半岛聚焦 | 一位给海洋装上“眼睛”,另一位破译鱼类基因组!青岛两人当选院士,背后故事令人动容

2021-11-19 06:12 大众报业·半岛网阅读 (118917) 扫描到手机

文/图 半岛全媒体记者 王丽平 刘金震 李红梅

11月18日,中国工程院公布2021年院士增选结果,共选举产生84位中国工程院院士和20位中国工程院外籍院士。名单显示,驻青科研院所中有2人当选中国工程院院士,其中,山东省科学院海洋仪器仪表研究所王军成当选环境与轻纺工程学部院士、中国水产科学研究院黄海水产研究所陈松林当选农业学部院士。

王军成,长期从事海洋环境监测技术研究与仪器装备研制,主持国家863计划项目、军工科研项目10余项及省部级项目20余项,突破了海洋监测浮标系列关键技术,构建发展了海洋资料浮标设计理论与技术体系,实现了我国海洋浮标的系列化、产品化,支撑建设了国家海洋环境浮标监测网。陈松林,带领的鱼类种质资源与分子育种创新团队,围绕制约鲆鳎鱼类养殖产业中的病害频发和雄鱼个体小且比例高等问题,开展创新性研究,攻克一道道难关,创建多项分子育种技术,支撑了产业的发展。

>>>王军成院士<<<

给我国海洋装上“眼睛”

山东省科学院海洋仪器仪表研究所研究员王军成,从事海洋监测技术与装备研究40多年,主要致力于海洋环境监测装备“大型海洋资料浮标系统”的工程技术研究及应用,为我国海洋监测和海洋权益作出了突出贡献和巨大成就。先后主持完成5项国家科研项目,10多项省部级课题,获得10多项国家和省部级科技奖励,作为海洋监测技术领域专家,其成果支撑了我国“国家海洋资料浮标监测网”及“国家海洋气象网”的业务运行。

实现我国浮标0的突破

11月18日,在当选为中国工程院院士当天,王军成的行程比往常更加忙碌,参加了一整天视频会议后,在傍晚才安排出时间接受记者采访,刚进会议室,一幅风尘仆仆的样子。

对于此次当选中国工程院院士,王军成首先说的是,“这不是我一个人的成就,这是我们50余人团队共同的成就。”

回想这一路以来最让他自豪的事情,他说那就是实现了我国浮标0的突破,建成了由200余套浮标组成的中国大型海洋资料浮标监测网。

王军成1952年出生于烟台,1978年毕业于哈尔滨工业大学无线电工程系,海边出生的他,对大海有种特殊的感情,1979年王军成来到山东省科学院海洋仪表仪器研究所后,就开始从事刚刚起步的浮标研究。浮标,主要是用来监测海上变化,海洋预报、海洋开发、海洋权益和海洋研究,是开发和利用海洋的先导。

王军成介绍,那个时候中国关于浮标的研究也仅仅是做了一些摸索性的工作,尚没有成型的技术。王军成从跑图书馆、档案馆查找资料开始,一点一点积累。

1986年起,浮标研究纳入了国家 “七五攻关计划”。后来山东省科学院的浮标成为唯一投入试用的监测浮标。20世纪90年代山东省科学院海洋仪器仪表研究所组建了浮标研究室,并结束了国内海洋浮标设计处于多家研制单位各自为战、重复摸索的状态。

后来,从1989年第一台浮标投入运行到1996年,我国投入运行的浮标只有7套。尽管按照规划由12个浮标组成一个监测网,但是中国国家海洋浮标监测网在只有7套浮标的情况下投入运行了。1993年,MTBF浮标突破了海上生存关键技术,能够在恶劣的海洋环境下正常运行,实现了基本海洋数据的监测,初步建立起了我国自己的浮标技术体系,实现了我国浮标0的突破,也获得了国家科技进步奖二等奖。

王军成在青岛市中苑码头,身后就是他研制的浮标

做科研要有坚韧不拔的精神

1990年之后,浮标的研究进入第二个阶段。在王军成的记忆中,这个阶段很艰苦,主要是国家的科研经费没了。作为管理海洋装备的单位,一年也就十万八万的经费,已经全部投入到浮标研究中了。但是,还是太少。“那个时候,只能靠副业来维持主业,没有其他途径”,王军成带他的团队四处参加招投标会议,在市场上找活儿,“海尔、海信等一些大的企业,搞技术突破,我们都参加了。帮助企业搞一些技术突破,我们可以拿到一些补贴经费”。这是最难的一个阶段,但是通过技术创新,浮标的准确度和可靠性进一步提高,并实现了卫星可靠传输等技术的突破,王军成和他的团队再次摘得国家科技进步奖二等奖。

在科研过程中,经费的紧缺是一方面,另一方面是与大海恶劣的海洋环境做斗争。

对海的至爱,让王军成一干上这一行就爱不释手了。但是,变幻莫测的大海也让他着实吃了不少苦头。做浮标,不仅是在实验室里做研究的煎熬、难奈和纠结,还有随时都有生命危险的海上实验和海上检修。据王军成介绍,浮标研究中有1/3-1/4的科研工作是海洋试验,“因为决定你的研究成果好不好用、能不能用的最终实验场在海上”。

海上很艰苦,但是艰苦还不是事,关键在危险。上世纪八九十年代,浮标研究尚处于起步阶段,各方面技术都不成熟,电子系统、通信系统等90%以上的技术都需要自己研发。各方面因素叠加,导致故障率比较高,一出故障数据就会中断。“那个时候,基本上都是自己出海,在海上做实验进行海上检修”。到浮标上维修,最担心的是遇上大浪。“站在浮标上,根本站不稳。一会儿上,一会儿下,人在上面几乎没有不吐的,当时,真的就是不想干了。可是,到了岸上,还要干。就是这样一个过程。”

在王军成的记忆中,印象比较深的一次是在1993年,“那天,我们开着船到浮标上工作。天气不算很好,海浪大概有2米。按规定,这个浪是可以登标作业的。等船慢慢靠近浮标,然后我们跳到浮标上。由于有浪,登标的时候还是晃了好一阵子。登上浮标是中午时分,我们两个人维修,一边修一边就能听到呼呼的风声,感觉到浪不停地在脚下翻滚。从登标到修完,一共用了4个小时,一抬头已经傍晚了。海上的风是越来越大,十级作用,海浪有10米多高。浮标晃得很厉害,船根本没办法靠近。”

王军成回忆,前一个同事刚跳到船上,船和浮标就撞到了一起,幸亏早了1秒钟,如果船和浮标撞到一起的时候跳船,很有可能有被夹死的危险。此时船长一看,很危险,说别上了,跳海。船长给了他一个救生圈,套身上,然后甩出一条绳子,拽住,跳。“刚一跳下去,3米多高的浪就把人蒙上了。船长拽住绳子,才把我们拽到船上去。”王军成说。

浮标为中国赢得世界声誉,也有一段很深的青岛渊源。2008年奥运会可谓举世瞩目,青岛承办室外水上运动项目,要保证赛事项目顺利进行,可不是一件简单的事情。“运动员身上都有接收器,每分钟监测风速、风向等指标,便于运动员及时调整战略战术,为赛事提供精细和准确服务。”王军成说,当时奥委会选择了一款美国浮标,提前大半年投放海域进行试运行,期间没成想遭遇了三次故障,来来回回维修着实不方便,就紧急启用了中国研发的浮标。“当时,奥委会要求我们用两到三个月,研发三套浮标投用到赛事保障上。”王军成说,团队30余人加班加点,顺利布防并圆满完成任务,也一下在世人面前展示了中国浮标的实力。

经过40余年的努力,我国的浮标综合技术逐步提升,浮标在海上正常工作的时间越来越长了。一开始的时候正常工作半年,后来延长到1年,现在浮标运行能实现3年不出故障,同时实现了浮标核心部件的国产化。历经四个五年计划及“863”产品标准化定型研究,“大型海洋资料浮标系统”成为我国自主创新产品,综合技术性能达到了国内领先、国际先进水平。

投身新型智能浮标谋求更新换代

作为海洋资料浮标工程研究的带头人,王军成长期从事浮标技术研究和应用,主持了我国多种型号的浮标的研制,取得了多项技术创新和突破,建立了“海洋动力环境浮标监测技术理论”,推动我国浮标技术不断发展。

长年与浮标朝夕相处,王军成创建了海洋动力环境浮标监测技术理论。该理论提出了浮标动力学、运动学分析方法,将浮标作为复杂系统,指导了浮标标体与系留索等部分的设计方法,奠定了我国海洋资料浮标的研究、设计的理论基础,使我国在此领域处于国际领先水平。

同时,王军成构建了海洋资料浮标技术体系。该体系包括基于波浪理论的随波性分析、浮标系统动力分析、海洋环境监测软测量、浮标数据通信、浮标供电及浮标可靠性设计等一系列独创技术。这一技术体系研究出浮标数据反演校正方法,解决了不同浮标载体、不同海域环境获取的数据的一致性问题;提出浮标系统状态专家诊断模型,支撑了系统的冗余设计,从而攻克了海洋恶劣环境下浮标长期业务化运行的可靠性和稳定性技术难题;提出拼装式浮标设计理念,解决了大型浮标运输、布放、维护等技术难题;提出了浮标随波特性分析及数字积分方法,解决了浮标波向测量难题。这一技术体系指导形成了一系列海洋监测技术标准,引领了我国海洋资料浮标技术发展方向,实现了浮标系列化。

王军成告诉记者,目前在海上运行的200余个浮标,还不能说是智能化的浮标产品,但随着国家海洋事业走向深入,必然会对浮标技术提出更高要求。“浮标监测数据来源要更准确,就需要推动浮标的智能化,尽可能地降低监测数据误差。”王军成说,他和团队目前做出了一些尝试,功能和技术也在不断完善,届时将成为第五代浮标产品。

王军成长期从事海洋环境监测技术研究与仪器装备研制,主持国家863计划项目、军工科研项目10余项及省部级项目20余项,突破了海洋监测浮标系列关键技术,构建发展了海洋资料浮标设计理论与技术体系,实现了我国海洋浮标的系列化、产品化,支撑建设了国家海洋环境浮标监测网。“跟海洋仪器打交道几十年,我基本算是行业里的老人了。”王军成本身也是一名老师,重视着老中青的传帮带工作。他介绍,目前,团队有博士生、硕士生、本科生共50余人。其中,有一半从事着浮标研发工作,一半负责浮标在海上的运维,可谓国内最大的浮标研发和运维团队。团队热情投身教育科研事业,期待着为国家科技进步与经济社会建设作出新的更大贡献。

>>>陈松林院士<<< 

破译我国首个鱼类基因组

11月18日上午8点多,正准备参加会议的中国水产科学研究院黄海水产研究所研究员陈松林,突然收到很多朋友发来的消息,祝贺他当选中国工程院院士,成为黄海水产研究所继赵法箴、唐启升、雷霁霖之后的第4位中国工程院院士。陈松林从事鱼类生物技术研究工作30余年,破译了我国首个鱼类基因组,推动鱼类育种进入基因组时代。“当选院士是一份荣誉,但更多的是一份责任。”61岁的陈松林说,赶上我国“打好种业翻身仗”的大好时机,要在原来的基础上继续进行鱼类生物技术创新,为推动我国鱼类高质量发展作出新的贡献。

奠定鱼类种质冷冻保存基础

我国鱼类养殖业一直存在鱼类种质退化、资源减少、缺乏种质保存技术、病害频发、缺乏基因资源和抗病高产良种等问题,严重影响了鱼类养殖业可持续发展。为探寻这些问题的解决之道,陈松林在鱼类生物技术(工程)科研一线奋战了30多年。

种质资源是水产养殖的基础,也是种业发展的关键。要打好种业翻身仗,首先要收集、保存好鱼类种质资源。生物技术创新是培育良种的关键,也是“打好种业翻身仗”很关键的一点。“这些年来,我们瞄准这个大的目标,一直在不同层面上开展种质资源保存、创新和利用的研究。”陈松林说。

鱼类精子库、细胞库是保存鱼类种质的重要手段。在上世纪80年代中期,我国在鱼类精子、胚胎冷冻保存和细胞系建立上相当薄弱,缺乏鱼类种质冷冻保存的有效技术和精子库、细胞库。

陈松林在介绍他培育的牙鲆、半滑舌鳎抗病高产新品种

从上世纪80年代中期,陈松林就开始做鱼类精子冷冻保存研究,这是种质资源研究的一个很重要的部分。在21世纪初,突破了海水鱼类胚胎冷冻保存技术。随后,建立了我国海水鱼类胚胎干细胞系和组织细胞系28个,建立鱼类种质冷冻保存技术体系,为我国海水鱼类种质资源的保护和创新利用奠定了重要基础,在2006年获得国家技术发明二等奖。随着时代发展和科技进步,陈松林又从精子、胚胎上升到分子水平,特别是基因组水平。

推动鱼类进入基因育种时代

半滑舌鳎(俗称“舌头鱼”)是名贵海水养殖鱼类,入选国家海水鱼产业技术体系9大品种之一。这种鱼尽管产量不太高,但价格非常不错,一斤能卖到七八十块钱,年产值达到20多亿元。

然而,半滑舌鳎养殖业中存在雌、雄个体生长差异巨大的问题。经过1年多的养殖后,雌鱼可达到1斤多,而雄鱼只有2~4两。渔民看到自己辛辛苦苦养殖的雄鱼如此“矮小”,没有市场,卖不出价钱,非常伤心。而且在苗种中,长不大的雄鱼比例竟然达到80%~90%,严重挫伤了渔民养殖的积极性,影响了苗种的推广和养殖业的发展。

从2009年开始,陈松林团队和深圳华大基因研究院联合开展鱼类半滑舌鳎基因组测序,在国内率先完成了半滑舌鳎全基因组序列图谱。通过基因组测序,陈松林团队发现,存在性别决定基因。这个基因表达导致半滑舌鳎雄鱼生长慢、长不大,这个基因不表达就是能长大的雌鱼,且生长速度快。

建立了半滑舌鳎基因编辑技术,将雄鱼苗的雄性决定基因敲除,发现有些长得和雌鱼一样大,由此突破了半滑舌鳎雄鱼生长慢的问题,将苗种的生理雌鱼比例从20%左右提高到40%左右,显著提高了养殖产量,为半滑舌鳎养殖业发展提供了强有力的技术保障。

随后,我国鱼类基因组测序和基因图谱绘制工作同步开展起来。目前,已经在40多种养殖鱼类上开展了基因组测序研究,并发表了文章,为其他养殖鱼类提供技术借鉴。“这些工作将我们国家的鱼类种业和鱼类养殖业推到了基因育种时代,为鱼类良种培育、种业发展提供了基因资源基础和技术支撑。”陈松林说。

将培育抗病高产新品种

在鱼类养殖业中,还有另外一个更大的问题,就是病害频发问题,影响渔民养殖积极性,影响产业的绿色发展。特别是现在推崇鱼类无抗、绿色养殖业发展,不能用抗生素,所以培育抗病、高产的优良品种就成为产业急需,成为迫在眉睫、亟待攻克的问题。

为此,陈松林团队在完成基因组测序的基础上,利用基因组资源建立了海水鱼类抗病基因组育种技术,研制出抗病育种基因芯片”鱼芯1号”,培育出抗病、高产新品种3个,如牙鲆“鲆优2号”、半滑舌鳎“鳎优1号”等,为我国海水鱼类生物技术和遗传育种研究跻身国际前列做出突出贡献。同时,陈松林团队还和广西水产科学研究院合作,将这一技术应用在淡水罗非鱼上面,培育出罗非鱼“壮罗1号”抗病高产新品种,并获得国审新品种证书。“这个技术在养殖鱼类上,具有很大的推广价值和广阔的推广前景。”

谈到今后的工作,陈松林表示,将继续以鲆鳎等海水鱼类为对象,将基因组选择育种技术推广到其他重要养殖鱼类上,为我国鱼类抗病高产良种培育和种业发展提供新的技术手段,推动我国鱼类种业的快速发展。“下一步,我们要加大高新技术在鱼类良种培育及鱼类养殖业中的应用,争取培育出更多的抗病、高产、优质新品种,为广大养殖户提供好的良种,为养殖业绿色发展提供良种保障和技术支撑。” 陈松林说。

“治学严谨,不知疲倦,令人钦佩,堪为楷模。”“有些人可能觉得做科研很枯燥,但他却把科研当成一种爱好,乐在其中。”这是科研伙伴和学生们对陈松林的评价。虽然已年过花甲,陈松林依然每天工作10多个小时,周末和节假日也时常去所里加班,科研已经成为他生命的一部分。

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一批攻关“卡脖子”专家当选

中国科学院、中国工程院18日公布2021年院士增选结果,分别选举产生中国科学院院士65人,中国工程院院士84人,一批长期奋战在国家重大工程、“卡脖子”技术攻关中的杰出专家当选。

新当选的中国科学院院士中,数学物理学部12人,化学部11人,生命科学和医学学部10人,地学部9人,信息技术科学部10人,技术科学部13人,平均年龄57.4岁,5位女性科学家当选。

新当选的中国工程院院士平均年龄58岁,6位女性科学家当选。中国工程院有关部门负责人介绍,本次院士增选中,中国工程院强化国家战略需求和重大贡献导向,坚持“四个面向”,重视候选人在重大工程、“卡脖子”技术等国家战略需求领域的贡献。

如中国载人航天工程空间站系统总设计师杨宏、北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风、核物理工程技术专家胡晓棉、电网特高压技术专家饶宏、微创手术机器人领域技术专家王树新等当选中国工程院院士。

与此同时,一批长期坚守在东北老工业基地和西部边远地区的杰出工程科技专家当选。新当选的中国工程院院士中,来自东北老工业基地和数十年扎根云南、广西、甘肃、宁夏、新疆等地区的有12位。

此外,2021年院士增选还选举产生中国科学院外籍院士25人,中国工程院外籍院士20人。本次增选后,中国科学院共有院士860人,外籍院士129人,中国工程院院士总数为971人,外籍院士111人。(据新华社)