摘要：随着我国对同步辐射生物大分子晶体学实验手段的需求日渐迫切，1999年北京同步辐射生物大分子晶体学光束线与实验站的建造正式启动，2003年通过验收并正式向用户开放运行，该线站不仅可以满足用户开展各种常规的大分子晶体衍射实验，而且可以提供单波长和多波长异常衍射实验手段（SAD、MAD）。

　　一、建设同步辐射生物大分子晶体结构分析实验线站是我国生命科学发展的迫切需求

　　研究生物大分子（以蛋白质为主）结构与功能的关系一直是生命科学研究的前沿领域，具有显著的基础性、战略性和前瞻性。20世纪末随着人类及大量模式生物基因组计划的完成，生命科学的研究无论是规模还是速度都有了极大的飞跃，对蛋白质结构测定的需求也空前增长。

　　目前测定蛋白质结构最有效、最常用的方法是X射线单晶衍射方法。而同步辐射因其具有高强度、高准直性、能量连续可调等一系列优点，从一开始就成为蛋白质结构研究的强大工具。目前几乎所有重要的蛋白质结构X射线衍射实验都是使用同步辐射装置进行，因此近年来在世界范围中用于同步辐射生物大分子结构研究的光束线和实验站急剧增加。生物大分子晶体结构研究已成为国际上同步辐射应用的最重要部分之一。

　　我国的生物大分子晶体学研究起步于60年代中期，并于70年代初测定了猪胰岛素空间结构，成为当时世界上少数几个掌握了用Ｘ射线方法测定生物大分子晶体结构的国家之一。但近十几年来，由于各种条件的限制，拉大了我国在该领域与国际发展的间距，没有自己的同步辐射晶体学探测手段是其中的一个重要制约因素。大量衍射数据经常需要依靠国外同步辐射装置收集，时间和样品的限制使很多重要的研究工作丧失领先的优势。随着我国成为国际结构基因组项目成员国，对同步辐射生物大分子晶体学实验手段的需求更加迫切。

　　北京同步辐射装置在90年代投入使用后，一直期望能为我国生命科学的发展提供支持，但由于光源性能、经费等方面的限制而始终未能实现。1999年，经过正负电子对撞机的不断改造，储存环的性能有了显著提高，同时国家经费的投入力度也有了大幅度的增长。在BEPC改进与未来发展专项资金的支持下，北京同步辐射生物大分子晶体学光束线与实验站的建造正式启动。

　　二、全力以赴保证生物大分子光束线和实验站的建设成功

　　生物大分子晶体衍射实验因其自身特点对光束线性能要求很高，尤其是当前测试大分子晶体结构的主流手段--多波长异常衍射实验（MAD），不仅需要有高的光束强度、好的能量分辨率，而且对强度和能量的稳定性也提出了很高的要求。作为北京同步辐射实验室建设的第一条高性能、单色聚焦的光束线，如何在尽量短的时间内保证其顺利完成是对全体项目成员的严峻考验。

　　生物大分子晶体学线站项目组主要由北京同步辐射实验室年轻同志组成，大家基本都是首次参与大型工程设计任务。肩负重担更加激发了人们的斗志和热情，压力转化为动力，使得大家更加全力以赴的投入到紧张的工作中去。

　　工程进行的过程也是不断学习和提高的过程。对于项目中出现的众多新课题，都是经过学习、调研和反复研究、讨论而一一加以解决的。例如超长压弯镜箱是项目中的核心光学部件，由于是国内第一次设计、制作，具有相当的难度。通过对北京、合肥和上海已有工作基础的学习、借鉴，并调研、参考了美国、欧洲和日本的相关设计经验，结合我们自己的具体情况，最终确定了简便、实用的设计方案。

　　科学的设计和管理是工程任务顺利完成的重要保证。在项目设计、实施中，学习、使用了大量科学的设计手段：用光学追迹程序设计光学系统、分析各光学元件的姿态及误差影响；使用有限元分析软件模拟、计算各种热负载影响和镜面压弯效果；此外对屏蔽辐射的计算、对真空系统的计算、对光学调试方案的设计和计算等等，都力争做到合理、周全，在各个方面保证设计和建设的准确有效。

　　在项目实施期间，北京同步辐射实验室成立了工程总体组，对包括生物大分子晶体学线站在内的项目进行工程化的管理--涉及从设计、进程到订货、招标、加工、验收等各个环节，对项目的顺利进行发挥了重要作用。

　　生物大分子晶体学线站建设项目使北京同步辐射室的科研、工程队伍充分得到锻炼，为后续工程任务提供了宝贵的人才与技术储备。

　　北京同步辐射生物大分子晶体学线站于2000年3月立项，2000年11月通过设计报告，2002年6月完成光束线与实验站的建设，2002年11月完成线站设备调试，12月初开始试运行，2003年通过验收并正式向用户开放运行。

　　该线站不仅可以满足用户开展各种常规的大分子晶体衍射实验，而且可以提供单波长和多波长异常衍射实验手段（SAD、MAD）。在不到3个月的同步辐射专用光运行中，已先后接待了来自7个单位16个课题组的用户开展实验研究，测试了数百个样品，获得了近4万张衍射图谱，百余套完整数据。其中一些重要的研究工作，如生物物理所对植物捕光蛋白结构的测试、清华大学对SARS病毒主蛋白酶复合物结构的研究都取得了突破性进展。

　　三、从线站建造到北京同步辐射生物结构平台项目的建设

　　北京同步辐射实验室生物大分子晶体学实验线站投入使用后，其性能与作用受到用户单位的高度评价。经专家测试，目前线站的性能指标已经接近国际上第二代同步辐射生物大分子晶体学线站的水平。

　　为了弥补北京高能所第一代同步辐射装置光源性能上的先天不足，就要在线站运行、实验方法和数据分析方法上挖掘潜力，形成自己的特色。

　　由于同步辐射应用是一个科学目的十分明确，而设备和方法学发展又十分关键的领域，因此物理学家与生物学家、化学家、工程师、自动化专家等各有关方面专家的共同参与是至关重要的。脱离终极研究目的，设备和方法学的发展容易流于单纯指标的追求，难中要害；而没有设备和方法的不断改善，生物学家难以走到国际竞争的前列。

　　2001年，冼鼎昌院士根据同步辐射应用学科的特点和发展规律，提出"IMA"的指导思想--即设备（Instrumentation）、方法（Method）和应用(Application)要有机的结合。

　　在这一思想的指导下，根据生命科学的发展特点和需求，结合北京同步辐射实验室的具体情况，以生物大分子晶体学线站为主体的北京同步辐射生物平台建设开始启动。在平台建设中，生物大分子晶体学线站作为主干，密切针对用户需求，不断提高自动化程度，完善数据处理和样品操作环境，以多波长反常衍射方法为主，高效地进行生物大分子结构测试和分析；同时结合其他同步辐射实验设施和方法，如圆二色、XAFS、小角散射、荧光等线站，在硬件上作适当改进以满足生物大分子结构研究的要求，发展相应的技术及方法，使之可以完成对从质量较佳的蛋白质晶体到低浓度蛋白质溶液在不同精度上进行结构分析。另一方面，改进生物大分子三维结构测定方法及解析效率的方法研究也提上日程。这样，以生物大分子晶体学光束线与实验站的建造为起点，一个综合型的同步辐射生物平台建设全面展开。

　　生物大分子晶体学线站的建成并投入使用在为我国蛋白质结构研究工作提供了必要工具与手段的同时，也开拓了北京同步辐射新的应用领域，围绕同步辐射生物平台的建设，一系列重大项目纷纷启动（中科院重要创新性方向项目、自然科学基金重大项目等），生命科学平台的建设和应用也成为高能所重要的发展学科之一。

　　点评：北京同步辐射实验室生物大分子晶体学实验线站的建站工作紧密结合国家需求，工程总体组在时间紧、任务重的情况下，运用科学的设计和管理手段，协同攻关，按期建成线站，为我国蛋白质结构研究工作提供了必要工具与手段。

（多学科中心 刘鹏）