央廣網北京9月23日消息 今年的9月23日是第五個中國農民豐收節。如今，種子常常被形容成是農業的“芯片”。那麼，為了讓我們吃得飽、吃得好，種子“芯片”是如何優化“代碼”的？包括轉基因技術在内的育種技術安全嗎？沒有人類幹預的野菜、野果真的更夠味兒嗎？農作物的“科幻照進現實”什麼樣兒？

中國之聲、央視頻攜手中國科協青少年科技中心，推出全媒體科普欄目——大師課堂《科學家講科學》。20位院士名家暢談熱點事件，為公衆科普答疑。

本期中國科學院院士、中國植物學會理事長種康帶我們走近神奇農作物。

野菜、野果更夠味兒？

人類按照自己的生存需求對野生植物進行控制并開發利用，這個過程就是對植物的馴化。比如，栽培番茄由野生醋栗番茄馴化而來，在馴化和培育過程中，其果實增大了百倍。FW2.2是讓其果實變大的主要基因之一。

原本的馴化基本是以千年的時間跨度來計，而遺傳學等科學技術的發展，大大縮短了植物的馴化周期。種康院士介紹：“我們知道了控制性狀的一些關鍵因子，而且能夠操作這些因子，所以，能夠很快達成馴化的目标。原來馴化需要幾千年的時間，現在幾年就可以做到。”

當然，在對不同植物的馴化過程中，人類所遇到的問題不盡相同。但是，種康院士表示，如今，人類基本能夠馴化所有植物。

對于這個過程，科普作者“植物人”史軍認為，它并不是單向的，人類同時也被植物所塑造。“比如，很多時候人類用火實際上是為了解除植物的防禦性武裝。而且，把種子烹饪後食用更易消化。植物也偷偷操控着人類的行為。”史軍進一步解釋。

在人類想盡辦法馴化野生植物的同時，有人卻“懷念”野生的味道，比如，野菜在很多人看來是新鮮又夠味兒的代表。

對此，種康院士介紹，野生植物除了甜之外的風味大都是其次生代謝産物。而在追求高産的育種過程中，可能會使其次生代謝降低，造成一些風味的減少。而如今的育種已經不再隻追求高産了。“過去幾十年育種的目标主要是高産，但随着社會的發展，育種目标也開始轉向，在追求高産的同時，也要追求好吃和健康。”

對于偏愛野菜、野果的人，史軍也提醒：“這些風味很多都是野生植物為對抗惡劣環境，特别是防止被食用而産生的。野生的不一定就好。”

地裡直接長出“地三鮮”？

最近兩年，預制菜的概念大火。其實，在過去對農作物的科學幻想中，人們就憧憬過更前端形态的“預制菜”。比如，在一株植物上，地上部分結茄子，地下部分長土豆，距離一盤“地三鮮”隻差青椒了。如今，這樣的幻想正在一步步走進現實。

種康院士介紹，近期研究表明一個關鍵酶（β-1,4-葡聚糖酶）活性能夠促使親緣關系較遠的物種成功嫁接。“現在已經可以做到地上結茄子，地下結土豆了。在技術思路上，更進一步的結辣椒等其他作物也是可行的。”不過，他也指出，要能産業化，和市場相關聯則還要走比較長的路。

轉基因技術是重要育種手段

育種是通過創造遺傳變異、改良遺傳特性，來培育優良動植物新品種的技術。廣義上講，生物育種技術的發展經曆三個主要時期：原始馴化選育(1.0版)、雜交育種(2.0版)、分子育種(3.0版)。智能分子設計育種（4.0版）則是育種的未來方向。

種康院士介紹，轉基因技術，包括基因編輯技術，是很重要的育種手段，而且，在分子設計育種中也是很重要的工具。

1983年世界首例轉基因植物問世。自1996年轉基因作物産業化種植以來，全球累計種植轉基因作物超過400億畝。截至2021年2月，有40多個國家和地區進口轉基因農産品。不過，仍有消費者對其安全性有擔憂。

對于人們對轉基因農産品安全性的顧慮，種康院士介紹，全世界現在種轉基因糧食作物的地區很多，目前為止，沒有一例報道稱其與某種疾病直接關聯的嚴密實驗證據或論文。“人工馴化和育種的過程實際上就是一個轉基因的過程。宏觀來講，遠緣雜交就是把一個物種的基因放在另一個物種裡，成百上千個基因就過去了，然後看能夠得到什麼樣的性狀。”種康院士解釋道。

有人也将雜交稱為“轉基因的前世”。相比之下，在使用轉基因技術時，人們能夠精确地知道某個基因可以實現什麼效果，也隻對該基因進行操作。種康介紹，番木瓜環斑病毒可以在10年内就讓全球番木瓜産量減少90%。目前，99%以上的番木瓜是轉基因抗病毒番木瓜，轉的是病毒的外殼蛋白基因。

甚至，野生的植物中就有天然“轉基因”的。2017年發表的一項研究數據顯示，研究人員在291個栽培紅薯（六倍體）的樣品中，都發現了有4個基因與農杆菌（Agrobacterium）的基因同源，而這些基因在紅薯的野生祖先那裡卻沒有出現。也就是說，在紅薯的起源演化過程中，大自然通過農杆菌給它進行了轉基因。“正是這些包含細胞分裂素、生長素的基因才讓紅薯的塊根膨大，變成紅薯。”種康介紹。

分子設計育種打造“六邊形”農作物

種康院士及其團隊的研究重點之一是通過分子設計的方式改良水稻品種，使其遇到低溫也一樣能夠存活，不影響産量。目前，已發現水稻耐低溫關鍵基因COLD1在籼、粳稻之間存在明顯差異，COLD1中單個核苷酸變化能明顯改變水稻的耐寒性。并且，與錢前院士合作，基于分子模塊設計技術路線，将COLD1分子模塊組裝培育出了雜交稻品種嘉禾優7号，于2020年通過國家稻品種審定。據介紹，這一品種不光有較好的耐寒性，還同時保留了高産、抗病等其他優異性狀。種康表示：“育種要全能冠軍，而不是一個單項冠軍。單項冠軍沒用，要找到多個性狀的一個最佳平衡狀态，綜合能力才強。”

分子設計育種是當前育種技術發展的一個重要方向，種康院士表示，分子設計育種必須和計算機科學、人工智能和數學緊密結合起來。

不過，尋找唯一的最優品種并不是分子設計育種的目标。種康院士表示，保護、保存基因組多樣性和本土品種同樣十分重要。“從育種策略上講，‘雞蛋放一個籃子’是最危險的，一旦遇到不可預測的病害，可能危及整個品種。”

（文中圖片為受訪者提供）

監制丨高岩

策劃丨郭靜

編審丨富赜

主持人丨楊揚

編輯丨劉飛、潘雨薇

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