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陈峰:微藻界的“Steven Chen”

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陈峰在演讲

陈峰,国际欧亚科学院院士、美国医学与生物工程院院士、国际食品科学院院士、深圳大学高等研究院院长、广东省党外知识分子联谊会副会长、广东省欧美同学会副会长、广东省侨联委员。2017年,被科睿唯安评为全球高被引科学家,2018和2019年,被爱思唯尔评为中国高被引科学家;申请和获得授权专利34项(包括4项美国专利和2项PCT国际专利);现任8个国际学术期刊编委。

2020年12月1日,北京人民大会堂,陈峰又收获了一份荣誉——中国侨联第八届“中国侨界贡献奖”一等奖。“这个奖项,是祖国对我们这些留学归来的知识分子的肯定和鼓励。”陈峰说。

数十年来,陈峰潜心微藻研究,早已名扬全球微藻界,在业界奠定了自己的学术地位。尤其是他在国际上率先提出利用异养方式规模化高密度培养微藻,以生产高附加值功能性食品成分及藻类生物能源,这一创造性的革新,对微藻的规模化生产影响至深。当有人要涉足微藻领域时,同行常常会建议他们向Steven Chen(陈峰的英文名)请教。陈峰在微藻界的影响力可见一斑。


不甘平庸,留学深造

从小到大,陈峰都是一个很有想法的人。

小时候,他调皮捣蛋,但一直没有拉下功课,成绩总是名列前茅。中学时,正赶上“文革”闹得轰轰烈烈,扰了学堂的清净,读书不再是正业,班里的同学们都搞起了文艺,只有上午上课,下午都跑去排练。后来,他的一些同学踏入文艺圈,有的还成了职业音乐人。那个时候的陈峰没有随波逐流,虽然他学了一手好琴艺,但他很清楚,音乐仅仅是自己的兴趣爱好,他更喜欢读书。刚上高一,他就定下了要考大学的目标。但那个时代的教育体系已被破坏得支离破碎,老师无法系统教导,书籍匮乏,但陈峰依然想方设法自学,终于在1979年考上了华南工学院(现为“华南理工大学”)。选专业的时候,喜欢钻研的陈峰选择了应用性强的工科方向——微生物工程专业,因为感觉“很新颖,挺前沿”。

大学毕业后,陈峰被汕头防疫站录用,主要负责食品安全监督。“不用做什么研究,比较清闲的工作。”对于这份不少人艳羡的“闲差”,陈峰却不满足。他初入社会想大展拳脚的激情正被这日复一日、一成不变的安逸消磨着。他感到苦闷,寒窗苦读数载学习到的知识无用武之地,“现实工作与我向往的科研之路离得越来越远,我看不到前景。”在亲友不理解的劝慰声中,陈峰还是辞职了,去了汕头大学当助教。

回归校园,就像鱼儿回到了大海,没有了束缚,陈峰一边教书,一边规划着自己的未来。他很清楚,如果想在科研上有所作为,就有必要去国外历练一番。

有一年暑假,汕头有关部门请了外教培训当地的中学英文老师,活动在汕头大学举办。陈峰得知消息,留在学校与那些中学老师一起跟着外教学英文。一个暑假下来,陈峰的英文水平突飞猛进,为出国深造做好了准备。

20世纪80年代的中国,与国外的通讯还不发达,国人了解海外高校的渠道不多。“不像现在,有留学中介,或者打开电脑搜索一下,就能查到全球的留学信息。”陈峰说。他那个时候找出国留学的信息只有两个渠道:一个是到省图书馆查阅报刊,一个是找人推荐。幸运的是,陈峰的大学母校有一位老乡郭教授刚好从澳大利亚昆士兰大学读博回来。得知陈峰想出国留学,郭教授向他推荐了澳大利亚的4所大学。没有电脑, 陈峰用打字机打印了4封长长的英文自荐信,附上留学申请材料分别邮寄给了那4所大学。几周后,陈峰收到了昆士兰大学化学工程系、新南威尔士大学生物技术系的录取通知书,“他们都愿意给我奖学金”。陈峰最终选择了昆士兰大学, 因为昆士兰大学化学工程系是澳大利亚数一数二的院系。“如果郭教授是留美归来,那我可能就去了美国留学。”陈峰回忆说。那个信息闭塞的年代,可供选择的出国道路很少,他只能抓住当前的机会,选最好的专业去读。

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陈峰(前排左三)荣获中国侨联第八届“中国侨界贡献奖”一等奖


与昆士兰大学化学工程系系主任几次书信沟通商议后,陈峰于1987年远渡重洋赴澳大利亚留学。


挑战微藻,展露锋芒

留学期间,陈峰很是勤奋,每天如饥似渴地学习。导师一般9点才到办公室,他总是8点半就等在办公室门口,希望导师多给他布置任务。在选择研究方向时,大学时主修生物工程的陈峰,对微藻产生了浓厚的兴趣。

微藻是地球上最古老的单细胞微生浮游植物,存在了几十亿年,分布很广,在陆上、淡水、海洋、土壤、冰山、沙漠中都可以生存。中国对微藻的研究起步较晚,陈峰出国前也仅是在书本上知道这种生物,从未亲眼见过。而国外,尤其是美国,在20世纪四五十年代就有比较多的研究,微藻的开发价值很高,在医药、食品、化工、可再生能源等领域有着广泛的应用前景。

“地球上微藻品种最少有20万个,可能多达80万个,目前已知品种近5万种。”陈峰说。 如果可以大规模培养微藻,带来的价值将不可估量。但当时全球微藻学界都普遍认为,藻类属于自养型植物,即需要在光和二氧化碳的帮助下, 通过光合作用才能实现生物合成。“大家通常把微藻当成是植物,如螺旋藻,其普遍的培养方式是养殖于跑道池,以光能作为能源,就跟农户种菜一样。”陈峰说。他在澳大利亚读研究生的时候,学界对微藻培养的认识基本停留在“靠天吃饭”的光合自养培养模式。

喜欢挑战和创新的陈峰,没有止步于业内当时的科研成果,他想探索更多的可能性。

陈峰在大学时期深耕微生物工程领域,对生物发酵研究得很通透。“细菌、酵母菌可以在发酵罐里培养,用糖类作为主要的碳源辅助生长。”触类旁通,陈峰大胆推测:微藻或许也可以用发酵方式培养。

“深海里也有微藻,但海的深处,阳光很难照射到, 所以微藻培养不一定需要阳光。”通过观察,以及研读大量有关微藻的文献和论文,整理出充分的理论依据,陈峰提出“异养培养”微藻的革新性理念。为证实自己的想法, 陈峰做了大量实验。他找人做了一个类似集装箱的密闭式实验空间,无光,温度可控。为了排除光这个因素,陈峰进行的所有实验几乎都是摸黑完成的,只在密闭的发酵罐里添加了葡萄糖作为微藻培养的养分。最终,实验结果证实了陈峰的判断。

陈峰将这一研究成果写成论文,投给了业内权威杂志《应用藻类学》。满心期待着业界认可的陈峰却收到了拒稿通知,该杂志主编、英国Durham大学教授BrianWhitton认为微藻不借助光合作用的异养方式是不可行的。

面对业内权威的质疑,陈峰摆出自己的实验数据,最终说服了Whitton教授,论文得以发表。多年后,Whitton教授还专门到香港大学当面邀请陈峰担任其杂志的编委,这是后话。从此,陈峰在世界微藻界展露锋芒。

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陈峰在实验室指导博士生及博士后开展研究

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陈峰在实验室指导博士生及博士后开展研究

陈峰提出的异养模式有四大优势:摆脱了传统养殖中对光的限制;所需的能源及碳源以廉价糖类提供,降低成本;在密闭的发酵罐中培养, 解决了被其他微生物污染的问题;培养过程中的温度、pH、营养物的供应等都能得到较好的控制,实现高细胞密度培养,从而促使微藻产业从农业提升到生物技术层面,引领和推动微藻的规模化生产。

近十几年的实践证明,微藻异养由于具有可控性更适合工业化生产。目前,国内外最成功的微藻生产均属异养的方式。


逐梦前行,勇攀高峰

学成归来,陈峰第一站选择了香港大学。

“当时内地在生物工程等前沿学科的研究基础还是比较薄弱,研究条件也比较有限,更缺乏研究氛围。”痴迷微藻研究的陈峰希望能有进一步的突破,恰好,“东方之珠”的香港拥有良好的科研环境。从讲师到副教授、教授,又先后担任香港大学植物学系主任、生物科学学院执行院长,陈峰在香港大学深耕了17载,在微藻学界闯出了一方名气。从微藻藻株的分离筛选、生理直到它们在医药、食品、能源等领域的应用,陈峰的研究也越来越深入,迄今已发表300多篇SCI论文,被引用25000余次,学术产出H指数达到85。

随着中国近年来经济发展不断提速,内地科研环境日益改善,且有充足的研究经费保障和政策支撑,中国对世界高精尖人才的吸引力越来越大。2011年,陈峰由国家人才计划引进回到内地,北京大学向他抛出了橄榄枝。看好内地广阔的前景和开放的环境,陈峰携家带口赴京上任。凭借着中国最高学府的平台,陈峰大展拳脚,在生物资源工程研究上更上一层楼,将微藻研究做到世界最前沿。

2018年,陈峰再次逐梦前行,来到中国改革开放的最前沿——深圳,受深圳大学校长李清泉先生之邀,出任深圳大学高等研究院院长。深圳,是粤港澳大湾区城市群中科技创新能力最强、经济最活跃的城市,这里更为宽广的舞台让陈峰更兴奋。

在深圳大学,陈峰继续深入微藻研究,先后创建了“深圳市海洋微生物组工程重点实验室”“深圳大学食品产业创新发展研究院”,并承担了国家重点研发计划和广东省珠江人才计划项目在内的5000 多万元的科研专项,同时,将海外和北京大学的先进管理制度引入深圳大学,为科研和人才培养提供了更好的环境保障。

从香港大学到北京大学,再到深圳大学,陈峰初心不变,执着于在微藻事业上做更有影响力的事情。“以前我们的研究更多地停留在学术层面, 注重论文发表,错过了很多科研成果的转化。”陈峰说。但在国外,不少教授除了搞学术,同时注重将研究成果产业化,“有的教授甚至是几十家公司的股东。”如今,国内的“产学研”有了更宽容的社会氛围,政府也鼓励有前景的科研成果产业化。这让工科出身的陈峰更加激动,他着力将自己的研究成果产业化,让研究变得对社会更有价值。

DHA是人体每天必须摄入的重要营养成分之一,同时也是婴儿奶粉中强制添加的营养素,是缓解心脑血管疾病和神经退行性疾病的功能成分。20世纪90年代末,一种新型DHA生产方式出现,即微藻DHA,所得产品品质远优于传统的鱼油DHA。该技术被美国马泰克公司垄断,进口至中国的微藻DHA油每吨售价约170万元。2000年,陈峰带领国内某企业打破了美国的技术垄断,使得微藻DHA油的价格下降至每吨30万元。目前,该企业是继马泰克公司后全球第二个利用微藻规模化生产高纯度DHA藻油的公司,实现了微藻DHA在中国的产业化,建立了年产1000吨微藻DHA生产线。这一技术的突破,造福了中国广大消费者。

陈峰还研究突破了植物不能积累虾青素的瓶颈,将微藻的虾青素合成系统引入到番茄中,首次实现以番茄为细胞工厂高效合成虾青素。这项研究大大推进了微藻基因在农作物中产生功能活性成分的可能性和进度,具有重大的经济和社会价值。

攀登科学的高峰,陈峰永不止步。