星友小传 | 2014级星友诸颖研究员&2021级星友宋青峰

创业 2025-01-03 17:01 上海

愿人生最好的时光与同步辐射难解难分

——访2014级星友诸颖研究员

诸颖

中科院上海高研院基础交叉中心

本期“每期一星”要跟大家见面的诸颖，来自中科院上海高研院基础交叉中心，2008-2018年，她在中国科学院上海应用物理研究所担任助理研究员、副研究员、研究员，被评为上海市青年科技启明星（2014年度）；2018-2023年，她在中国科学院上海高等研究院任研究员，获国家优秀青年基金（2020年度），2023年6月起，她加入上海大学材料生物学研究所工作，任Bone Research、Cell Proliferation等多份国内外著名期刊编委，被聘为上海市科学技术普及志愿者协会青年科普专家。她先后主持了多项国家自然科学基金项目、科技部国家重点研发计划课题、973项目课题等，近年来以第一作者/通讯作者身份在Nature系列期刊、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等领域内重要期刊发表论文50余篇。自诸颖2004年到上海应物所读研，她的个人职业、事业发展始终与应物所，与同步辐射紧紧连在一起，备尝过艰辛、困顿之苦之人才更能品鉴收获之果的甘甜，让我们一起走近她吧！

诸颖出生于1981年，江苏无锡市人，是中国第一代独生子女。诸颖的父亲是高级工程师，妈妈则是相夫教子的典范。诸颖1999年进入南师大生物科学国家理科基地班， 2003年毕业后，她通过了所在基地班的综合评定，保送至中科院上海应用物理所硕博连读。由于诸颖本科的生物学背景，他选择加入主攻纳米生物学、碳纳米材料生物效应研究的李文新课题组。诸颖是李老师带的最后一个学生，四年后他就退休了，当时在美国做完博后研究回所的黄庆老师接棒李老师成为课题组负责人。黄老师的主攻方向也是纳米生物。

2008年诸颖博士毕业后入职黄老师课题组。2009年上海光源通光运行，2012年樊春海老师和黄庆老师找到诸颖，希望她今后全身心投入做利用同步辐射探索生命奥秘这件事。2012年诸颖首先想到并提出的三氧化二砷（俗称“砒霜”）能否从可治愈急性早幼粒白血病的特效药拓展到实体瘤这件事。为扩大同步辐射的应用，她想找到一种可以“看”的药，她找到了坤，砷是可看见的元素，符合同步辐射的应用，又与药有关，且坤可以治疗白血病已广为人知，其分子机制在于这种砷剂药物能选择性诱导白血病细胞的程序性死亡（凋亡）。然而，砷剂药物对于实体瘤的治疗效果较为有限，原因在于实体瘤细胞中的癌细胞的自噬水平较高，与凋亡形成拮抗，阻碍了实体瘤细胞进入程序性死亡。在樊老师的指导下，诸颖就想若能借助同步辐射的“探知”本领，探究砷剂这种传统中药的抗病机理，进而找到某种能抑制实体瘤细胞自噬的纳米材料使之与砷剂混合，或可将其从白血病的诊疗扩展到实体瘤。诸颖以此申请到国家自然科学基金面上项目：三氧化二砷纳米材料复合物抗肝癌效应同步辐射研究，项目经费70万，为期三年。这也是诸颖首次涉“药”的课题。起先并不顺利，研究的第一步是要把纳米金刚石（一种粒径约200纳米的团簇）载上三氧化二砷，但两者一直结合不起来，后来诸颖就把两者混起来去研究机理，运用同步辐射看到了砷剂与纳米材料在物理上是相互独立的，证明了它与传统的纳米材料不一样的载药机理：两者在细胞内代谢耦联，促进了实体瘤细胞的程序性死亡。2018年10月19日的《自然-通讯》在线刊登了樊春海、诸颖和王丽华为共同通讯作者的文章“纳米金刚石自噬抑制剂变构改善了基于砷的实体瘤治疗”，该文提出了一种将纳米金刚石与砷剂联用的方案，并在肝脏肿瘤的试验性治疗中展示出很好的效果：在肝原位肿瘤小鼠模型上的结果显示，肝肿瘤缩小达91%（而单用砷剂药物的对照组仅缩小28%）。联合治疗组小鼠在150天内的存活率为100%，且晚期肝癌并发的症状明显减轻。治疗结束后，80%小鼠继续存活20周以上。这一得益于同步辐射完成的研究工作为扩大三氧化二砷介入实体肿瘤的治疗提供了新思路。

诸颖2014年入选启明星计划的工作是基于同步辐射的探针应用。同步辐射装置通光后一直没有类似的探针，这种关键工具的缺乏大大制约了对所探测的生物样品功能的探究。同步辐射不仅要做生物样品的结构探测，还要介入生物样品功能的研究。诸颖及其同事从2013年开始做探针，其间经历无数次失败，包括光不稳定，终于调整稳定后又要筛选光的成像能量，中间还调整过化学反应试剂、配比等等，这样的状态坚持了6年多，直到2020年才在《国家科学评论》（National Scinence Review）上发了首篇文章，这也是同步辐射X射线显微成像遗传标记探针领域零的突破。2016年，诸颖被破格评为研究员。

2020年是诸颖在学术上取得爆发式增长的一年，也是赶在截止期前入选了国家优青的一年。这一年，诸颖拿到了国家自然科学基金的原创探索项目，特别强调从0到1的探索。诸颖的申请是基于同步辐射的组织液流动界面的微纳结构研究。利用同步辐射可以有希望看到这种组织液流动界面的微纳结构。这个获批的探索性研究是与北京医院合作共同实施的，一旦通过研究对可能存在的这样一种循环有所了解后或会对人体及其疾病的理解提供一些新的视角。而对诸颖而言，得到这种探索性研究的机会不仅能满足作为科学家的探究兴趣，还能继续拓宽同步辐射的应用疆域。

一个田间长大的孩子和植物光合效率提升的故事

——访2021级星友宋青峰

宋青峰

中科院分子植物科学卓越创新中心副研究员

宋青峰，2009年本科毕业于上海交通大学，生物信息学专业，获学士学位。2014年在中国科学院大学获博士学位。2014年至2017年在中科院上海生命科学研究院，任职助理研究员。2017年至今在中科院分子植物科学卓越创新中心，任职副研究员。发表论文论著30余篇（第一作者或责任作者14篇）；参与编写《光合作用研究技术》论著；已授权实用新型专利10余项，申请发明专利2项，软件著作权2项；主持项目7项；实现科技成果转化2项（2018、2021年）。入选2021年度“上海市科技启明星”计划，2021年入选中国科学院特聘研究岗位技术骨干，两次（2017、2019年）荣获分子植物育种大会优秀墙报奖。任in Silico Plants杂志编委，Frontiers in Plant Science 期刊审稿编辑。一个在田间长大的农家子弟，希望通过提高植物光合效率助力我们的粮食安全和碳中和目标早日实现，抱定这样的目标，研发了“植物工厂蔬菜光合效率检测机器人”成功入选2021年启明星（C类）计划，让我们一起走近他吧！

1986年出生的宋青峰是在吉林松原农村田间长大的孩子，父亲是小学教师，母亲是农民。除了上学，他的很多时间就是随母亲干农活。他的学习成绩一直比较好且稳定，他对学到的物理学上的一些名词术语或概念，如摩擦力、能量转换、惯性等不仅能偶进行背诵，还会结合生活场景做概念的推演，在脑海里生成一幅应用场景。高考后他被录取至上海交大生命科学技术学院新设的生物信息专业，大学期间主要学习植物表型组学、计算机软硬件、编程的课程。大四时因为专业学习和毕业论文需要，他前往中科院计算生物学研究所（中科院与德国马普所共建）实习，实习过程中认识了他的博士生导师、对他学术生涯有重要影响的朱新广老师。

朱老师的研究方向是光合作用模型，目标是通过数字化和模型化植物的光合作用，找到提高效率的方法。在5年硕博的前一半时间里，围绕论文涉及的光模拟，宋青峰先后开发了光线追踪算法以及多物理场模型，模拟了以水稻为对象的冠层光强分布，以及多物理场（温度、热力、流体等）过程等，并利用计算机模拟风速、水汽、二氧化碳浓度等水稻田生长环境。这个光模拟过程涉及：实验中照到每一片叶片上的光强，再结合其光合转化率，算出冠层整体二氧化碳的固定速率，即冠层光合作用速率。

为了验证模型的准确性，设计冠层光合气体交换测量系统（一米见方的测量箱，待测植株放入箱体后，通过测量箱内空气中的二氧化碳变化速率来测得冠层光合速率）成了当务之急。宋青峰制作出这样一台比较简陋的原型机，并得到了一些数据，测量对象是盆栽植物（水稻和烟草），测试的结果支持了他这一模型的合理性。后来他带着测量箱到松江试验田里测量，得到的数据也验证了模拟实验结论。

为了实现自动化测量和24小时连续检测，宋青峰前后设计了四五个测量系统，其间难度在于箱体的密闭性要好，还要轻便、透光性好，如果在野外测试还要稳定性好。在宋青峰博士毕业那年，“植物冠层光合气体交换测量系统”终得问世，该测量系统样机在2015年的工业博览会上展出，并受到了同行的关注和需求。目前已经实现了多通道全自动测量，并在国内外多家科研单位得到应用。

在成功开发冠层光合气体交换测量系统后，新的问题出现了：如何准确测量影响冠层光合效率的多种因素，特别是植物株型结构的影响。当时株型测量仅限于一维或二维，无法提供植物的三维结构数据，这对于完整理解植株数据至关重要。因此，宋青峰和团队开发了“多视角植物三维光合表型系统与计算模型”，以获取植物的三维结构信息，包括叶片角度、株高、生长速度等，并研究其背后的基因调控。

这个多视角系统由中科院植物生理生态所和中科院上海技术物理所合作攻关，于2018年问世。它具备三维结构、多相机、多视角获取并整合信息等特征，使得对植物冠层结构的更深入、更细致的数据获取成为可能。宋青峰比喻说，获取植株的空间结构信息相当于对人体进行CT扫描。有了这个系统，测量一株植株的时间从半小时缩短到1分钟，大大提高了测量速度和结果的稳定性。

在朱新广教授的带领下，宋青峰的团队在两三年内不仅专注于冠层三维结构测量，还利用高光谱成像技术实现了叶片光合效率的高通量获取。这项技术能够在几秒钟内采集并计算包括叶片氮素含量和光合参数等数据，显著提高了获取三位株型结构和叶片光合参数的效率。宋青峰解释了表型组与植物光合效率的关系，指出表型组是基因型与环境相互作用后在植物形态和生理功能上的表现，特别是那些影响冠层光合效率的表型，如植物的三维空间结构、叶片尺度的光合效率、形态结构和生化特性等。目前，他们已建立了玉米、水稻、小麦、大豆等主要作物的冠层光合模型及表型测量技术，并将在松江实验基地展示和应用这些技术。

启明星

1991始

协会

启明星，寓意是拂晓时分，东边天空闪耀明亮的金星。

启明星计划项目是我市科技人才培育工作中的一块“金字招牌”。自1991年设立以来，来自科研院所、高校、企业的3644余位优秀青年科技人才获得了支持，历年入选人员中共有25人当选院士，其中15人为中国科学院院士，10人为中国工程院院士；有242人入选国家杰出青年科学基金，268人入选国家优秀青年科学基金。启明星计划已经成为上海市高层次科技人才的“蓄水池”，产出了一大批重要的科学技术成果，在我国重大科学技术创新和重大社会活动中发挥了积极作用。

转载来源:科创启明星

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