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大国科学家 | 张树政:巾帼大爱寄情生物酶

2023-07-14
发布时间: 2022-12-14     来源:中国青年报 张晓华

张树政。“中科院形象资源建设”研究团队供图

1960年3月,张树政在南京玄武湖。“中科院形象资源建设”研究团队供图

1966年,张树政在杭州西湖。“中科院形象资源建设”研究团队供图
张树政在学术会议中等待演讲。“中科院形象资源建设”研究团队供图

张树政在阅读《人民日报》。“中科院形象资源建设”研究团队供图
  编者按:在中华民族伟大复兴的征程上,一代又一代科学家心系祖国和人民,不畏艰难,无私奉献,为科学技术进步、人民生活改善、中华民族发展作出了重大贡献。近日,中国科学院科学传播局、中国青年报社联合策划推出“大国科学家”系列稿件,向社会公众尤其是青少年群体集中展示中国科学家的感人故事,彰显老一辈科学家的理想与使命,弘扬科学家精神,传播科学思想。老科学家故事由“中科院形象资源建设”研究团队、中国科学院自然科学史研究所组织专业人员采集挖掘。

  她是天资聪颖、天真活泼的进步学生,是以巾帼之姿怀揣工业报国梦想的执拗青年,是学无止境、才堪大任的行业骨干,是桃李满园、受人敬仰的先生……她就是我国酶工业领域的先驱、中国科学院第一位生物化学领域的女院士张树政。

  “终生求知好学务真务实心底无私,一生光明磊落对人对事清白无瑕。”这幅挽联是她一生最恰切熨帖的概括。

  60余年的工作,她的工作硕果累累——

  20世纪50年代初,分析比较了酒精工业的不同种曲霉淀粉酶系的组成,确定了黑曲霉的优越性;

  60年代初,阐明了白地霉的木糖和阿拉伯糖的代谢途径,纯化了木糖醇脱氢酶并证明为诱导酶;发现白地霉中有甘露醇,阐明了其合成途径;发现并纯化了NADP-甘露醇脱氢酶;

  70年代初,首次得到红曲霉糖化酶的结晶,进行了性质、化学组成、糖肽结构、化学修饰和光谱学构象研究,发现不同分子型有构象差异,后证明由糖基化引起;

  80年代,选育出β-淀粉酶高产细菌,活力当时在国际上领先;研究20多种糖苷酶,首次发现了有严格底物专一性的β-D-岩藻糖苷酶;从嗜热菌纯化了8种酶;

  90年代,古稀之年的她成为院士后,积极倡导和推动我国糖生物学和糖生物工程的发展。

  爱国为民,求学航程中的灯塔 

  张树政生于1922年,在国家动荡、男女尚未平等的年代,她为什么毅然选择了化学专业?又为什么坚定走上工业强国的人生道路?这还得从她的成长环境说起。

  张树政出生在河北省鹿县双井村的一个书香世家,襁褓中的张树政是在祖母和外祖母的儿歌声中长大的,直到6岁时才见到从西安回家的父母和姊妹。她的祖父张俊英是清朝最末一榜进士,通诗词晓绘画,以“民主、博爱、自由”教育后辈;父亲张云鹤思想开明、博闻强记,曾任中学及大学校长。她曾在自传中写道:“我在这两个家庭中都是最受宠爱的。虽然没有和父母在一起,却得到更多的爱。”在优秀传统文化的影响下,童年的张树政便好学上进,还有过目不忘的本事,家中的长辈都认为她是“状元胚子”。

  1931年,未满9岁的张树政来到北京与父母团聚,由于在家乡上过二年级,父亲希望她可以在国立北平师范大学附属第二小学(现北京第二实验小学)插班上三年级。当时的校长认为从农村转来的学生只能降级插班,但张树政顺利通过学校的严格测试,直接插班上了三年级,一时成为学校的新闻。

  1937年,北京沦陷。之后的几年里,曾给予她诸多照拂和教育的三叔父、祖母、祖父相继亡故,父亲重病、小妹初生,一家人承受着精神和生活的双重痛苦。

  “我的兄弟姐妹那时从不争吵。”在母亲的教导下,她始终乐观积极,功课一直保持优秀,并且在家中自编期刊,演出话剧,参加各种体育活动,在德智体美等方面得到了全面发展。“在这样的家庭环境里产生了我这样性格的人。”爱国和使命感是她终生坚守的底线,率性和独立是她在科研中敢于创新的根源。

  1941年,张树政以优异成绩考入了燕京大学化学系。“为什么要学化学?哪个工厂乐意用女工作人员呢?”入学不久,时任燕京大学女部主任龚兰贞就问张树政为什么要学化学。“你最好报考协和护校,这是唯一不受男人竞争的职业。”毕业后张树政留校担任助教,时任北京大学医学院药学系主任刘思职再次规劝。

  面对几位师长的规劝和忠告,她的回答很简单:“中国贫弱,要发展工业才能富强,我将来要到化工厂工作。”

  在她收藏的成绩单中可以看到,当时所选的8门功课中有6门成绩评定为甲等,总评亦为甲等。“过去,我被人们誉为一个聪明的孩子,我轻易地将宝贵的童年在嬉笑中度过了。现在,我知道了自己的愚陋与无知,我要用最大的努力克服怠惰。将来,我不能知,也不敢猜测。在兴趣中探求自己,在幸福中寻求他人,这便是我唯一的职责了。”国家和人民的需要,如灯塔般照亮了远航者的人生方向,敦促她不断进步,最终迎来解放和光明。

  中流击水,步履铿锵迈向科技自强 

  抗日战争胜利后,尽管时局动荡、生活不稳定,但张树政始终没有放弃她工业报国的理想。1948年,她被调到理学院化学系,担任定性分析课的助教。这期间她做过一些研究工作,包括“食物中含铁量的测定”和“大豆发芽时氮的分配”等,这为她后来的科研工作打下了良好的基础。

  1950年初,张树政经介绍到重工业部综合工业试验所(后更名为化工研究所)工作。该所为生产丙酮丁醇,邀请了富有经验的工业微生物学家方心芳先生进行科研指导。在方先生指导下,张树政的科研能力大幅提升。1954年1月,张树政被调到中国科学院菌种保藏委员会(中国科学院微生物研究所前身之一)工作。“这是新工作的开始。”张树政在日记中写道。

  经过一年的微生物学训练后,张树政和同事经过反复实验,得到高产糖化酶的黑曲霉,并获得酶活力提高30%的菌株。这项研究使出酒率明显提高,原来每斤酒消耗的粮食为2.5斤,此后只要2.2至2.3斤,甚至后来达到2.1斤。闻名世界的北京二锅头白酒,一直沿用着这条技术路线发展至今。此种方法在全国推广,当时每年为国家节约粮食22万吨。

  为了分离和测定菌株的活性,她和同事们想到了当时的新技术——纸电泳,但菌种保藏委员会没有电泳仪,也无力向国外订购,于是他们自己动手,用汽车的蓄电瓶和发报机上的变压器自制了一台,这台电泳仪在他们的工作中发挥了巨大作用。

  当时,方心芳先生的老师方乘教授听说后十分兴奋,专门派人从西北大学来北京学习制作电泳仪的技术,“老师的老师请教学生的学生”一时传为佳话。

  多年后,中国科学院微生物研究所研究员金城撰文回忆:“我听了先生做电泳仪设备的故事,也向先生学习,竟然也能让一台经常出故障的细胞培养箱正常运转。”这种自强的精神如同树木的根须,顽强延伸开来。

  工作初见成效之后,张树政决定向微生物酶学方面进一步深入。此时,她的化学背景发挥了重要作用。从1959年开始,我国出现全国性的大饥荒,克服粮食困难迫在眉睫。她们将含大量戊糖和纤维素、人类不能食用的稻草等秸秆加工后作为原料,培养出酵母菌细胞,补充当时普通膳食中匮乏的蛋白质、油脂和维生素。张树政除指导分析化验工作外,还深入研究了这种酵母菌的代谢机制,在生物化学上作出了成绩。除了业务工作尽心尽力外,在个人利益上她从来不争不求,组织安排她干什么,她都全心全意去做,随遇而安,包括放下挚爱的科研工作,下乡锻炼。

  20世纪80年代后期,学界对耐高温淀粉酶的呼声越来越强。张树政在从事糖苷酶研究的同时,开关注嗜极酶的研究,并尝试从嗜极菌中分离耐高温淀粉酶和其他酶。1990年,在意大利召开的首次国际嗜热菌研究会议上,张树政把实验室的工作成绩发表在墙报上,并向国际同行们介绍了她领导的研究组在耐高温酶α-葡萄糖苷酶、产生麦芽三糖的淀粉酶、过氧化氢酶、蛋白酶等方面的研究成果,起到了很好的宣传效果。

  随着新技术的崛起和应用,1995年,张树政研究组发表了“耐热DNA聚合酶基因的克隆及在大肠杆菌中的表达”,这是研究组开始采用基因工程技术从事极端酶研究取得成果的开始。

  1997年,张树政指导学生发表了“嗜极菌的极端酶”的综述文章,从极端酶的分离纯化、生化特性、极端酶的稳定因素,以及极端酶的应用等方面做了全面的叙述,大大拓宽了人们对酶的特性的认识和生物催化剂的应用范围。

  “学海无涯,科学发展永无止境。”20世纪末发展起来的元基因组技术,为获得极端环境微生物的基因提供了途径。张树政的学生们在老师的影响下,利用元基因组技术,从高温热泉中获得具有重大经济价值的新酶,开发出耐高温的超氧化物歧化酶(SOD酶),被认为是这一技术在开发极端环境微生物资源方面的成功范例。

  张树政晚年曾说,为了科研事业和自己的理想,她放弃了很多女性应该享有的幸福,对亲人,她也有着许多无法追回的遗憾,但她是为了做自己喜欢做和应该做的事,甘愿付出这么多,她觉得值得。

  著书立言,以“酶”为介促进学术交流 

  学术交流是张树政科研生涯的重要组成部分,她善于从国际交流中发现研究前沿,从与各类型科学家的交流中吸取新知识,并成功应用在自己的研究工作中。

  张树政有熟练的英、俄、日等语言基础,从20世纪50年代开始,她就尽量争取参加国际学术交流的机会。1956年她奉派参加接待协助我国科研工作的捷克斯洛伐克的防霉腐专家,还多次接待过苏联等国的参观访问者;1957年她参与接待日本农艺化学会访华团的活动,与日本学者进行了学术交流。

  20世纪70年代初,科技界的对外交往逐渐恢复。1977年,55岁的张树政参加了以“工作学习与家庭”为主题的中日女科学工作者座谈会。在会上她结识了日本女科学家阿武和濑野,她在谈话中表达的“欲与男人试比高”的胸襟给日本朋友留下深刻印象。此后她们保持长期友好往来,在科研道路上互相启发、不断进步。

  1983年,张树政受邀参加第七次国际酶工程会议,并担任顾问委员会委员及分组会主席。通过中国微生物学会酶工程专业委员会的联络与组织,从1990年开始到2012年,中日两国的酶学专家联合举办了12次双边国际酶工程会议,张树政几乎每次都参加,并有文章发表。

  1997年,国际酶工程第十四届会议在北京召开,张树政应邀在大会上作报告。这一会议的召开,证明了我国在该领域的科研和应用水平取得长足进步,古稀之年的张树政对此十分欣喜。

  除了对外交流活动,张树政对编辑出版和翻译事业同样作出了重要贡献。特别是1978年后,随着我国微生物酶的应用取得重大成果,如何将这些成果推广,让更多的人关心和掌握酶制剂的知识和技术,成为张树政着力解决的课题。

  她组织国内多位酶学专家编写的《酶制剂工业》一书在生产和教学科研中都发挥了显著作用;她编写的《等电聚焦》让更多的人掌握了这项蛋白质化学研究的有力工具;为了普及知识,她组织国内糖生物学专家编写了《糖生物学与糖生物工程》一书;耄耋之年的她与老伴马玉甲先生完成了《糖生物学导论》第一版的翻译。

  在她几十年的科研工作之隙,她先后担任过《微生物学报》主编、《生物化学杂志》的副主编、《生物工程学报》和美国国内杂志《应用生化和生物工程》《中国科学》和《科学通报》等学术期刊的编委。

  1991年,张树政当选为中国科学院生物学部委员,成为中国第一位生物化学领域的女院士。彼时,糖生物学方兴未艾,张树政认识到糖研究将成为生命科学研究中新的前沿和热点,便开始积极倡导和推动我国糖生物学和糖生物工程的发展。在她的建议下,我国先后召开三次香山科学会议,与国际同行交流和展示糖链结构与功能调控的重要进展,进一步了解和明确糖生物学和糖生物工程研究的战略方向。

  “十二五”开始后,我国在科研投入、人才培养与引进等方面明显加强,全国糖生物学和糖生物工程已经形成一支较为雄厚的研究队伍,相关产业逐步兴起和发展。2012年,16位糖生物学领域的青年科学家编著了《糖生物工程》一书,作为张树政九十华诞的献礼,这是对张树政在我国糖生物工程发展中历史贡献的肯定。

  宽严相济,承延师恩育栋梁 

  张树政曾深情回顾启蒙老师汪琪的悉心教导:“汪老师许身孺子、安于其业、乐于其业、更新其业的献身精神,永远激励着我不断进取。”大学毕业后,她曾在一批顶级科学家领导下从事教学和科研工作,如曾昭抡(中国化学学科的奠基人和早期领导者之一)、刘思职(中科院院士)、方心芳(中科院院士)等。良师的言传身教,不仅对她的科研工作有着重要的影响,也让她明白了为人师表的责任之巨。

  生物学是一门操作性、实践性很强的实验科学,对数据弄虚作假、坐办公室不做实验等行为,张树政嗤之以鼻。她要求学生所有实验必须亲自动手,实验至少重复三次,直到实验数据重复、规律相符才算合格。“从师从先生,到留所与先生一起工作的6年多时间里,无时不感受到先生坚定的‘工业救国’理想,无时不感受到先生严谨的治学态度。”金城提到他撰写关于开展糖工程研究的建议报告时,被张树政发现有两处错误并受到严肃批评,“先生的批评令我汗颜!”

  张树政的治学严谨可谓名声在外。她可以为一个生物化学名词的汉译查找两个星期的文献;她也可以为一个真菌学界争议的名词翻遍上百页的最新版《真菌学词典》,先后修改10稿方才发表;耄耋之年主持翻译《糖生物学》时,用半年多的时间逐字校对,无论是自己做论文,还是修改学生论文,她都是精雕细琢,一个标点符号也不容出错。

  在生活上,她总是真诚地关心同事和学生,为学生申请婚房、专程看望学生满月的孩子……令人欣慰的是,在糖工程领域,张树政培养锻炼了一大批青年学术骨干。如今,这批青年人已经成长为我国糖工程领域的中流砥柱。

  喜欢“较真”的张树政曾给大连医科大学的朱正美教授很大震撼。1990年,在一次国家级自然科学奖的评审会上,在审查、讨论一项国家一等奖时,张树政以确凿证据,逐一指出申请书上多项内容的真实“出处”,甚至拿出复印材料作为铁证,提出反对意见。由于材料翔实,参审者一致通过了她的意见,驳回了那份看起来“很有分量”的申请。

  2016年,她告别了试剂,告别了菌种,告别了实验室,告别了她奋斗一生的工业报国梦。她曾经留下这样一段话:“在这无限好的夕阳里,我并不惆怅人生黄昏的来临,远望长天,朝霞映照着愈来愈多的青年人正在成长,我国的微生物、生物化学,将在新世纪里收获更多高水平的成果。”

  (责任编辑:潘鹏)

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