施履吉

施履吉（1917~2010）男，細胞生物學家，江蘇儀徵人。1917年10月26日出生。1940年畢業於浙江大學，獲浙江大學園藝系學士學位。1944年畢業於浙江省大學理產研究院，1951年獲美國哥侖比亞大學動物系理學博士學位。1955年回國后，歷任和兼任中科院實驗生物學研究所、一物物理所、動物所、微生物研究所、遺傳所、北京生物學實驗中心副研究員、研究員，浙江大學、杭州大學、復旦大學教授等，后曾任中科院上海細胞生物學研究所研究員和復旦大學兼職教授。1980年被選為中科院院士（學部委員）。主要從事胚胎化學、分子生物學、染色體生物學方面的研究工作。早年曾用高精度、高靈敏度定量定位法為胚胎髮育雙梯度理論提供了可靠的證據。其是國際上最早發現細胞質內有DNA存在的科學家之一。50年代第一次建立了用卵作受體細胞的，為高等動物遺傳轉化打下基礎；以微注射為引入方法所構成的系統，並發現注射到卵內的分離染色質能組裝成細胞核樣結構。近年來證實了核仁蛋白質參與中期染色體的組裝；對染色體鞘蛋白的組分及著絲粒進行了系列分析研究，獲得並克隆了著絲粒DNA。建立了小鼠著絲位DNA文庫；1985年提出以動物個體尤其是哺乳類的乳腺作為生物工程發酵罐並與其合作者獲得了轉基因動物。先後在國內外發表論文共四十多篇。

長久以來，在形態上觀察到了兩棲類的受精卵和早期胚胎存在頭尾和背腹兩個梯度，但在胚胎學界對其在生理上是否也存在兩個梯度一直有爭議。施履吉以背部內陷之前的原腸期胚胎為材料，經精確切割分成區域，並用靈敏度高的懸沉子測定儀測定各區域獲得了頭尾和背腹的呼吸梯度這一結果，得到了學術界的公認。在這一研究工作中，他同時也發現這兩個梯度的形成主要不是由於活性細胞質的呼吸強度的差異。這期間，他還發現背唇對外胚層誘導時呼吸率也增高。在豹蛙和日本林蛙雜種中，外胚層的反應能力和背唇的誘導能力都有缺陷時，外胚層的一切區域里呼吸作用也受到抑制。

兩棲類早期胚胎髮育中有頭尾和背腹兩個梯度的確認，結束了化學胚胎學和實驗胚胎學者間的長時間爭論。這一觀點多年來一直為多種胚胎學教科書、專著及有關論文所引用。

20世紀50年代初，許多證據說明基因物質就是DNA，DNA的分子結構已發表，每個基因組的DNA含量恆定性也被發現，細菌中用DNA進行遺傳轉化的研究工作已相當深入，人們認為遺傳轉化就是外源基因或DNA片段置換了宿主細胞相應的基因或DNA片段。然而基因組的DNA分子與染色體及染色體上的細胞器的關係尚不清楚。因為染色體與基因、細胞及個體都是密切相關的，施履吉以染色體為主線將遺傳與發育聯繫起來，提出兩個研究課題：高等動物染色體的人工合成和遺傳轉化。1955年，他回國后即著手籌備進行這兩個課題的工作。

高等動物染色體的人工合成。染色體有三個基本特性：（1）自我複製；（2）染色體個性的保持；（3）子染色體精確地分配給兩個子細胞。當時，自我複製的定位（DNA複製起始點的存在）尚屬未知，但他已推測是基因固有的特性。關於染色體的個性，由於麥克林托克的研究已定位於染色體的末端（現稱為端粒），而特性（3）則定位於著絲粒上。他設想在著絲粒和端粒的基礎上構建染色體。因此，染色體的合成可歸結為先分離著絲粒和端粒，以及把它們與DNA複製單位組裝在一起。根據博維里對蛔蟲的研究，生殖質和體質分離時染色體都斷裂為許多小染色體，休斯日施拉德及里斯等用X射線切斷具有分散著絲粒的染色體成小染色體后都可以複製，並被分配到子細胞中去。因此，他認為分離著絲粒是可行的，他設想先提取總染色質，然後研究剪切的染色質及其DNA，最後是組裝的DNA注射到受精卵后的行為。他推斷這樣具有著絲粒的染色質片段在受精卵發育成胚胎時應能擴增，而其他不具有著絲粒的片段在細胞分裂過程中則會丟失。這樣著絲粒片段會因胚胎髮育而被富集后，再從胚胎中分離。

高等動物的遺傳轉化。他認為必須轉化到受精卵，這樣才能使胚胎所有細胞或大多數細胞都具有置換的基因，在表型上有所顯示。為此，1957年，他一方面從蘇聯引入黑色和白色的美西螈；另一方面用黑斑蛙受精卵進行第一階段的工作，用顯微注射提純的染色質和DNA，先找出一個對正常個體發育沒有影響的DNA的注射量，然後再在這基礎上進行正式的黑白美西螈的遺傳轉化研究，以避免因注射過量而導致異常甚至不能發育。1957～1958年，他注射同源染色質或DNA至蛙卵，發現超過一定量後會產生各種異常的胚胎，異常胚胎出現的比例隨著注射量的增大而遞增。他還注射提純染色質到受精卵，發現前者可以在卵內組裝成細胞核。

正當他用美西螈提取DNA進行深入的遺傳轉化，用蛙DNA作核組裝，以及剪切染色質等進行著絲粒增殖研究時，由於“文化大革命”他的工作被迫中斷。1957～1958年的工作，說明他是國際上第一個意識到用受精卵進行多細胞動物遺傳轉化的人，也是國際上第一個發現提純染色質可以組裝成細胞核的人。

1976年“文化大革命”結束后，他和他的合作者及學生恢復了高等動物染色體的人工合成和遺傳轉化的研究，並結合現代生物學的進展情況，對過去的設想作了修改，擴大了思路，增加了新的研究內容。將以上考慮歸納在一起，1981年他提出高等動物染色體遺傳信息改造的研究計劃，分兩個部分：第一部分是高等動物染色體的人工合成，在中國科學院的支持下，“六五”期間開展第一階段計劃“著絲粒的結構與功能的研究”，在富集、分離、檢測和鑒別著絲粒等方面作了深入研究，闡明了著絲粒結構與功能。“七五”期間開始進入第二階段“真核染色體型載體的研究”，建立了富集著絲粒DNA的方法，利用富集著絲粒DNA含有著絲粒DNA進行了著絲粒DNA的克隆，建立著絲粒DNA文庫及幾種檢測方法，並與陳常慶教授合作已將合成的小片段及連接小片段為較大片段的端粒DNA克隆到PUC18及PUC19中。這項工作仍在繼續深入研究中。第二部分，關於高等動物的遺傳轉化，結合現在的動態和條件，將研究對象從兩棲類轉為哺乳類，建立了家兔個體表達系統。

1980年，國際上轉基因小鼠試驗成功。1983年，施履吉考慮轉基因研究與生產實際相結合，修改了原先研究遺傳轉化的實驗材料，改為探討用高等哺乳動物個體代替生物反應器的可行性。1984年，他考慮到基因工程產品的成本很高，主要是生物反應器（即精密的發酵罐）投資很大。另外，生產基因工程產品中培養液的費用也相當大。因此，他提出把家畜看作一個發酵罐，以家畜的飼料代替價格昂貴的培養基，藉此解決降低基因工程成本。這是國際上首次提出以家畜個體表達系統當做生物反應器。他提出這個設想后。1986年，在他的主持下，組織了中國科學院上海細胞生物學研究所、發育生物學研究所和江蘇農學院、生物物理研究所、遺傳學研究所等6個單位的科技人員，開始實施“哺乳動物個體表達系統的研究”。當時以轉基因牛為對象，以兔為假母保存牛轉基因受精卵。牛個體表達系統各關鍵工藝的環節大部已建成，但因經費不足而中斷改為建立兔的個體表達系統。他考慮到轉基因兔的應用，選用乙肝病毒表面抗原基因作為轉化基因。

轉基因動物的生產是複雜的工藝體系。首先，構建了含乙肝表面抗原基因的兩種載體，通過顯微注射導人供體兔受精卵雄性原核，然後將它移入受體兔（假母）的輸卵管進入子宮發育，直至分娩出轉基因兔。獲得的轉基因兔經分子雜交和免疫酶標方法測定，57%具有整合的乙肝表面抗原基因，32%的血液中有此抗原基因的表達產物。這些結果顯示用轉基因動物代替生物反應器，以降低遺傳工程產品的生產成本的設想是完全可行的。從家兔的實驗結果來看，轉入的外源基因能遺傳至子代以及能在子代中表達。在轉乙肝病毒表面抗原基因兔的子代中73.3%含有整合到親代的基因，15.4%有此基因的表達，表明利用轉基因，能克服種間壁壘（對常規育種技術而言），培育出用常規育種方法所不能育出的新品種。這項科技成果，對家畜育種、哺乳動物基因工程等有重要意義，獲1990年中國科學院科學技術進步一等獎。

1917年10月26日 生於江蘇省儀征縣。

1940年 畢業於浙江大學園藝系，獲學士學位。

1941～1942年 在貴州鄉政學院園藝系讀研究生。

1946～1948年 在美國哥倫比亞大學植物系讀研究生。

1948～1951年 在美國哥倫比亞大學動物系讀研究生兼助教，獲哲學博士學位。

1951～1952年 任美國哥倫比亞大學動物系副研究員。

1953～1954年 任美國哥倫比亞大學生物化學系研究員。

1955年6月 回國。

1955年9月～1955年10月 任中國科學院實驗生物研究所副研究員。

1955年10月～1959年 任中國科學院生物物理研究所副研究員兼室主任。

1959年～1963年 任中國科學院生物實驗中心負責人、研究員。

1973年～1978年 任中國科學院遺傳研究所研究員。

1978年～ 任中國科學院上海細胞生物學研究所研究員，兼任復旦大學教授，浙江大學教授、室主任，杭州大學教授。

《家兔個體表達系統的建立》（《遺傳學報》施履吉等） 1993, 20: 122-134.

著名細胞生物學家、中國科學院院士，全國政協第五、六屆委員，中國科學院前北京生物學實驗中心創始人，中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所研究員施履吉因病醫治無效，不幸於2010年12月14日12時06分在上海華東醫院逝世，享年94歲。

施履吉教授是一位傑出的科學家，他熱愛祖國，澹泊名利，學識淵博，遠見卓識，耕耘不息，是我國細胞生物學事業的主要推動者之一。他力推科學前沿，提攜青年才俊，輝煌的一生為科學事業，尤其為我國的生命科學事業做出了重大貢獻。

《科學時報》評：施履吉是一位傑出的科學家。他熱愛祖國，淡泊名利，學識淵博，遠見卓識，耕耘不息，是中國細胞生物學事業的主要推動者之一。他力推科學前沿，提攜青年才俊，輝煌的一生為科學事業，尤其為中國的生命科學事業作出了重大貢獻。

施履吉，1990年獲中國科學院科技進步一等獎。

1991年獲"七五"國家科技攻關重大成果獎。

1998年10月獲何梁何利基金"科學技術進步獎"。