“港”创科25人⑮|对话香港中文大学卓敏生命科学教授林汉明: 论文写在大地上,成果留在农民家

大湾区观察朱丽娜,特约记者王帆 2023-05-30 17:31

在大豆科研路上,林汉明创下了多个里程碑,包括利用全基因组测序技术,成功破解十七种野生及十四种人工培植大豆的基因密码

21世纪经济报道记者 朱丽娜 特约记者王帆 香港报道

5月11日,香港中文大学宣布,由港中大卓敏生命科学教授暨农业生物技术国家重点实验室主任林汉明及其团队所研究的大豆固氮菌菌株“根瘤菌”项目,已于10日晚由“天舟六号”货运飞船搭载升空,并顺利抵达中国空间站“天宫”。

此次“根瘤菌”项目,是香港首个在太空进行空间搭载实验的农业研究项目。就在此前不久,21世纪经济报道记者专访了林汉明,他是这次项目的领头人,也是一位名副其实的“大豆专家”。

在大豆科研路上,林汉明创下了多个里程碑,包括利用全基因组测序技术,成功破解十七种野生及十四种人工培植大豆的基因密码,证明野生大豆的生物多样性,数年后更辨识出野生大豆中负责抗盐的主效基因。

林汉明至今共发表论文逾170篇,包括Nature、Lancet、 Nature Genetics、Nature Communications、PNAS等 。Google Scholar h-指数为48,引用次数超过10,000次。获省部级科技奖项3项,共获授权专利20件,另选育4个大豆品种通过审定。

采访林汉明,既是一个学习大豆相关科学知识的过程,同时也是一个接受科学精神、人文情怀洗礼的过程——

“发表高影响因子的论文固然重要,但更重要的是把科研成果写在大地上。”

“在香港这个城市的工作,真的能够把成果落到中国的大地上。”

“我们要追求的是一个可以团结的世界,大家聚在一起去解决一些人类面对的问题,传播一些正面价值。”

通过大豆研究及应用推广,林汉明希望的是,让世界“make a difference(作出改变)”。

大豆专家

从香港中文大学取得学士及硕士学位后,林汉明于1987年赴美国西北大学修读分子生物学及生物化学博士学位,后在纽约大学担任博士后研究员,研究氮的代谢过程,并曾获得当时全球最大种子供应商、跨国农业生物技术公司孟山都的工作邀请。

然而,林汉明婉拒了邀请。1997年,正值香港回归,林汉明开始思考未来如何为香港及国家作出贡献,这一年,他回到母校港中大任教,其后担任分子生物技术学课程主任。

说起为什么研究大豆,林汉明可以列举出不少原因——种植大豆可以令土地肥沃,改善土壤,减少使用化肥的需要,既省钱又环保;大豆蛋白质既优质又丰富,价格便宜。

而遇到中国内地一位大豆专家——时任中国农业科学院作物科学研究所研究员邵桂花,通过她认识了其他大豆专家,深入田间地头,可能是林汉明踏入大豆研究领域最直接的机缘。

1998年,林汉明与邵桂花相识时,邵已经55岁,大半生从事着大豆耐盐的田间实验工作,受到年龄和实验条件所限,唯恐已无法完成有关研究。

于是,林汉明成为了“接班者”。到2010年,林汉明与研究团队成功以分子标记的技术完成17种野生大豆和14种人工培植大豆的基因序列;2014年,林汉明的科学研究工作出现突破——从野生大豆识别及复制出耐盐基因,并成功孕育三种耐盐耐旱大豆。

2014年,有关野生大豆耐盐的基因研究论文发表时,林汉明给邵桂花打电话,说“成功了”,这是兑现当年接棒大豆耐盐研究承诺的时刻。

其后,林汉明团队与甘肃省农业科学院张国宏教授合作,携手以非转基因的方法,培育出耐盐耐旱大豆品种陇黄1号、2号及3号。在降雨量少、土地贫瘠的西北地区,这意义重大。三种大豆都获得了政府正式审批。自2016年起到2021年,在甘肃黄土高原上累计播种面积已超过61万亩。2022年,陇黄2、3号被甘肃省选为当地带状间套作种植示范的推荐品种,田野试验面积已达20万亩。根据甘肃当地的种子机构测算,这些累计为农民增加了6900万元的收入。

“我跟张国宏老师谈心,我们未来退休以后,想保留些什么东西?想银行里面多点钱?还是有些东西留到农民手上?然后,我们觉得,还是把东西留在农民手上。于是,我们就无偿地把这些种子给了农民。”林汉明笑言。

香港的,中国的,世界的

农业曾是香港的重要产业之一。但时移世易,2018年起,香港本地农业的自给率下跌至百分之二。

林汉明的诸多成果,是在香港的实验室和中国内地的广阔大地上共同完成的。在接受21世纪经济报道记者采访时,林汉明屡屡强调,希望香港的科学家,能够跟内地科学家一起,合作解决一些中国面临的问题。

当前,中国是世界上最大的大豆消费国和进口国,大豆也是我国对外依存度最高的粮食品类。根据国家海关总署数据显示,2021年,我国进口大豆9651万吨,占世界大豆总出口量的59.68%,占国内大豆总消费量的82.77%。

但曾经,中国是全世界的大豆第一出口国,并且,中国也是大豆的故乡。《诗经‧大雅‧生民》中的“蓺之荏菽,荏菽旆旆”,“荏菽”正是大豆。

说起研究大豆的缘起,林汉明就强调了这一点,“大豆是在中国起源的,所以我对大豆有一定的情感。”

做大豆研究,会希望未来有朝一日中国重回大豆出口国地位吗?

显然,林汉明有着更宏大的目标。“其实我有个愿望,这个愿望不是说将来我们出口大豆给其他国家,而是可以用大豆去做一些高档的、有益的、健康的产品,是中国制造的、绿色环保的,以另一种形式出现,让世界知道大豆是源自中国的作物,而且可以把可持续发展、改善农民收入前景等带到产品的概念中。”

若干年里,林汉明的足迹遍布中国的多个省市区,其中不乏贫瘠之地。这更坚定了他改善土壤、为农民增收的决心。

“做大豆的决心就更强烈了。做完基础研究后,我首先要考虑怎么把这些应用到干旱、盐碱的地方,能够用科研的力量集中帮助农民,就更有意义了。”

既对中国农民有着深厚的感情,林汉明同时又是一位心系全世界的科学家。2017年,林汉明及其团队在举办世界大学联盟科学会议,世界豆科植物研究的资深及年青学者云集中大,促成了不少国际合作。2019 年,由林汉明牵头邀请多位国际合作伙伴,共同完成了全球首个野生大豆高质量参考基因组装,为世界大豆研究者提供了重要工具。

他希望将香港的科研成果带往世界上有需要的地方,近年来推动了与南非、巴基斯坦等地的合作。

林汉明认为,科学研究应该更多地跨越国界。“科学本身是中立的,它是基于事实的,我们(科学家)能不能合在一起,去解决一些问题。那什么地方能够作为一个带头者?我觉得香港是一个很好的地方。”

投身香港STEAM教育

在学者、科学家的身份之外,林汉明在香港还有一个被普遍关注的身份——STEAM(即科学、科技、工程、艺术和数学)教育的积极推动者。

近年来,香港特区政府大力提倡中小学生的STEAM教育。2022年,香港特别行政区行政长官李家超在其首份施政报告中就提及,会在中小学以普及化、趣味化、多元化的方式,大力推动 STEAM 教育,为学生打好基础,配合香港未来发展创科的大方向。

林汉明向21世纪经济报道记者表示,香港土地面积小,作为大豆生产基地是不太现实的。但是,技术的产出是很方便的,而且要把产出辐射到需要的地方去,前提是培养人才。

众所周知,香港不乏世界知名的研究型大学,这是培养科研人才的摇篮,但长期以来,香港成绩优异的学生,往往更愿意选择投身医学、法律、金融等行业。在全社会发展科创的氛围中,如何将更多优秀的学生吸引到科学相关的学科里,成为很多教育、科研工作者思考的问题。

林汉明指出,除了在大学里培养学生之外,如何鼓励更低龄的中小学生对科学产生兴趣?如果只是简单带着他们出去看看,而缺乏一个主线,就只会变成旅行。

为此,自2018年开始,林汉明便积极借助大豆投身于中学生的STEAM教育中。有别于传统STEAM着重科学及崭新技术,大豆STEAM教学更强调教学背后的价值。大豆除了可以跨学科地融合农业、经济、环境等相关知识,也与消除饥饿、全世界粮食安全等议题密切相关。林汉明正是希望通过实际活动,让香港的中学生更深入地去了解世界议题,让学生的视野由聚焦香港扩展到中国内地乃至全世界。

近几年来,他在中学开一些讲座,分享做大豆研究遇到的事情,也教学生一起种大豆,学生可进行不同体验活动,包括尝试利用凝固剂及各种豆类制作豆腐,亦可制作豆芽豆苗、发酵食品、植物肉,还可学习提取大豆及同类大豆基因作分析等。

在林汉明的带领之下,香港还有一些青年学生亲身前往甘肃,走到田间地头,实地了解大豆的种植,了解科研如何真正地改变当地农民的生活,并与当地的年轻科学家对谈。

某种意义上,这是在学生的心里种下“一颗种子”的过程。“这些中学生去了以后改变很多,因为眼界不一样了。”林汉明说道。

通过一次次活动的累积,林汉明希望能够影响和改变中学的STEAM教育生态。“STEAM教育应该是包括人文精神,扩大学生的视野,特别是让学生对中国对世界多一点了解,这就是为什么我在很繁忙的研究教学工作之外,还挤出时间来跟学生去做这个活动。”

“大豆回家”

《21世纪》:过去二十多年您一直在进行大豆基因研究,并取得了重大的突破。听说您送给太太的结婚周年礼物就是大豆戒指,非常有意思。您是怎么从分子生物学跨界进入大豆研究的?

林汉明:我本来博士是念微生物的,但是我想要回到香港,为香港和内地做点事情。农业是很重要的,所以我从微生物转成做植物的研究,回到香港后,通过一个机遇,我认识了一些做大豆的朋友,他们告诉我大豆的重要性。

主要有几个方面,第一就是它是一种高蛋白的农作物,全世界有好多地方其实很缺蛋白,不是每个人都有钱吃肉,没有蛋白的话,摄入再多的热量都会对身体不好。另外,大豆在种植的时候可以改善土壤的氮含量,它有固氮的作用,让土壤越种越好。以前中国古代荒年的时候要种大豆,因为这样能把土壤弄好一点。

更重要的是,大豆起源于中国,所以我对大豆有一定的情感。但是,现在我们买回来的大豆比生产的多得多。我们的机会很多,能不能在中国的土地上去做一些比较高档的大豆,这是当年我的一个愿望。当时我们把研究课题题目的名字定作“大豆回家”,不是说要买它回家,是要在中国去做更好的科研。再加上我那时候还年轻,如果能够带来一些改变,做一些挑战性高的东西的话,这个会是我的首选。

《21世纪》:您的团队研究出了耐盐抗旱的大豆新品种,能否给我们介绍一下这些新的大豆品种在内地哪些地方已经有种植?

林汉明:我们跟甘肃省农科院的张国宏研究员合作,一起产生了几个产品,叫“陇黄1号”“陇黄2号”“陇黄3号”,从2016年到2017年左右,这三个品种都批准给甘肃省,可以给农民用了。

我跟张国宏老师谈心,我说我们未来退休以后,想保留些什么东西,是想银行里面多点钱,还是把东西留在农民手上。我们觉得,还是要把东西留在农民手上。做农业科学的一些前辈说过“论文要写在大地上,成果要留在农民家”,所以我们就是无偿地把成果给农民了。

我们去年找了一个当地的种子站,做了简单的估计,从2016年到2022年大概种了83万亩,在香港来算是很大的面积,在内地来说不算大,但是这个成绩说明香港的科研真的能够落到中国大地上。同时,我们的跨度是很广的,从甘肃东边的陇东到西边的酒泉都有,这说明我们这个大豆品种的适应性很广,特别是适应西北地区的干旱盐碱地。按照当地种子站的估计,这几年为农民带来了6900万左右收入。我们不需要把这些钱放到自己的银行(账户),但是能放到农民的口袋里。这是一个很好的开始。

我跟香港的朋友说,内地人口多、地大,我们能做的83万亩算是很少的,但至少展示了我们的一个心意,希望高端科技能够结合农民的需要,希望我们香港的科学家能够跟内地科学家一起,合作解决一些中国面对的问题。

“未来如果有新的技术,我们不要抗拒”

《21世纪》:目前外界对基因改造的大豆或者基因改造的作物安全有很多讨论,作为研究大豆基因的科学家,您怎么看待这个问题,能跟我们分享一下吗?

林汉明:首先要明确一点,中国目前还不允许种转基因大豆,我们的大豆都不是转基因的,而是通过基因筛选出来的。区别在于,筛选基因是检查种子的基因,把它找出来,但不会改变它。比如,大豆基因里面本身就有耐旱基因,我们就没有必要去转。而转基因是把外来的基因放进去,它有它的好处。

现在大家对转基因的概念比较混乱,一个是基因改造,然后还有基因编辑,传统育种,也有杂交。这几个概念是什么呢?传统育种其实是首先我们选择一个父本,一个母本,把它们杂在一起,然后每一代去纯化,然后到最后有一个种子能够交给农民,让他们栽种。农民们拿到第一颗种子之后,以后就都可以种这种种子,这是传统的一种方法。如果用杂交来增产的话,我们每次都要杂交一代,利用杂交优势,把这些杂交好的东西交给农民,种完以后就会增产,然后吃掉就不留了,因为它还没有纯化,还没有稳定。

大豆杂交是比较困难的,但是在吉林市有人成功做出第一个杂交大豆,它需要一些特别的蜜蜂来传粉,中间过程比较复杂。

目前大豆还是以抗除草剂为主,已经大多能够抗几种除草剂了,一般大家就会把外面的基因放进去。会不会影响人体健康?到目前为止,没有个案说怎么影响人体健康,反而是因为加了太多抗除草剂基因,可能引起抗除草剂的杂草,这是一个问题。但是,这个技术在中国还在讨论要不要用。虽然目前没有证据表明它会给人体带来什么影响,但是消费者还会有些犹豫会不会有一些长远的影响。

《21世纪》:转基因大豆可以用作饲料吗?

林汉明:目前我们进口了很多转基因大豆,大部分从美国、阿根廷、巴西买进,允许进口,但是不允许种。我觉得未来可能会发展一个新技术叫基因编辑,它跟转基因有点不一样,转基因是外面的基因随机插入基因组,但基因编辑是在原有的基础上面改。

举个例子,加拿大有个基因编辑的大豆,因为大豆有多元不饱和脂肪,很多人不喜欢那种味道,特别是外国人,所以他们就用基因编辑的方法把其中一个基因改变了,让这些多元非饱和脂肪降下来,变成单元非饱和脂肪。

他们还是蛮接受转基因大豆的,但是不是改变内部基因会比随机插入某个基因更安全一点呢?我觉得应该是的。未来如果有新的技术,我们不要抗拒。如果没有需要,我们就用传统的方法。有需要的时候,要选一个更安全的技术。我们不要害怕新技术,有很多新技术100年前是没有的,但今天还是为人类做了很多有益的事情。

《21世纪》:基因编辑未来是不是也会在大豆基因科研方面有新的突破或者新的发展?

林汉明:我觉得应该会有的。国家去年已经出了一些指引。如果要研究这些转基因农作物,安全的配套是很重要的。

我们过去的新技术与海外有很大的差距,属于我们自己的知识产权的东西太少了,如果我们只能跟着后面去做,要付出很昂贵的专利代价。如果我们拥有自己的知识产权,整个局面就会改变,就可以多用一点新技术。

将来我们会有很多资源,有最新的技术,变成需要的农产品,这一条线都是我们自己的。然后,让一些国家拥有的种子公司来推动优质种子到农民家,农民可以赚更多的钱,也不需要花很多时间自己留种。这个过程需要做科研的人、做育种的人、搞农业的人,包括做生意的人共同参与,推动农民愿意去尝试新的东西,只有这样才会成功。否则,就算在实验室里面做得再好,农民不种也没用,农民种得再好没人买也没用,所以,这是一个整体的结合。

通过大豆食品展示中国价值

《21世纪》:中国大豆的自给率比较低,怎样改变这个状况,真正做到您提出的“大豆回家”?是不是可以大胆预测一下,在未来多少年,我们会重回大豆出口的局面呢?

林汉明:其实我们的(大豆)单产已经提高了不少,从之前每公顷1.5吨到现在差不多2吨。但是,我们仍然面对土地的局限性,有研究表明中国有15亿亩地是盐碱地。另外就是种植的方法,大豆有个好处就是它能够跟其他作物一起种,最流行的方法叫“间套作”。未来要去找一些(盐碱)土地,或者是在现有的农地上面推广“间套作”,让原有的生产增加大豆一项。

另外,进口大豆主要还是用作饲料,健康的饮食应该是多元化的,只要适当地调整饮食习惯,对动物肉类的需求降低一点,我觉得这样就会相应降低对大豆的需求。再加上一些新种子的培养以及新的种植方法的研究,慢慢地去满足需求。

其实我有个愿望,这个愿望不是说将来我们出口大豆给其他国家,而是可以用大豆去做一些高档的、有益的、健康的产品,是中国制造的、绿色环保的,以另一种形式出现,让世界知道大豆是源自中国的作物,而且可以把可持续发展以及改善农民收入前景等带到产品的概念中。

我们要追求的是一个可以团结的世界,大家聚在一起去解决一些人类面对的问题,传播一些正面价值。我觉得通过做这种人人都需要的食品,能和全世界做朋友,从食品开始,展示中国的价值是什么,讲清楚中国故事。

《21世纪》:您之前提过说要建立一个世界级的大豆研究中心,为什么会有这样的想法?现在有哪些行动?

林汉明:这几年虽然受疫情影响,我们也有拓展。科学是能连接人的一个很好的工具,虽然科学家来自不同的国家,国家之间可能有矛盾,但是科学本身是中立的,它是基于事实的一个东西,所以是可以合作的。

什么地方能够带头呢?我觉得香港是一个很好的地方。香港是中国对外的窗口,我们可以尝试新的东西,如果做对了就好了,做错了也没关系,做错了改就行。

我们也可以通过香港去联系世界各地的人,我们倡议把香港打造成一个国际创科中心,其中之一就是跟内地的机构形成紧密的网络,也通过这个窗口去接触其他国家,不只是发达国家,更希望把我们在西北的经验推广到一些发展中国家,所以我们到了南非、巴基斯坦。

现在很多资源受到限制,一些数据是不可以共享的,但有些实验的方法平台可以共享。比如说最近我们跟巴基斯坦合作,他们说要搞一些耐热的大豆的合作,有没有可能一起共享成果。在公平的原则上,大家都贡献、付出。香港是推动合作研究的一个很好的地方,虽然不容易,但是我愿意去试试。

(记者尹琛、实习生李思仪对本文亦有贡献)

策划:于晓娜

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(作者:朱丽娜,特约记者王帆 编辑:李艳霞)

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