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昆明植物所:努力建设国际一流植物学研究基地
  文章来源:科学时报 发布时间:2005-07-28 【字号: 小  中  大   

昆明北郊黑龙潭畔、元宝山下,是我国现代植物学研究的一个重要基地。早在1938年,中国科学院昆明植物所的前身——云南农林研究所在此创建。近70年来,我国几代最优秀的植物学家相继在这里耕耘、发掘,使云南这片世界上生物多样性的富集之地焕发出绚丽的光彩;而1998年开始实施的国家知识创新工程,更使这里的科技创新能力建设突飞猛进,成为我国乃至世界植物学界瞩目的中心。

1999年,昆明植物研究所第一批进入国家知识创新工程。该所的科研人员凝聚目标,对原有的实验室、 课题组进行了大刀阔斧的优化组合,实行强强联合,集中优势兵力,紧紧抓住为国家发展服务这个中心任务,顽强拼搏,取得了显著成效,1999年至2004年,全所共承担国家、院、省项目147个,发表论文1101篇,专著50部,其中SCI论文557篇,获国家自然科学二等奖1项,省级自然科学一等奖5项、二等奖8项。近四年申请并授权专利38项,仅2001年至2003年底,依托研究所技术和成果转让所产生的社会产值达9.5亿元、利税1.9亿元。

以人为本,建设新型科研队伍,是取得丰硕科研成果最重要的基础,该所制定了“用好现有人才,稳定关键人才,引进急需人才,培养未来人才”的人才发展战略。实施知识创新工程以来,他们以事业留人、待遇留人、感情留人、环境留人,作为人才队伍建设工作各项措施的出发点,努力创造“鼓励创新,人尽其才,人才辈出”的新局面。

该所先后有4人获得国家杰出青年科学基金的资助,有19位中青年科技人员入选“云南省科学与技术学术带头人”培养计划,已有11位中青年科技人员获得云南省政府颁发的“云南省中青年学术和技术带头人”证书。2003年孙汉董研究员新增选为中国科学院院士,使该所院士增至3人。

人才计划的实施,使研究所领衔式人才结构发生明显变化,现累计有将帅人才8人。除院士外,45岁以下研究员已占74%。2004年研究生培养规模已达到254人,在读硕士研究生137人、博士研究生117人(含外国留学生1名),在站博士后8人。

这些人才活跃在多学科领域,并取得了突出的成绩,据统计:近年来发表的SCI论文总数、人均数等均排列在中科院生物口研究所的前4~6名;据上海生科信息中心统计,国际上1998~2002年在植物分子细胞研究方面文献量居前15名的研究机构,该所植物化学国家重点实验室名列第11位;在该领域文献量居前15位的著者,孙汉董院士名列第10位,为我国惟一的入选者;在SCI收录的 I区刊物和Top Journals 发表的论文有新的突破,并且上升趋热。如新近刘吉开研究员在国际著名的化学顶级刊物Chemical Review(影响因子20.36)上发表了包括其研究组多年成果的高等真菌含氮天然化合物的综论文章,扩大了重点实验室的学术影响。

植物资源与生物多样性保护研究成果丰硕

吴征镒院士是我国著名植物学家,几十年来,他扎根我国植物资源最为丰富的云南大地,为我国植物学的发展做出了卓越的贡献。虽然年事已高,但他不断创新、孜孜不倦的科学精神,成为昆明植物所相关学科不断发展的动力。其高尚的科学品格,也成为该所科研人员学习的楷模。他严谨、深邃的学术思想,对该所的植物分类和生物多样性保护研究产生着深远的影响。

“Flora of China”(《中国植物志》英文版)为中美国际合作重大项目,吴征镒院士任中方主编,昆明植物所为中方的4个编辑中心之一。由吴征镒院士编写的《中国植物志》第1卷,对中国植物区系以及研究发展历史进行了全面的分析总结。由吴征镒院士任主编编写完成的《云南植物志》是中国最大的一部地方植物志,共21卷,主要由昆明植物所科研人员编撰。记载云南维管植物17200种。经过近30年4代植物学家参加,全志现已基本完成并陆续出版。《植物志》的编写和完成对植物资源的合理开发利用、生物多样性的保护、生态建设、植物系统演化等方面有非常重要的学术价值,对中国植物区系的起源和演化研究具有重要的理论意义。

由吴征镒院士主持的国家自然科学基金委重点项目“东亚植物区系中主要特征成分和重要类群的形成和发展”的研究(2000年),历时三年,分别从重要地质事件对东亚植物区系中主要特征成分的形成和演化的影响,主要特征成分和重要类群的迁移及传播路线,重要类群的分子植物地理学等三个方面展开研究。对东亚植物区系发生发展的地史背景进行探索和总结,提出现代东亚植物区系的格局形成于上新世末第四纪初;东亚植物区系既是许多古老类群的保存中心,也是新特有的发生中心。此外,对世界种子植物科进行了分析整理,提出了世界种子植物科分布区类型的划分方案,将世界种子植物的科划分为18个大分布区类型,为世界植物区系区划的深入研究奠定了基础。研究共发表论文57篇,其中SCI收录21篇。

由吴征镒院士主持的中国种子植物区系的研究系统总结和归纳了中国种子植物区系的特征;并将中国3160属划分为15个分布区类型及37个变型;提出了东亚植物区系区的新概念;指出中国植物区系来源是多元的;重新建立了中国植物区系分区的新系统;提出被子植物“八纲”新分类系统。项目获云南省2003年度自然学一等奖。

由昆明植物所臧穆、刘吉开、刘培贵研究员主持的“中国西南地区高等真菌重要类群的分类与新化学成分研究”项目,从系统学、生态地理学和化学等不同角度,在宏观和微观两个层面上,对西南高等真菌进行了综合研究。揭示了西南高等真菌生物多样性和资源特征、地理分布和演化规律,探讨了某些类群中所含次生代谢产物的化学结构变化及其在医药上的可能潜在应用。发现了3个新属、4个新组、144个新种和一大批我国新记录种;论证了我国西南地区环境与高等真菌演化发展的多样性和复杂性,首次阐述了该地区真菌区系的特点,并提出了我国真菌的地理分区;揭示了大量共生、腐生真菌的特殊分布规律。在化学成分方面,发现新化合物50个(包括4种新的结构骨架类型),其中一些化合物不仅结构新颖,还具有显著的生物活性。项目迄今已完成专著12部,在国内外发表学术论文134篇,其中SCI收录刊物38篇。项目对我国西南不同生境的高等真菌进行了全面的野外考察和采集,收集了大量第一手资料和标本,建成一个共14万余号隐花植物(含4.1万余号高等真菌标本)的标本馆。本项目获得了2003年国家自然科学二等奖。

由黎兴江研究员主持的中国苔藓植物分类区系研究对中国苔藓植物分类及区系进行了深入系统的研究,创建拥有8万多号标本及资料的苔藓标本室。先后发表研究论文40余篇;完成了多部苔藓志书类专著主编及编研工作;为我国开发利用苔藓植物资源提供了基础资料。此外,从揭示了五倍子蚜虫与冬寄主藓类及夏寄主树种之间配合的生态规律,并成功地选育最佳冬寄主藓类植物,解决了“五倍子增产研究”项目中的蚜虫过冬及增产的关键问题。该项目获云南省2002年自然科学一等奖。

孙汉董院士研究组从1976年开始率先在国内开展香茶菜属抗肿瘤、抗炎活性对映-贝壳杉烷类二萜化合物的研究。共研究了53种该属植物(云南产31种),发现了400余个新的二萜化合物,其研究的植物种数和新化合物数量均占到全世界该领域的70%以上,促进了世界萜类化学的发展。迄今为止,香茶菜属植物中发现的7种对映-贝壳杉烷化合物基本骨架类型中,其中4种由该研究组发现;在29种对映-贝壳杉烷二萜化合物结构类型中,其中18种为该研究组发现。通过合作研究,发现其中重要的抗肿瘤、抗炎活性物质,其研究成果先后被国内企业应用于抗肿瘤、抗炎新药的开发并实施产业化。20多年来该课题组在国内外30余种学术刊物上发表了与香茶菜属植物研究相关的研究论文188篇,其中128篇被SCI刊物收录。约50万字的专著《香茶菜属植物二萜化合物》已由科学出版社正式出版,并受到国内外同行专家的好评。该项目获云南省2002年自然科学一等奖。

郝小江研究员研究组对中国分布广泛的粉花绣线菊复合群进行了系统深入的化学和生物学研究:1)发现新化合物53个,并首次分离C-19位差向异构体;2)发现了N-羟乙基氧化断裂、三羟基绣线菊碱氧化环化和分子内岐化的反应特性,首次合成了该类生物碱光学活性关键中间体;3)首次完成由二萜到二萜生物碱的仿生合成,并解释了该植物复合群中各类二萜及其生物碱之间的生源关系;4)发现了几丁质对二萜生物碱的生物合成有显著的促进作用;研究证明丝氨酸是绣线菊二萜生物碱生物合成的氮源,以及生物碱的生物合成的二萜前体;5)首次提出了该植物复合群相对独立的依据,以及该复合群的近代分化中心和地理分布规律;6)发现一批具有抗肿瘤、抗氧化、抗炎、抗血小板聚集、抗脑缺血等活性物质,并探讨了其多靶点作用。该项目获得云南省2003年度自然科学一等奖。

周俊院士和谭宁华研究员主持的植物环肽研究系统研究8个科20个属的28种植物中的环肽,共分离鉴定了112个环肽类化合物,其中包括79个新环肽,建立了植物环肽的化学识别新方法,提出了植物环肽结构为特征成分的石竹科植物化学分类学观点;提出了以太子参环肽A和B作为中药太子参药材质量控制成分的建议;证明了三七中的三个环二肽是后合成产物;从太子参粗酶提取物中找到了环肽的环化酶,并以合成的太子参粗酶提取物中找到了环肽的环化酶,以合成的太子参中太子参环肽B的多种对应的链肽作为反应底物,成功地完成了太子参中太子参环肽B的粗酶催化的八链肽的环化反应,为植物环肽的进一步生物合成研究打开了一个突破口。在植物环肽化学研究领域开展了有创新意义和国际领先水平的研究工作,并在该研究的领域中保持着领先势头。到目前为止共发表42篇文章,其中SCI刊物有25篇。

在分子生物地理学研究领域也取得了可喜的成绩,科研人员从分子水平上揭示了青藏高原及东亚一些特征类群(如筱竹属、角蒿属、铁筷子属、钩毛茜属等)分布区格局的形成、迁移途径和迁移历史;为青藏高原植物区系乃至东亚植物区系的起源提供了新的证据。在种属和历史植物地理的研究领域;对金缕梅科、壳斗科、延龄草科等类群的研究上取得了可喜的进展,其中“重楼属植物的研究”获云南省2001年度自然科学二等奖。细胞地理学的研究领域;从细胞水平对横断山区细胞地理学特征以及一些代表或特征类群(如高山豆属、天仙子族、苁菔属等)进行了深入的分析研究,揭示了横断山区植物多样性的进化主要是在二倍体水平上,横断山区极端环境并未产生较高的多倍体比率;该区域物种的基本染色体基数的比率较高,表明了该区域植物的组成特征。

昆明植物所利用民族植物学的知识和方法,结合现代植物学研究的手段和成果,对传统知识在生物多样性保护中的问题进行深入研究。对云南省重要经济藤竹类植物如棕榈藤、竹类等进行了资源调查、评价和系统的研究;建立了云南藤、竹资源数据库及发展规划。开展了重点区域(高黎贡山、西双版纳、紫溪山等)和特定民族(独龙族、基诺族、彝族、侗族等)的生物多样性保护及社会经济可持续发展研究。相关研究成果分别获得了2000年云南省自然科学二等奖及2002年云南省自然科学三等奖。

李德铢研究员和研究组成员采用分子系统学等手段,开展了对近13个科、30多个属(如鳞毛蕨科、松科、竹亚科、山茶科、槭树科、红豆杉科、小檗科、半夏属等)进行了研究,其中对一些跨太平洋间断分布的科属类群(如:三白草科、菖蒲科、芭蕉科、马桑科、木通科、杜鹃花科、梅花草属、第伦桃科和竹亚科部分属等)的分子系统学和分子地理学的研究,结合形态学、细胞学、胚胎学、孢粉学和传粉生物学等方法,从更多层面上讨论了各类群的系统发育关系及地理成因;并对这些间断分布类群的系统学和生物地理学进行了概括性的总结,获得了一定原创性或开拓性的进展。项目组共发表研究论文40篇,其中被SCI期刊收录的19篇。

生物多样性保护研究也取得了重要进展。昆明植物园建设了秋海棠、蕨类、木兰植物等专类园。秋海棠属植物的引种保存已成为昆明植物园专类植物保存的重点之一,近年来,共引种保存国内外秋海棠属植物近500种(品种),其种类在国内甚至亚洲名列前茅,成为国际上有影响的秋海棠植物专类园。此外,选育出30余个新品种,其中13个新品种已注册登记、5个新品种已转让,获得授权专利5项。荣获2002年度云南省自然科学二等奖。木兰植物专类园的收集与新品种的选育,到目前为止植物园收集了国内外木兰科植物90种,形成了该所较有特色的专类园之一,登记注册了6个园艺新品种,3项含笑属杂交育种专利已授权。“木兰科植物杂交育种”获得云南省科技进步三等奖。蕨类植物专类园的收集与建设蕨类植物专类园已成为昆明植物研究所最有特色的专类园之一,到目前为止已收集蕨类植物近500种,成为中国收集种类最多、门类最全的蕨类植物收集保护专类园。

花卉新品种“黄花杓兰”、“紫点杓兰”评估150万元作为技术入股;地涌金莲、滇丁香繁育生产技术转移绿大地公司;秋海棠、木兰、木莲、杜鹃、含笑等22个花卉新品种经过培育,获云南省注册登记;申请和授予权的有关花卉选育的发明专利13项;晚香含笑、秋海棠新品种技术转让达48万元。

创新为民为国家需求增添异彩

“创新为民”是胡锦涛总书记新近对科技人员寄予的厚望和期待。昆明植物所在实施知识创新工程中,充分利用优势学科的长期积累,坚持科研为人民群众服务、为国民经济建设服务。

在国家开发西部的重大决策下,国家计委在西部省区实施西部高技术产业化示范工程计划,以昆明植物研究所科研成果为技术依托的甾体激素药物原料、除虫菊酯、灯盏细辛和紫杉醇等四个项目作为国家高新技术产业化示范项目获得资助:

1)脑中风特效天然药物灯盏细辛人工种植及制剂产品产业化示范工程:该项目属国家西部高技术产业化示范工程项目,由国家计委和云南省计委联合支持。云南个旧生物药业有限公司、中国科学院昆明植物所和云南玉溪万方天然药业有限公司共同承担。中国科学院昆明植物所孙汉董研究员课题组作为技术支撑研究单位,承担生产工艺的研究、规范化种植技术和药材质量控制技术。

2)天然植物源杀虫剂除虫菊酯产业化示范工程:由邱明华研究员主持的除虫菊产业化工程研究组与企业合作完成了天然杀虫植物除虫菊的品种选育、种植和推广;以及除虫菊酯的提取和精制加工生产工艺的摸索设计,实验室小试和中试生产;建立了原料、产品质量控制和残留分析方法。完成了除虫菊产业化的全套技术,并进入了产业化生产。帮助云南企业获得4个农药临时登记证。目前云南除虫菊集约化栽培面积达90000亩,年生产50%除虫菊原药产量将达80多吨。除虫菊原药生产采用大规模超临界CO2流体提取技术。仅除虫菊干花一项农户的收入就超过5000万元。云南除虫菊产业产值已达1.45亿元。成为国内最大的除虫菊种植基地和除虫菊酯产业化基地,为地方经济的发展做出了贡献。

3)甾体激素药物原料产业化示范工程:从深度开发云南有特色的甾体皂甙元植物资源出发,以薯蓣皂甙元(diosgenin)和番麻皂甙元(hecogenin)为起始原料进行深加工开发。番麻皂甙元资源目前只有少数发达国家能进行深加工生产高效皮质激素药物,技术封锁甚严。课题组吕春朝、刘锡葵研究了利用番麻皂甙元新的工艺路线和技术,全程不用微生物发酵,用全化学合成技术,有自主知识产权,其中的关键环节合成三烯物已于2004年8月通过云南省科技厅主持的成果鉴定。番麻资源的综合利用性强于薯蓣资源,且深加工的工艺路线较短,所得的三烯物及其同类产品共用性强,进一步加工生产的高效皮质激素药物其生产成本约低30~40%,是国内外看好的甾体皂甙元原料,云南发展番麻资源开发有其特有性和特色性,对改善番麻种植区生态环境、农业产业化和农村脱贫致富均具有很大的现实意义。

杨崇仁研究员在国内最早开展了植物配糖体的化学和资源的研究,现已有40年研究积累。先后系统开展了三萜皂甘、C27-甾体皂甘、C21-甾体皂甘、环烯醚萜甘、苯丙素配糖体的研究并形成优势和特色的研究领域。其代表性研究是著名中药材三七的四环三萜皂苷的新结构、生物转化、活性成分、化学分类、规范种植研究、成为三七产业化可持续发展的科学依据。该研究组研发出了三七化学工程与综合利用的深加工工艺,建立了三七、当归、云木香的规范化种植物试验基地,并于2002年8月由科技部进行了验收,完成了重楼等五种药材的标准品制备,正进行质量控制标准的制定。

吴大刚和罗晓东研究员系统研究了天然杀虫植物——印楝的化学成分及活性,从中分离鉴定了1000余个化合物,其中50余个新化合物。研究结果表明印楝素异构体azadirachtinin具有与印楝素等同的拒食活性,且较稳定。并实现了azadirachtinin由azadirachtin一步直接重排得到。发表论文46篇,有33篇被SCI收录。获国家发明专利和《农药临时登记证》各1项。在此基础上,完成了12%和20%两种印楝素原药的生产工艺流程,完成了其产品化学和质量标准,现正申报两个原药的《农药临时登记证》;0.3%印楝素乳油杀虫剂获得农业部《农药临时登记证》。

天然药物研究是该所传统优势研究领域之一。经过中科院“八五”、“九五”、“十五”三个天然新药重大项目的支持,昆明植物研究所在创新天然药物研究领域取得了长足进展,一批课题进入临床或临床前研究的后期阶段,结构新颖、生物活性较强的化合物不断发现,形成了可持续发展的态势。其中具有特色的是天然抗艾滋病药物的研究。中科院昆明植物所及中科院昆明动物所联合成立了“抗病毒天然药物联合实验室”,并与北京地坛医院保持了密切的合作,将天然产物化学与药理和临床研究形成统一的模式,将明显加快新的抗病毒活性物质的发现。“复方SH”已在泰国注册,复方“奇士乐”将在2005年底完成临床前研究,一类新药“SL”计划在2006年完成临床前研究,炭球菌素、五味子内酯等若干化学结构新颖、抗病毒活性好、选择指数高的先导化合物的发现,必将推动抗艾滋病天然药物的研究。

这些应用性研究项目,充分体现了昆明植物所时时把为人民群众服务、促进经济建设放在心上,其中不少项目已与相关产业结合,步入产业化阶段。

实基础 持续发展

昆明植物所以科学发展观统领全局,以建设重大创新平台为突破口,以为国家发展服务为目标,使科研事业不断持续发展。

2004年11月29日备受科技界关注的国家重大工程项目“中国西南野生生物种质资源库”在中国科学院昆明植物研究所内破土动工。自然界丰富的生物种质资源是人类赖以生存的物质基础,与人类的生存和发展密切相关。人类所面临的粮食问题、能源问题、疾病问题、贫困问题和环境问题都与生物种质资源的利用有直接或间接的关系。而野生生物种质资源是栽培植物和其它人工养殖或培养生物的巨大资源库,也是培养新品种的物质基础。因此,保护和利用野生生物种质资源将对我国消除贫困、发展经济、实现农业和农村的可持续发展起到积极的作用。1999年8月8日,吴征镒院士致信朱镕基总理,建议尽快建立中国西南野生生物种质资源库。朱总理十分重视这一建议,对该信作了重要批示。根据朱总理的指示,云南省委、省政府和中国科学院当即责成云南省的有关部门和中国科学院驻滇有关单位,抽调有关专业人员组成“中国西南野生生物种质资源库”前期工作组,开展项目的前期工作,国家计委、科技部、财政部、农业部、国家林业局、国家环保总局等有关部委局对野生生物种质资源库建设项目十分关心,给予了积极支持,并提出许多有益的建议。经过近5年的反复科学论证和准备工作,2004年3月9日,国家发改委正式对该项目作了批复。中国西南野生种质资源库占地5.3公顷,将包含种子库、植物离体库、微生物库、DNA库、信息中心和植物种质资源圃等,项目总投14800万元,总建筑面积9700平方米,将保存19000种种质资源。该项目在第一个五年内将达到6450种66500份株/丛:在10~15年内,将建成具有重要国际影响、亚洲一流的野生生物种质资源保存设施和科学体系。

中英共建丽江植物园也是该所的一项重要基础建设。丽江由于地理位置特殊、海拔高差,生物种资源十分丰富,特有种类繁多,位于全球生物多样性的热点地区和中国种子植物的特有中心,仅玉龙雪山地区就有种子植物145科785属3200余种,其中很多是享誉世界的名花、名药材和国家重点保护的珍稀濒危植物,是研究和保护中国植物资源不可多得的地区。昆明植物研究所与英国爱丁堡皇家植物园有着长期的友好合作关系,特别是双方均致力于高山亚高山植物资源的保护和研究。1999年下半年,江泽民主席在访问英国期间,高德年大使曾与江主席谈及有关丽江植物园一事,得到了江主席的赞许。吴征镒提出的建立“野生生物资源种质库”的设想中,也将在丽江建设植物园作为中国西南野生生物种质资源库项目建设的内容之一,它将为种质资源库提供丰富的种质资源,使其成为可持续发展的活的种质资源库。丽江植物园将在5年内初步建成横断山地区高山植物的种质资源圃、高山植物集中的科普展示和生态旅游园区,并向公众开放。收集保存2300种27000份高山、亚高山植物种质资源,并以横断山区特别是滇西北的特有植物、珍稀濒危植物、花卉和药用植物以及主要高山群落的建群种为特色。其中迁地保护和回归(reintroduction)的植物种类不低于100种,引种滇西北高山珍稀濒危或特有植物500种,引种繁殖横断山区主要植物群落建群种100种。建成杜鹃花专类园,从英国爱丁堡植物园收集的中国植物中回归中国杜鹃花20种,10到15年内,全园植物种数争取超过4000种。

该所坚持科技创新为主线,园区建设为基石,经过几年建设,相当于发达国家中等水平的科研园区环境已现雏形;他们从实际出发,确定了边拆边建,通过先筹措资金拆除散乱、零星、不成规模的建筑,先行改造建设文化广场,推动促进研究所整体园区建设。先后建成了:(1)科技信息中心,极大地方便了科研人员文献资源的查阅,提供了优质、高效、丰富、详实的现代化网络和科技信息服务;(2)物业综合服务楼,功能布局既可满足科研服务,又可便于后勤社会化服务管理;(3)文化广场及国家重点实验室园区绿化,建成了包括网球场、篮球场、活动场、职工活动中心及绿荫环抱凉亭的文化广场;国家重点实验室周边绿地成荫、四季花开、景灯装点,形成研究所园区的一个亮点;(4)标本馆改扩建工程,新馆已投入使用,全部建成后的网络系统与国际先进发达国家同步,并与国际联网,容量及速率可满足高保真文字图像的传送和收发,便捷国际科研交流;(5)研究生公寓改造一期工程。并正在实施新建科研综合楼工程和基础设施改造工程。

山川草木皆为路,科技创新任我行。现在,昆明植物研究所已制定了知识创新工程更宏伟的目标,正在为建设国际一流植物学研究基地大踏步前进!

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