在一座没有农村的城市当“农民”是什么样的体验？突破世界级育种难题，用两克种子代替两百公斤薯块，科学家们是怎么做到的？
本期先行，让我们一起走进中国农业科学院深圳农业基因组研究所“优薯团队”，看这群深圳“农民”如何用一粒种子，解开马铃薯繁殖育种难关的“密钥”。
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研究员化身“农民”心系作物
试验试种 探索马铃薯大规模种植
2月16日早上八点，眺望佛山马铃薯种植基地，农田枝叶正茂。前两天，这里刚经历完连续的低温天气和小雨。这位走在田埂上的“农民”，是来自中国农业科学院深圳农业基因组研究所“优薯团队”的研究员程旭。带着对田里马铃薯会爆发晚疫病的担忧，今天一大早，他就立即从深圳大鹏驱车奔赴至这片260公里外的农田。来到试验田，程旭和他的同事们正逐一检查马铃薯的状况。这是继“优薯1号”问世以来第一次成规模的大田种植，正处于最关键的阶段，为此程旭频繁往返深圳和佛山两地，时刻关注基地的情况。前两天的低温天气让一些马铃薯挂上了霜，程旭和学生急切交流马铃薯的情况。在了解马铃薯冻伤面积不大，生长发育健康后，程旭才终于松了一口气。2021年12月加入中国农科院基因组所合成生物学研究中心的程旭，在“优薯团队”中，负责挖掘微生物组对马铃薯健康保护、生长促进的作用机理和应用技术。这项工作，对马铃薯未来实现大规模种植至关重要。中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员程旭介绍，团队目前的工作主要是试种，一是看“优薯1号”能不能种出来以及能不能适应土壤条件。二是看种出来的品质是否符合论文中的描述，即干物质含量高、薯肉呈深黄色、胡萝卜素含量高。如果试种成功，将加速马铃薯产业化推广进程。马铃薯是我们日常生活中餐桌上的常客。与其他作物不同，传统马铃薯不靠种子繁殖，而是靠薯块进行无性繁殖，这不仅繁殖系数低、运输储存成本高，还易感病虫害。为了彻底解决马铃薯产业面临的问题，中国农科院深圳基因组所黄三文团队联合国内外优势单位发起了“优薯计划”，旨在用二倍体马铃薯替代四倍体、用种子繁殖替代薯块繁殖、用基因组学和合成生物学指导马铃薯育种，彻底变革马铃薯的育种繁殖方式，让中国乃至全世界的人吃上更高产、更优质的马铃薯。“种子不携带病毒和病虫害，从种植的角度来看，使用种子繁殖对农户、对环境都是更可持续、更绿色的方法。此外，种子也更易储存、运输，因此从整体上看，种子繁殖更有前景。”程旭说道。眼前这一颗颗根茎有力、颜色鲜黄的马铃薯，便是“优薯计划”的产物。经过6年的不懈努力，时间来到2021年6月24日，有着里程碑式意义的一天。这天，国际顶级期刊《细胞（Cell）》杂志在线发表了题为“杂交马铃薯的基因组设计”的论文，这是“优薯计划”实施6年来的一次里程碑式的突破，从本质上彻底改造了马铃薯。成果发表以后，在全球范围内引发轰动。
传统四倍体马铃薯的育种周期是10-15年，而现在借助“优薯团队”的全基因组设计育种，可缩减到3-5年。同时，繁育系数提高1000倍，也就是说现在仅需要2克种子，就可以种植出一亩地的马铃薯。“这项成果意味着我们中国的科学家团队在局部的科研领域上，实现了领跑。”程旭对“优薯计划”信心满满。新的成果，也带来新的压力。如何把科研论文写在祖国大地上，发芽开花，是科研工作者需要思考的问题。
“我们有一个很重要的使命，就是成果要落地。在培育新品系的过程中，我们要先把技术和方法摸索出来，当新品系进入市场时，我们才能有配套的规程和技术。”程旭表示。
在“优薯团队”的“根据地”——深圳大鹏中国农科院深圳综合试验基地，这里的试验田共种植了20余种新品马铃薯。据了解，马铃薯的整个植株分为地上部分和地下部分。当中地上部分和其他多数植物一样，具有茎、叶、花、果实，果实里面还有种子。当生长到一定时期，茎的顶部会开花，落花以后会结果实。“这就是马铃薯的花，有白色、紫色等不同颜色。它开完花以后，地上部分会结马铃薯的果实，果实里面就有它的种子。”程旭向记者科普。毕业于荷兰瓦赫宁根大学的程旭，有着近20年的海外科研经历，是农业微生物领域的行业专家。2021年8月，程旭收到黄三文研究员的邀请，选择归国加入中国农科院深圳农业基因组研究所，成为“优薯团队”的一份子，从实验室走到试验田，开启了新的科研探索。“我以前研究的是微生物怎么样让作物生长得好、生长得健康。从这个角度来看，正好与优薯种子、幼苗的需求相契合。我觉得这是一个难得的机会，可以把有益微生物对植物的生长和健康，融合到优薯计划的未来发展中。”程旭介绍。为了尽快融入团队，来到深圳基因组所的第一天，程旭就直接下了田，跨界成了位 “农民”，积累一线的工作经历，为基础研究工作拿到第一手反馈信息。他形容自己投入工作的过程像“充电”，并且是“快充”，要在短时间内迅速掌握相关的技术。田里的情况，始终是他所记挂的。“但凡田里要是有风吹草动，还是有些担心的，因为整个团队投入成本很高，大家都投入了很多心血，我们时刻关注着田里的情况”。两年间，程旭从实验室走向田间地头、再走进试验田，多年深耕在微生物领域的科研人，如今也变成了对马铃薯品性了如指掌的“农民专家”。但新生事物的成长总是艰难的，想要走出一条科研新路，就需要认准方向，不断探索。“这是非常有挑战，也很难实现的事情。其实每个人都在想办法，只不过我们团队考虑到了一个新的解决思路，那就是对基因组的深度挖掘。”程旭和他的团队对“优薯计划”从未质疑过，也从未放弃过。马铃薯是全球最主要的粮食作物，也是我国第四大主粮食，因此，马铃薯育种是各国科研团队争相突破的课题。在全球粮食危机的背景下，“优薯团队”的“种子”能否尽快遍地发芽，实现种源“卡脖子”技术的攻关，科学家们需要和时间赛跑。
“全球都是在发展进步的，我们不能等。虽然我们取得了阶段性的成果，但是还有很多东西需要我们继续努力去攻关、去追赶，然后再去寻找机会，最后希望能反超或者共同促进、共同发展。”内心笃定，坚持钻研，程旭和他的团队始终一路向前。
他们研发了多种栽培技术并同步推进：一类是用种子培育出微型薯进行种植；另一类是将种子育苗后进行大田移栽。目前，这两种方法都已展现出试种的潜力，长出了颗颗果实。据悉，育苗移栽在田间的成活率达到95%以上，团队提供了丰富的种植方案，但还有需要继续攻克的问题。在多种栽培技术中，“优薯计划”的最终目标是实现种子直接播种，这是一种崭新的种植模式，也是难度最大的栽培技术，研究团队已经启动马铃薯种子的直接播种测试实验。
田间地头，程旭带着几名头顶草帽的学生正在俯身刨地。考虑到未来农业种植的实际应用，他们用了人工和机械两种不同方法进行种子直接播种。
“我们正在摸索种子直接播种，最终实现拿杂交马铃薯的种子代替薯块来种植。这对我们来说是新挑战，因为种子直接播种受很多复杂因素影响，比如播种的时间等，这是我们的第一次尝试，要争取各个地击破。”程旭表示。
“一抬头天黑了”已经成为了科研人的生活。天虽黑，路虽远，但奋斗能被看到、被认可，成为人们往前走的底气和勇气。初夏时分，位于深圳、佛山的马铃薯田迎来收获，最终实验结果达到了预期目标。与此同时，“优薯团队”也在马铃薯杂交育种技术上取得了重要突破。
5月4日，优薯团队最新发表的论文再次登上国际学术期刊《细胞》，大大加速了杂交马铃薯育种进程，该研究成果标志着我国在马铃薯育种理论和技术上站在了世界领先地位。
在深圳这座千万级人口的大型城市，每年农产品和食品消费量巨大，95%以上的农产品和食品依赖对外采购，迫切需要农业和食品领域的科技创新和制度创新，为深圳农业食品安全供给构建可靠的保障体系。“马铃薯解决的不仅是深圳的问题、广东的问题，还是中国的问题，甚至是世界的问题。”程旭认为。
过去9年的时间里，基因组所从最初的3人小组，发展成如今1000多人的规模，许多像程旭一样的优秀科学家选择加入基因组所，并相继实现了水稻、杂交马铃薯、番茄、黄瓜等多个重要农作物育种的重大突破。据了解，中国农业科学院深圳农业基因组研究所在深圳的大力支持下，成立了六大研究中心，提出了九大重点任务。目前，基因组所联合深圳市相关部门提出了建设“深圳国际食品谷”建议，规划已得到市政府批复。“未来，会有更多的前沿技术研究成果落地生根，在各个主产区开花结果。”中国农业科学院深圳农业基因组研究所副所长王桂荣介绍。“优薯计划”不断取得突破的背后，是科研工作者不懈的努力和创新。
从深圳大鹏埋下的粒粒种子，在不久的未来，也将丰收在大江南北的田野之上。
（图片来源 / 中国农科院基因组所）