一個細胞的森林暢想
——記南京林業(yè)大學教授施季森

本刊記者/游娜

時光荏苒，施季森在林業(yè)領域奮斗了40年。人生的寶貴年華都與林業(yè)結下了不解之緣。60多歲的施季森，依舊像當年那個“不安分”的年輕人一樣充滿了活力和想法：隨著科技的飛速發(fā)展和我們的科研快速進展，我們可施展的空間越來越大，我們和企業(yè)合作的需求也越來越多。

1952年，施季森誕生于在那個建設新中國熱情高漲、百廢待興、生活艱苦的年代，但是客觀條件的限制并沒有讓他止步于延續(xù)父輩“面朝黃土背朝天”的固定模式，1974年，施季森獲得了被組織推薦上大學的機會，被錄取到南京林業(yè)大學（原南京林產工業(yè)學院）林學專業(yè)學習。這一錄取決定直接改變了施季森的職業(yè)生涯軌跡。

交談中，施季森最常用來形容自己的詞是“不安分”。而恰恰是這種“不安分”，讓他不斷挑戰(zhàn)新鮮的事物，時刻燃燒著強烈的渴望知識、求變創(chuàng)新的激情，實現(xiàn)了他在人生道路上的一次次“暢想”。

40年光陰的杉木育種情緣

南京林業(yè)大學源于1902年創(chuàng)辦的三江師范學堂，學校前身為中央大學（創(chuàng)建于1902年）森林系和金陵大學（創(chuàng)建于1910年）森林系。1952年，這兩個系合并組建為南京林學院。在這所歷史悠久的林業(yè)高等院校中，施季森師從我國林木遺傳育種學創(chuàng)始人葉培忠教授和我國著名的林木育種學家陳岳武教授，在林業(yè)領域嶄露頭角。

當時他跟隨著導師在我國“杉木之鄉(xiāng)”福建省洋口林場開展杉木良種選育的研究。杉木一代遺傳改良選育的良種苗木造林，比一般杉木材積增產15%～20%，研究成果達到了國際先進水平，從而獲得了1985年林業(yè)部科技成果獎一等獎和1987年國家科技進步獎一等獎。

由此，施季森開啟了漫漫的林木育種道路。

當時，國家木材資源十分缺乏，提高木材的產量是當務之急，必須先解決“溫飽”再解決“好吃”。而從杉木第二代遺傳改良開始，施季森敏銳地覺察到，隨著人們生活水平和杉木木材的市場變化，木材品質性狀的改良是必然趨勢。他開始和團隊成員著手探索杉木生長和木材品質性狀聯(lián)合遺傳改良的理論和方法。通過12年的潛心系統(tǒng)研究，不僅發(fā)明了兩階段獨立選擇的生長和材性聯(lián)合遺傳改良的理論和方法，而且還揭示了杉木生長和材性性狀遺傳變異規(guī)律，第二代遺傳改良在實現(xiàn)生長量累計遺傳增益達到45%的基礎上，木材比重又提高了8%～10%。1993年，該研究成果獲得了林業(yè)部的科技進步獎二等獎，兩年后又獲得國家科技進步獎三等獎。

從上個世紀70年代跟隨導師完成杉木第一代遺傳改良走到今天，40年光陰荏苒，施季森一直關注世界林木遺傳育種的發(fā)展前沿，在一線從事著杉木遺傳育種研究。他提出了“杉木多世代遺傳改良”理論和方法，主持完成了第二代和第三代杉木生長和材性聯(lián)合遺傳改良，并帶領團隊與國際上林木遺傳改良先進國家一并進入到了第四代的遺傳改良研究。

從“一個細胞到一片森林”的良種高效繁育創(chuàng)新之路

20年前，施季森就把關注的目光聚焦到了另一種重要闊葉樹種——鵝掌楸的高效繁殖上。鵝掌楸，在大家的眼里充滿了陌生感，但在施季森眼中可不一般。

中國鵝掌楸和銀杏樹一樣，是國家二級瀕危保護植物。因為花開形似郁金香，它有一個非常漂亮的別稱叫“Chinese Tulip Tree”，即“中國的郁金香樹”，又因其葉形如老北京人穿的“馬褂兒”，所以人們又親切地稱它為“馬褂木”。全身都是寶的鵝掌楸，不僅用途廣且價值高，兼具祛風除濕作用，被收入中國藥典。但在自然條件下，鵝掌楸的種子飽滿率一般不到15%，發(fā)芽率僅為5%左右。有性繁殖能力低下，導致鵝掌楸處于瀕臨滅絕狀態(tài)。

施季森向記者解釋道，鵝掌楸是靠昆蟲媒介傳粉的植物，在長期的演替過程中，鵝掌楸分布區(qū)的資源不斷遭受破壞，群體數量和物種多樣性的下降，特別是鵝掌楸生存環(huán)境不斷碎片化，傳粉媒介昆蟲的減少，直接影響到了花粉的傳播和鵝掌楸的授粉質量，天然結實率下降到5%左右，鵝掌楸的生存到達了瀕危的邊緣，被列入中國二級瀕危保護樹種。

“提高鵝掌楸的繁殖力，培育速生優(yōu)質的新品種無疑是最好的保護辦法。近60年來，通過南林大的幾代從事鵝掌楸研究的科學人的努力，逐步攻克了拯救鵝掌楸的一道道難關”，施季森向記者描述了這一艱難而有意義的歷程。早在上個世紀50年代末60年代初，中國林木遺傳育種學創(chuàng)始人，南京林業(yè)大學葉培忠教授以鵝掌楸為母本，開展與北美鵝掌楸的人工雜交育種研究，在世界上首次獲得了鵝掌楸的種間雜交種。實驗表明：25年生雜交鵝掌楸樹高21米，胸徑63.7厘米，單株材積2.23立方米。同時種植的鵝掌楸樹高僅17米，胸徑21.2厘米，單株材積0.20立方米；北美鵝掌楸樹高17.5米，胸徑30.1厘米，單株材積0.41立方米，雜交鵝掌楸生長優(yōu)勢十分顯著。雜交鵝掌楸不僅生長迅速，材質優(yōu)良，而且樹形美觀，葉形奇特，花朵艷麗，秋葉金黃，極具觀賞性。同時，雜交鵝掌楸還具有較強的抗病蟲能力、適應能力和無環(huán)境污染等優(yōu)良特性。但由于雜交鵝掌楸高效繁殖技術一直沒有取得重大突破，種苗始終沒有形成規(guī)模化生產，嚴重制約了雜交鵝掌楸的推廣應用。

20年前，改變雜交鵝掌楸種苗供不應求局面的問題，就這樣擺到了施季森和他的同行們的面前。他們希冀有朝一日，能突破雜交鵝掌楸的種苗繁育的瓶頸。隨后的時光里，施季森帶領團隊在鵝掌楸樹木育種的道路上不斷探索，尋找新的突破口，那份“不安定”的心始終在鼓舞、激勵著他，帶領團隊披荊斬棘。

研究團隊系統(tǒng)地研究了鵝掌楸繁殖生物學特性，從理論上闡明了不同交配系統(tǒng)中雜交可配性差異以及雜種優(yōu)勢表現(xiàn)程度，證實了鵝掌楸自交不育性，為該屬種間雜種優(yōu)勢利用和簡化雜交育種技術提供了科學依據。理論上的突破，不僅擴大了雜交育種的親本來源，而且還提高了雜交育種的效率，加速了雜交鵝掌楸的繁育和種苗的市場供應。雜交鵝掌楸還在北京落戶和“開花結果”了，成為了2008年奧運會的指定樹種，進一步豐富了“綠色奧運”的內涵。而由于對鵝掌楸屬種間雜種優(yōu)勢機理的闡明及其產業(yè)化開發(fā)所做出的突出貢獻，施季森和他的團隊榮獲得2005年國家科技進步獎二等獎。

隨著國民經濟快速發(fā)展，全球氣候變化和木材短缺加劇，增加我國的森林面積和蓄積刻不容緩。林木良種是提高人工林產量和質量的根本保障。加速林木良種的繁育，成為了國家的重大需求。面對國家的重大需求，施季森教授團隊并不滿足于在雜交鵝掌楸雜種優(yōu)勢機理和利用上取得的進展，而是開始進一步思考利用工業(yè)化的理念，推動林木良種繁育這個傳統(tǒng)種業(yè)的現(xiàn)代化，實現(xiàn)林木良種生產的種業(yè)革命。

從20世紀90年代開始，為攻克雜交鵝掌楸高效繁育技術障礙，施季森領導的團隊系統(tǒng)分析了國內外生物技術的發(fā)展趨勢，開始另辟蹊徑，尋找更為高效的林木良種繁育新方法。查閱文獻過程中，施季森發(fā)現(xiàn)醫(yī)學界關于“動物胚胎干細胞”發(fā)育可逆調控理論，最早施季森是來自受“植物細胞全能性”理論的啟發(fā)而提出來的，而非醫(yī)學界的新發(fā)現(xiàn)。根據植物的細胞具有全能性理論，植物體的每個細胞不經過有性生殖階段，在適宜的人工培養(yǎng)條件下，都有可以發(fā)育成為一個完整的體細胞胚，再生成為一個植株的潛在能力。對于植物細胞全能性以及體細胞發(fā)育進程可逆調控的參悟，令施季森和他的團隊興奮不已。他們清醒地認識到，發(fā)展林木細胞工程技術將是加速林木良種繁殖，實現(xiàn)工業(yè)化生產的高效途徑。于是，他提出了“給我一個細胞，還您一片森林”的大膽設想，帶領團隊開始了雜交鵝掌楸細胞工程種苗繁育技術及其工廠化生產通用平臺的探索之路。

南京林業(yè)大學教授施季森

科技創(chuàng)新的道路也并非是一片坦途。細胞工程種苗繁育的技術創(chuàng)新充滿了未知和艱辛，在項目啟動后的最初兩年時間里，施季森和團隊重要成員陳金慧教授經常忙碌到午夜，不斷探討分析實驗中出現(xiàn)的問題，修改實驗方案，但進展甚微。施季森感嘆：“所謂‘十年樹木’，林木不像水稻等一年生作物，林木樹體高大，生長周期很長，林木育種研究更需要耐心，來不得半點急功近利。”施季森說，可能多數的嘗試都沒有理想的結果，但不去嘗試肯定不會有結果。所以，有了準確的理論和方法，堅持不懈是成功的“敲門磚”。

施季森及其團隊在研究遇到的困難面前沒有退縮，經過6000多個日夜持續(xù)不斷地奮力攻關，不斷總結、提高和優(yōu)化工藝路線，終于取得突破性的進展。從鵝掌楸雜種胚中成功分離到“胚性干細胞組織”，通過對培養(yǎng)細胞微環(huán)境的定向調控，實現(xiàn)了胚性干細胞組織的離體高效增殖，體細胞胚胎發(fā)生和體胚的同步發(fā)育，終于形成了雜交鵝掌楸、杉木等10多種重要樹種的良種體胚高頻發(fā)生，體胚同步化發(fā)育，同步化萌發(fā)成苗，胚性材料超低溫長期冷凍保存和復蘇方法等體胚發(fā)生技術體系，實現(xiàn)了林木良種細胞工程快速繁育，切實解決了常規(guī)技術難于繁育的林木良種的高效和規(guī)模化繁殖難題。雜交鵝掌楸體細胞胚胎發(fā)生和植株再生技術難關的突破，把基礎和應用基礎研究成果，轉化為產業(yè)化實用技術、現(xiàn)代規(guī)模生產技術和管理體系，終于逐步成熟，達到了產業(yè)化的程度。

如今，在一個個鋪著特殊培養(yǎng)基的玻璃培養(yǎng)皿中，滴上那么幾滴林木胚胎干細胞培養(yǎng)懸浮液，每個液滴里面活躍著數百個胚性細胞，當細胞著落在滅菌的全營養(yǎng)體胚培養(yǎng)基上后，進入一道一道程序化的培養(yǎng)流程，一個月后這些胚性細胞發(fā)育成了成熟的種胚，再轉移到發(fā)芽培養(yǎng)基上培養(yǎng)一個月，一株株茁壯成長的雜交鵝掌楸幼苗就呈現(xiàn)在面前了。施季森經常掛在嘴邊的那句“給我一個細胞，還您一片森林”，不再是一個煽情的口號和遙不可及的夢想，這一切，切切實實就發(fā)生在了眼前。憑借著“林木良種細胞工程繁育技術及產業(yè)化應用”這一研究成果，他的團隊榮獲了江蘇省2015年度科學技術獎一等獎，以及2016年度的國家科技進步獎二等獎。

產業(yè)化發(fā)展：遇到合適的企業(yè)是一種緣分

“林木體細胞胚胎發(fā)生和植株再生技術將加快我國難于用常規(guī)技術繁育的重要樹種的良種壯苗，節(jié)省林木種業(yè)經濟和時間成本，改變‘一粒種子育一株苗’的常規(guī)繁殖方式，實現(xiàn)林木良種規(guī)模化、產業(yè)化生產，滿足不斷擴大的市場需求。”施季森堅定地認為，科技創(chuàng)新的最終目的，是為了轉化與運用。知識既要寫在書本上，更要書寫在大地上！真正轉化為生產力，推動社會向前進步，這才是最重要的本質目的。

現(xiàn)代生物技術在林木遺傳育種中的應用不僅正在推動著世界經濟和社會的發(fā)展，也對整個國際科技戰(zhàn)略發(fā)展格局產生著深遠的影響。因此，許多國家把發(fā)展生物技術作為重要國策，世界上許多著名的企業(yè)也紛紛注入巨資投資生物技術產業(yè)。而在施季森看來，在我國真正實現(xiàn)這種產業(yè)化還有很長的路要走。

20多年來，施季森團隊從產業(yè)化角度做了大量探索，有成功也有失敗，而更多的是走彎路。在他看來，迫于市場的壓力，公司更加傾向于關注企業(yè)的“短平快”的效益，而鮮于光顧基礎性、高風險的課題和項目。施季森甚至形象地把與企業(yè)談科技成果的合作和產業(yè)化的轉化過程，比喻為“談戀愛”。彼此不僅要有誠意，有智慧，而且雙方是否有共同語言，能遇到合適的企業(yè)是一種緣分。

而這一段緣分，在2013年的時候到來了。全國首家以森林資源培育為主業(yè)的國有上市公司——福建金森林業(yè)股份有限公司與南京林業(yè)大學達成合作協(xié)議，攜手建成了以雜交鵝掌楸細胞工程為主的規(guī)模化基地和雜交鵝掌楸種苗細胞工程繁育中心，通過雜交鵝掌楸細胞工程良種繁育技術研發(fā)和產業(yè)化開發(fā)，實現(xiàn)了年產2000萬株雜交鵝掌楸體胚苗產業(yè)化。

福建金森集團的首任董事長王國熙，有著30多年從林經歷，也是一位有著綠色情懷的科技專家。他深切地意識到科技創(chuàng)新對于企業(yè)的引領和支撐作用，提出了在傳統(tǒng)林業(yè)加速提質增效、轉型升級過程中，利用新科技加速優(yōu)質森林資源向優(yōu)質資本轉化進程，培育傳統(tǒng)產業(yè)新的增長點的理念。正是基于科技是企業(yè)發(fā)展助推器的共同認識，使得高校和企業(yè)的合作得到不斷深化和滋養(yǎng)。施季森深信一點：無論是科研還是科技成果在企業(yè)的轉化，只要你真正“用上心”了，就會朝著你預期的方向和目標發(fā)展。

在談及成功秘訣時，施季森坦言：同企業(yè)合作，科技人員要做好思路和角色的轉變，要從科研為主的思路，轉變?yōu)榧夹g研發(fā)為主，進而轉變?yōu)橐援a業(yè)化過程中的技術管理、技術服務為主。要為企業(yè)培養(yǎng)好企業(yè)的核心技術力量，再帶出一支技術精準的隊伍。

時光荏苒，施季森在林業(yè)領域奮斗了40年。人生的寶貴年華都與林業(yè)結下了不解之緣。60多歲的施季森，依舊像當年那個“不安分”的年輕人一樣充滿了活力和想法：“隨著科技的飛速發(fā)展和我們的科研快速進展，我們可施展的空間越來越大，我們和企業(yè)合作的需求也越來越多。比如，我們要盡快實現(xiàn)林木良種細胞工程繁育生產線的自動化、智能化技術的研發(fā)，這不僅僅是將來發(fā)展的大勢所趨，而是將來已來。另外，我們已經計劃與企業(yè)成立一個股份制的研究院，培養(yǎng)出更多的現(xiàn)代林業(yè)種業(yè)人才，孵化出更多的科技創(chuàng)新成果，不斷延伸未來林業(yè)產業(yè)的新興產業(yè)鏈……”

“十年樹木，百年樹人”。育林成材、育人成才、轉化成果、培育產業(yè)，在施季森眼中如同車之四輪等同重要，他決心在踐行“育林、育人、成果、產業(yè)”之路上，砥礪前行，做出自己的應有貢獻。