云南納博生物科技有限公司項目負責人段康

　　新浪財經(jīng)訊 《CC講壇》第二十期于2017年8月12日在北京東方梅地亞中心M劇場舉行，云南納博生物科技有限公司項目負責人段康出席并進行題為《創(chuàng)造一種發(fā)光的植物》的演講。

　　能否有一種像螢火蟲一樣閃閃發(fā)光的植物，為我們的城市景觀和交通照明帶來新的能量？他做到了，他帶領(lǐng)我們遇見未來的城市。

　　以下為演講實錄：

　　段康：大家好！我是段康。

　　首先我想跟大家分享一些有趣的圖片。這是一個發(fā)光的水母，這個也是，很漂亮吧！但是它們的毒性也很強，它們很早就被我們大家所發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在在一些海洋館里邊也可以看到這些漂亮的發(fā)光水母。接下來這些生物來自于海洋的深海，各種形態(tài)獨特的魚，但是它們有一個共同的特點，就是它們都能夠發(fā)光。相信隨著我們科技的發(fā)展，有了像蛟龍?zhí)栠@樣先進的深潛器，這些神奇的發(fā)光生物會越來越為我們大家所知道。那么我們說完了海里的，陸地上的呢？這些是發(fā)光的蘑菇，大概有七十種蘑菇是可以發(fā)光的，它們屬于真菌類。現(xiàn)在我想考一考大家，既能夠在空中飛的，又能夠發(fā)光的是什么？UFO，啊！我聽到有人說UFO，待會我們單聊。（笑）對！是螢火蟲，目前自然界大概有兩千種螢火蟲，國內(nèi)呢只有一百五十種。螢火蟲對我們來說算是最熟悉的發(fā)光生物了。我們創(chuàng)造一種發(fā)光的植物的最初靈感也來源于螢火蟲。

　　上世紀九十年代，我出生在美麗的湖北洪湖岸邊。小時候，每到了夏天的夜晚，這些一閃一閃的螢火蟲是最吸引小伙伴們的了。我們就在黑夜里面追著它跑，有時候經(jīng)常會從那些田埂上掉到稻田里面或者水坑里面，把一些褲子啊衣服都弄臟了，所以也少不了父母的挨打。但是當我們看到這些螢火蟲在玻璃瓶里面一閃一閃的發(fā)著光，伴隨著我們?nèi)胨睦镞€是很高興的。可惜的是到了第二天，當我們看到這些螢火蟲全部都死了的時候，我就再也不敢捕捉螢火蟲了。從小就非常好奇這些螢火蟲為什么會發(fā)光？

　　十幾年后到了一個情竇初開的年齡，有一次我去云南，游玩到了一個山區(qū)，一到夜晚整個山谷都是漫山遍野的螢火蟲，太美了。此情此景在我腦海里的第一個念頭就是可惜缺一個女朋友啊，不過在意識到女朋友這個問題比較難解決之后，我又在想可不可以把螢火蟲的發(fā)光元件安裝到植物上面去，讓植物也可以發(fā)光呢？

　　到了大學(xué)，我鬼使神差的學(xué)了生物。知道了螢火蟲是怎么發(fā)光的，但是卻不知道這個發(fā)光的背后有什么樣的基因，也不知道怎么安裝到植物上面去。2012年，我有幸到中國科學(xué)院昆明動物研究所遺傳資源與進化國家重點實驗室學(xué)習，也知道了這背后的基因，也學(xué)到了一些基因編輯的技術(shù)，最重要的是結(jié)識了一群志同道合的小伙伴。天時、地利、人和創(chuàng)造一種發(fā)光的植物。

　　我們從2013年開始，我們收集了很多很多很多螢火蟲的熒光素酶基因和熒光蛋白基因。我們利用傳統(tǒng)的基因轉(zhuǎn)化技術(shù)，把這些基因?qū)氲讲煌闹参锛毎死锩嫒ァ４蠹铱矗@是一個植物細胞，紫色的是細胞核，綠色的是葉綠體。一般來說，一個植物細胞里面只有一個細胞核，葉綠體有幾十到上百個。我們把這些熒光素酶基因?qū)氲讲煌闹参锏募毎死锩嫒ィ覀儷@得了很多陽性的愈傷組織，也是很多陽性的植株，這是我們團隊一二十個人兩年的奮斗結(jié)果。

　　我們很開心地以為成功在即了，但是我們發(fā)現(xiàn)發(fā)光太微弱了，你甚至只能用儀器在細胞水平檢測到發(fā)光，團隊很氣餒，瞬間從一二十個人到了幾個人。我們發(fā)現(xiàn)其根本原因就是發(fā)光基因在植物中的表達量實在是太低太低了，沒有任何的商業(yè)價值，我們的第一次研發(fā)嘗試也以失敗告終。但是我們幾個人得繼續(xù)往前走啊，我們又開始想著怎么解決這個表達量的問題。

　　為了解決這個表達量的問題，我們關(guān)注到一種技術(shù)，叫葉綠體轉(zhuǎn)化技術(shù)。這個技術(shù)有很多優(yōu)點，最重要的就是能夠使植物讓這個外源基因大量表達，解決我們最關(guān)鍵的問題。那么它怎么能夠使我的外源基因大量表達呢？上面也提到過了，一個植物細胞里面有幾十到上百個葉綠體，假如每一個葉綠體DNA上面都有我的發(fā)光基因，那么這個發(fā)光的表達就能顯著提高，讓這個植物發(fā)出肉眼可見的光便有可能了。

　　有了解決思路，引用習大大的話說，“擼起袖子加油干！”所以我們團隊攻克了一個又一個的技術(shù)難題，我們從無到有建立了這個葉綠體轉(zhuǎn)化技術(shù)，到我們把熒光素酶基因轉(zhuǎn)入到這個植物的葉綠體中，我們發(fā)現(xiàn)這個發(fā)光還是很微弱。所以大家看一下，這是螢火蟲的發(fā)光原理圖。在螢火蟲的發(fā)光元件里面，有熒光素和熒光素酶，熒光素在熒光素酶和氧氣的催化作用下，發(fā)生發(fā)光反應(yīng)釋放出光，所以我們小時候啊，捕捉那些螢火蟲放到玻璃瓶里面去，這些發(fā)光會越來越微弱到第二天它們就會死去，是因為它們?nèi)鄙倭搜鯕狻，F(xiàn)在雖然我們把這些熒光素酶基因，轉(zhuǎn)入到了植物細胞的葉綠體里面去，但是形成發(fā)光反應(yīng)的底物熒光素，它的基因是不清楚的。我們只能外加底物，讓這個植物去吸收。大家想一下，這種發(fā)光的反應(yīng)效率必然是很低的，所以基于前期的工作，我們團隊的幾個人就進入了深入的討論，我們討論的結(jié)果就是要讓這個植物發(fā)出肉眼可見的光，我們還需要找到更好的發(fā)光基因，所以我們就重新前行。

　　我們經(jīng)過大量的文獻調(diào)研和不知道多少次的討論，海洋發(fā)光細菌的發(fā)光基因系統(tǒng)引起了我們的強烈興趣。從表觀來說發(fā)光細菌如此小的一個個體，但是它們卻可以照亮整個海灘，那我的植物細胞里面的每一個葉綠體，可不可以跟這些發(fā)光細菌一樣，一起發(fā)出的光也可以看起來如此的燦爛。從基因?qū)用鎭碚f，這個發(fā)光基因系統(tǒng)被研究的很清楚，它的酶和底物通路基本清楚，不需要外界的任何幫助，完全屬于自產(chǎn)，自給自足，只要這個植物生長的越好，那么它發(fā)光就會越亮。

　　所以我們打起精神，我們首先把這個發(fā)光基因轉(zhuǎn)入到大腸桿菌里面去，然后我們經(jīng)過細心的照料。當我們看到這個大腸桿菌的發(fā)光效果如此之好之后，我們心里有了底氣。然后我們開始進行高強度的植物轉(zhuǎn)化，我們把這些發(fā)光基因系統(tǒng)，利用基因槍的物理轟擊，在不破壞葉綠體基因組任何一個堿基的前提下，定點導(dǎo)入到我們設(shè)計好的葉綠體基因組的物理位置上。幾個月的艱苦工作，我們成功獲得了第一個陽性的愈傷組織。在為階段性的成果欣喜之余，我們很快發(fā)現(xiàn)這個陽性的愈傷組織，發(fā)光亮度還是不夠強。甚至很多原本是陽性的愈傷組織，在經(jīng)過組織培養(yǎng)之后，反而丟失了發(fā)光基因的現(xiàn)象。

　　那段時間我們是很緊張的，就好像你懷著孕，還有兩個月待產(chǎn)，醫(yī)生突然告訴你說，孩子的心電圖很微弱一樣，你會特別擔心。所以針對這個工作，我們又開始進行全新的調(diào)研，最后為了解決這個問題，我們開發(fā)了能夠快速準確檢測發(fā)光基因在葉綠體基因組中含量的技術(shù)，含量高的我們就繼續(xù)培養(yǎng)，有點像我們現(xiàn)在的產(chǎn)前診斷。通過產(chǎn)前診斷出的愈傷組織能不能夠發(fā)光，我們心里還是沒有譜，畢竟自然界中有那么多的發(fā)光生物，但就是沒有發(fā)光植物，所以創(chuàng)造一種能夠發(fā)光的植物，也不是一件容易的事情吧！

　　科學(xué)的魅力除了不斷地勇攀高峰，不斷的失敗也是其重要組成部分，所以當我們第一次進暗室，觀察這些診斷篩選出來的愈傷組織的時候，我們內(nèi)心已經(jīng)做好了實驗失敗的準備。我記得很清楚，那是一個周六的夜晚，我媳婦，那時候還是女朋友，她過來陪我加班。她為了犒勞我，特意讓我?guī)Я巳齻€橘子去暗室吃，我一個人就在暗室里面吃著橘子。我們自制的暗室很簡單的，是大家常見用的防曬用的宣傳架和那些黑紗布搭建的，面積也很小。我就在里面吃著橘子，適應(yīng)黑暗，克服孤獨。當我吃完最后一瓣橘子的時候，我突然發(fā)現(xiàn)眼前一亮，我以為是眼睛冒星光。我揉了揉，那些發(fā)光的強度好像來自愈傷織。我再揉了揉，它們亮了，它們亮了，它們真的亮了！我的心跳瞬間從120到了180，我跳起來我跑出去我抱著我媳婦，我說了一句，我記得很清楚，“媳婦你不用工作了。”當然我說這句話，并不是說我大男子主義精神很強，而是那個時候她在昆明工作很不開心，我收入也低，我們兩個生活比較窘迫。當然現(xiàn)在來看也沒有什么改變，跟房價一對比還是很窘迫。（笑）

　　現(xiàn)在呢，我想跟大家一起回顧一下我們當時看到的發(fā)光植物，大家看到的這個發(fā)光植物是我們團隊第一代的發(fā)光植物。這是一個我們使用的模式生物煙草。為什么使用煙草呢？是因為煙草的培植周期很短，我們可以快速看到我們這個發(fā)光基因的效果。這個里面有些培養(yǎng)基，我們給它們最適宜的溫度，這些煙草在普通的光照下，它們跟普通的植物是基本上沒有任何的異樣的。現(xiàn)在我們進入暗室觀察，我們先進入暗室之后，肉眼需要適應(yīng)黑暗，你才能慢慢看到一點點的亮光。但是，隨著時間的推移，這些光亮會越來越強。現(xiàn)在我們開始看它的側(cè)面，現(xiàn)在我們把瓶子扭轉(zhuǎn)一下就可以看到這個植物的全貌。現(xiàn)在大家對我們的發(fā)光植物，有了基本的了解，你們應(yīng)該能體會到，我當時心跳是怎么從120到180的了吧！所以在這里我也感謝我團隊那幾個人，真的是一直在互相的鼓勵、互相的堅持，當我們發(fā)光植物亮了的時候，我們終于從零到了一。有了這個一，我們就能做到更多，在發(fā)光植物上面更好的想法，有了這個一，我們就能做到更多更有意義的事情。

　　目前，我們正在研發(fā)發(fā)光強度更高的發(fā)光植物，同時我們正在翻譯組裝幾種多肉植物的葉綠體基因組，我們計劃研發(fā)出發(fā)光多肉，甚至是發(fā)光花卉。我們的第一代的發(fā)光植物有點像個小傻瓜，因為它總是不分晝夜地就在那里發(fā)著光，所以未來我們計劃只讓這個植物在夜晚發(fā)光，這樣它就能儲存更多的能量。甚至我們還打算給這個發(fā)光植物安裝一個甲醛感應(yīng)器，比如說大家的房間里面甲醛含量比較高的時候，它就能發(fā)出更強的光亮。

　　所以我現(xiàn)在小結(jié)一下吧，我覺得有一個天馬行空的想法很重要，實現(xiàn)這個想法的各種技術(shù)只是一個工具，所以重要的還是創(chuàng)新的想法。其次是執(zhí)行，特別是科研特別重要。比如說你光有想法，你不動手去實驗，永遠不知道結(jié)果是什么樣子，中間還會出現(xiàn)什么樣的意外，所以我們還要解決各種各樣的問題。讓我現(xiàn)在回想，我們整個項目做得最好的一點，就是我們把每一步，甚至是很小的一步都質(zhì)控得非常清楚，不留任何的疑慮。從載體構(gòu)建到轉(zhuǎn)化，到跟蹤這些發(fā)光基因，在細胞中的含量等等，我們盡全力做到最好，結(jié)果也就水到渠成了。

　　當我們發(fā)光植物做出來之后，我們云南最大的媒體《春城晚報》首先報道了，后面《新浪科技》《新華社》等等也重點報道。隨著消息的傳播，有人鼓舞，有人質(zhì)疑。我們的初衷是創(chuàng)造一種無害于人和環(huán)境的全新的觀賞植物，賦予傳統(tǒng)觀賞植物新的涵義，這也是我們愿意把成果分享出來的原因。對于我們團隊來說，我們不希望科研只能停留在實驗室，我們更希望聽到來自社會和市場的聲音，這也是我們不斷進步優(yōu)化的靈感來源和動力。

　　有人質(zhì)疑我們創(chuàng)造一種自然界中沒有的發(fā)光植物是在違背進化。而事實上呢，自然界中生物發(fā)光是一種普遍現(xiàn)象。大自然中大約有七百種生物是可以發(fā)光的，也有很多關(guān)于發(fā)光植物的發(fā)現(xiàn)，基本上都是因為這些植物富含磷質(zhì)，能釋放出磷化氫氣體，這些磷化氫氣體在大氣中的燃點是很低的，所以它們能夠發(fā)生自燃，使這個植物發(fā)出淡藍色的光，但并非是這個植物本身發(fā)光。而我們大自然中有很多是可以發(fā)光的，比如說有發(fā)光的動物，有發(fā)光的微生物，有發(fā)光的真菌，發(fā)光的動物如螢火蟲，真菌如蘑菇，微生物如發(fā)光細菌等等，它們都是可以發(fā)光的。那么，這些生物為什么要發(fā)光呢？螢火蟲發(fā)光是為了吸引異性，求偶，一般來說是雄性的螢火蟲來吸引雌性的螢火蟲。蘑菇發(fā)光是為了吸引昆蟲來給它傳播孢子，達到繁殖的目的。水母發(fā)光是為了誘捕食物。對生物而言，這些發(fā)光總是充滿吸引力的，而且在自然界中很多生物都是具有趨光性的。最新的研究也表明，在活細胞體內(nèi)的大分子是可以在自然條件下發(fā)出熒光的，甚至這些生物發(fā)光已經(jīng)廣泛運用到我們生活的方方面面，比如說螢火蟲的熒光素酶基因已經(jīng)大大推動了我們生物研究的進程，發(fā)光細菌廣泛應(yīng)用于檢測水中的有毒物質(zhì)，還有發(fā)光魚來研究魚的生活習性等等。

　　在這個生物多樣性的時代，我們相信每一個基因都有它存在的價值，就好像每個人一樣，存在即合理，所以發(fā)光基因和植物的結(jié)合，它也可以促進我們這個社會和諧發(fā)展。比如說我們小時候經(jīng)常能看到的那些螢火蟲，但是因為光污染和水污染，這些螢火蟲已經(jīng)消失在我們生活的周圍。但是正是因為人們對這些閃閃發(fā)光的生物具有強烈的好奇心，所以才有那么多的商業(yè)放飛。但是這些商業(yè)放飛的代價就是，成千上萬的螢火蟲在幾天內(nèi)逐漸死去。

　　我們生活的環(huán)境是在不斷的快速變化，我們相信發(fā)光植物在新時代下是可以成為人類的好朋友。每當夜幕降臨的時候，在家庭里面，在酒店里面，它們可以發(fā)出溫柔的光芒。它們可以是我們在座情侶之間新的愛情定物，也可以是小朋友們驅(qū)趕黑暗的光明女神，甚至是一個小臺燈。它還可以為我們照亮前行的道路，為我們這個社會帶來和諧，這是它們最大的價值所在。

　　我們有幸生活在這個科技大爆發(fā)的時代，盡管我們無法預(yù)測未來的世界是什么樣子，但是我們可以利用我們所掌握的技術(shù)，懷著對未來的一份美好憧憬，去建造一個更加和諧更加美好的未來。

　　我的演講到此結(jié)束，謝謝大家！

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