谈家桢院士对张冬生特别器重，时刻关心着这个青年教师的教学和成长。
1960年，谈家桢推荐张冬生和自己的女儿谈曼琪去苏联留学，并一同先到北京外语学院学习俄语。舍不得张冬生的又红又专，半年后，谈家桢又通过教育部，把在北京外语学院学习了六个月俄文的张冬生，召回复旦大学，继续合作研究遗传学。
可以说，张冬生在学术道路上，受到了谈家桢的特别栽培。张冬生除了在遗传学上跟随谈家桢学习研究外，在政治上又常常探讨交流。
喜欢政治的张冬生发现，谈家桢治学严谨，追求真理，为人单纯直爽，在政治运动中很容易受到冲击。
1964年“四清运动”时，谈家桢和其他教授一起到农村接受贫下中农再教育。初跑到乡下，他见地里都是麦苗，便问农民说：“你们是不是最喜欢吃韭菜？为什么遍地都是韭菜”。
农民回答说：这不是韭菜，是麦苗呢！这一桩大生物学家的田间轶事，当时在复旦流传很广，可见谈家桢是位书生意气十足的个性中人。
但政治风云的变幻，让纯粹的科学家往往很受伤。
50年代初，苏联科学院遗传学研究所副所长努日金来华，强力推荐将政治与自然科学混为一谈的“米丘林——李森科”学说，前后共进行76次演讲，开28次座谈会，参加者达10万多人，意在打压被实验证明为正确的摩尔根学说。
努日金到上海后，指名要与“中国摩尔根”谈家桢“论战”。在当时巨大的政治压力之下，在“苏联老大哥”面前，谈家桢丝毫没有却步，他专程从杭州赶来上海“应战”，用有力的辩驳让对方碰了一鼻子灰。
在政治重压之下，谈家桢首当其冲，一次次地接受批判，一次次地被责令检查，甚至被剥夺了讲授遗传学的权利。
但是，身为科学家的谈家桢深信：科学总是科学，来不得半点虚假，真理最终是会越辩越明的。这时有人要他改教米丘林生物学，谈家桢宁可弃书不教，而是组织刘祖洞、项维、高沛之合译苏联大学的生物学教材，历时三年，1955年《生物学引论》在高等教育出版社正式面世。宣传达尔文进化论，他坚信其研究方向没有错。
张冬生曾动情地说，谈家桢是中国遗传学的一面旗帜，可即便是享有如此崇高学术声望的一代名家，在“文化大革命”初期，处境也照样十分险恶。他成为复旦大学生物学系第一个被斗的专家，身体饱受摧残。文革形势错综复杂，批斗手段五花八门，谈家桢又是出了名的书生意气。1966年7月，他的夫人傅曼芸终因不堪折磨，含冤离开了人间。
为了保护好自己的恩师，在文革中崭露头角的张冬生一次次借机帮助谈家桢。他对批斗谈家桢的红卫兵头头说：谈家桢是毛主席亲自保护的遗传学教授，你们不能违背毛主席的指令，让批斗他的红卫兵无可奈何。
有一次谈家桢在生物楼门前锄草，趁学生红卫兵不在时，马上向张冬生使眼色求助。张冬生领会恩师的心意，马上靠上前来。
谈家桢说：“我经常被批斗，还要从事繁重的体力劳动，实在吃不消，请想法跟我找领导请假，找人把我的情况反应给毛主席，我个人受苦事小，遗传学研究耽误不起呀。”
张冬生立即决定伸出援手。他借助和复旦大学革委会主任的交情，请其在谈家桢的病假申请书上作了批示，并向上反应情况。第二天，谈家桢的病假就得到批准。
1968年11月，正在农田里劳动的谈家桢看到张冬生走过来轻轻地对他说：您很快就会接到通知，从明天起您就可以不用到田里劳动了。从此，直至运动结束，谈家桢就再也没有参加田间劳动了。
据说是毛主席知道谈家桢的处境后，亲自指示保护好谈家桢：“应该让谈家桢搞他的遗传学嘛！”
湘人重情，湖湘文化的骨子里就流淌着情义的因子。文革期间，张冬生不仅帮谈家桢脱离了劳动改造的噩梦，对谈家子女也十分照顾。
当时，像谈家桢这样一类的名教授均被“斗鬼”过，子女一律到农村劳动改造，谈家桢的小儿子落户农村参加劳动改造。有一次，谈家桢想把儿子谈龙的户口迁回复旦，然后通过在美国读书时的关系，把谈龙送到美国留学的心愿告诉张冬生。
虽然文革时期斗争形势复杂，户口迁回上海已十分困难，何况是去美国留学。但张冬生对恩师，对中国遗传学大师谈家桢感情炽热，主动承揽此事。他拿着谈先生写的报告，亲自去找有关领导批示，果然一切顺利。1969年，谈龙如愿去了美国。
从一起合作任教到文革期间的患难帮扶，张冬生和谈家桢的个人关系非常密切，结下了深厚的情谊。打倒“四人帮”以后，谈家桢重掌生命科学院，后又升为复旦大学副校长。此时，因“文革”期间参加了“张春桥历史问题调查组”工作，张冬生已下放到四川八年。闻知昔日师长的谈家桢复出，张冬生喜出望外，相信自己的学术生涯也将迎来新的转机。
1978年春，张冬生从四川来上海出差，看望复旦大学党委书记王零，得知自己马上就可落实政策，回到复旦，特别高兴。他又登门拜访了复旦大学校长苏步青，看到满脸黝黑的张冬生，苏校长和夫人米子特别高兴，非常感谢曾经的救命之恩，要张冬生早点回复旦来工作。看望复旦大学副校长，生命科学院院长谈家桢时，谈家桢高兴地欢迎张冬生回到生物系：“我们正需要你这样有生物理论与实践的老师。”
在苏步青、王零、谈家桢的关心下，张冬生很快从四川农村回到复旦大学生物系。
谈家桢还是一如继往地关心和支持他的工作和生活，并安排他在复旦大学遗传教研组任组长。
