为哺乳类，建立了家兔个体表达系统。

在我国首次建立家兔个体表达系统
　　1980年，国际上转基因小鼠试验成功。1983年，施履吉考虑转基因研究与生产实际相结合，修改了原先研究遗传转化的实验材料，改为探讨用高等哺乳动物个体代替生物反应器的可行性。1984年，他考虑到基因工程产品的成本很高，主要是生物反应器（即精密的发酵罐）投资很大。另外，生产基因工程产品中培养液的费用也相当大。因此，他提出把家畜看作一个发酵罐，以家畜的饲料代替价格昂贵的培养基，藉此解决降低基因工程成本。这是国际上首次提出以家畜个体表达系统当做生物反应器。他提出这个设想后。1986年，在他的主持下，组织了中国科学院上海细胞生物学研究所、发育生物学研究所和江苏农学院、生物物理研究所、遗传学研究所等6个单位的科技人员，开始实施“哺乳动物个体表达系统的研究"。当时以转基 因牛为对象，以兔为假母保存牛转基因受精卵。牛个体表达系统各关 键工艺的环节大部己建成，但因经费不足而中断改为建立兔的个体表达系统。他考虑到转基因兔的应用，选用乙肝病毒表面抗原基因作为转化基因。
　　转基因动物的生产是复杂的工艺体系。首先，构建了含乙肝表面抗原基因的两种载体，通过显微注射导人供体兔受精卵雄性原核，然后将它移人受体兔（假母）的输卵管进人子宫发育，直至分娩出转基因兔。获得的转基因奂经分子杂交和免疫酶标方法测定，57％具有整合的乙肝表面抗原基因，32％的血液中有此抗原基因的表达产物。这些结果显示用转基因动物代替生物反应器，以降低遗传工程产品的生产成本的设想是完全可行的。从家负的实验结果来看，转人的外源基因能遗传至子代以及能在子代中表达。在转乙肝病毒表面抗原基因兔的子代中73.3％含有整合到亲代的基因，15.4％有此基因的表达，表明利用转基因，能克服种间壁垒（对常规育种技术而言），培育出用常规育种方法所不能育出的新品种。这项科技成果，对家畜育种、哺乳动物基因工程等有重要意义，获1年中国科学院科学技术进步一等奖。

筹建现代生物学实验技术和仪器的研制
　　他回国时正值解放初期，当时我国的生物学研究的仪器设备条件是相当落后的，在这种基础上很难迅速引进及开展现代生物学研究。他见此现状，服从中国科学院领导对他的要求，不惜减慢自己急切希望开展的课题研究，毅然将大部分精力投人现代生物学实验技术的建立和奠基工作上。1955年，他随贝时璋教授到北京筹建生物物理研究所，当时除了一些空屋外，实验条件一无所有。他积极投人，与大家一道，经几年筹建，使生物物理研究所初具规模。1963年，他奉命筹建生物学实验中心，又是从无到有，当时除少数几位副研究员和助理研究员外，能补充的大多是新毕业的本科生。他逐一具体指导，带领大家筹建中心，研制出新中国第一台高速离心机并开始超速离心机的试制，完成了x光显微镜、紫外光显微镜、无色差反射目镜、细胞分光光度计的研制等，还主烽了当时损坏严重的第一台进口电子显微镜，培养了一批设计研制、维修现代大中型光电器的人才。在这期间，他还撰写了《定量组织技术》和《超微量实验技术》等著作。
　　施履吉对科学深人钻研，博闻强记，知识面广，思维敏捷他为人正直，一生追求真理，敢于提出独特的见解，常当少数派，而后来证明他当时有些想法是正确的。他认为治科学必须“标新立异，吹毛求疵”。前四字着重新，走中国人自己的路；后四字着重科研的严谨 性，对自己的“新"和“异"不断批判不断否定，以力求正确和不断进步。他又常引用孟子“明察秋毫，而不见舆薪》'一语。他认为在自然科学问题上要明察秋毫，不能有一点马虎；在社会科学问题上要权衡大局，不可不见輿薪。中华人民共和国成立后《他回到祖国，在科研上历经曲折和困难，仍坚韧不拔地为之奋斗而不改变初衷，终获成就。他先后发表了有代表性的学术论文多篇。他十分关心我国科学事业的发展，热心培养科技人才，在中国科学院几个研究所培养了一批科研骨干，这几年还培养了一批研究生。他现已70多岁，仍壮志不已，奋战在科研第一线。
　　（林志春 倪祖梅）
　　
简历
　　1917年10月26日 生于江苏省仪征县。
　　1940年 毕业于浙江大学园艺系，获学士学位。
　　1941～1942年 在贵州乡政学院园艺系读研究生。
　　1946～1948年 在美国哥伦比亚大学植物系读研究生。
　　1948～1951年 在美国哥伦比亚大学动物系读研究生兼助教，获哲学博士学位。
　　1951～1952年 任美国哥伦比亚大学动物系副研究员。
　　1953～1954年 任美国哥伦比亚大学生物化学系研究员。
　　1955年6月 回到中国。
　　1955年9月～1955年10月 任中国科学院实验生物研究所副研究员。
　　1955年10月～1959年 任中国科学院生物物理研究所副研究员兼室主任。
　　1959年～1963年 任中国科学院生物实验中心负责人、研究员。
　　1973年～1978年 任中国科学院遗传研究所研究员。
　　1978年～ 任中国科学院上海细胞生物学研究所研究员，兼任复旦大学教授，浙江大学教授、室主任，杭州大学教授。
　　
来源：中国科学技术协会 编;朱弘复 主编.中国科学技术专家传略·理学编 生物学卷 二.北京：中国科学技术出版.2001.第445-454页.