给作物“编基因”、让野草变“口粮”？植物科学家的硬核育种术

  在国家粮食安全战略升级的当下，“大食物观”已从主粮供给延伸至肉蛋奶等多元需求领域，而植物科技正是串联这些需求的关键纽带。对植物科技工作者而言，大食物观的提出既是挑战也是机遇，基础研究如何打破“实验室局限”，对接产业实际需求？青年学者如何选准方向助力粮食安全？

  植物科学百年里程碑：宏观与微观的“双轨突破”

  育种技术的演进离不开植物科学整体的发展，而学科发展的规律正是需求催生问题，问题推动创新。

  宏观维度的突破，是从“物种普查”到“分子进化”的认知升级。20世纪初，欧美国家率先启动植物资源普查。“同一植物在不同山头形态有差异，究竟是一个种还是两个种？”这一问题催生了“物种”的科学界定，分类学也由此成为当时的核心学科。唯有先厘清“植物是谁”，才能为后续育种、利用找到准确素材。

  中国的植物分类学研究，最早可追溯至20世纪30年代的零星研究阶段。新中国成立后，国家启动植物资源调查，300多位科学家联合系统研究，催生108册《中国植物志》巨著的诞生，这部著作厘清了中国2.7万种植物的“身份信息”，也成为应用导向基础研究的典范。

  1968年，“生物多样性”概念的提出，将植物研究与环境、人类健康关联，让分类学及其相关学科焕发新生；此后，分子生物学、群体遗传学与基因组学的发展，推动分类学向“分子进化生物学”升级，实现了“从形态观察到基因解析”的关键跨越。

  如果说宏观研究是“摸清家底”，微观研究便是“读懂机理”。过去百年，植物微观研究的三大里程碑事件奠定了分子遗传学的基础。一是植物组织培养技术，实现“一片叶子培育出完整植株”；二是冠瘿瘤机制的发现，科学家发现土壤农杆菌中的环状Ti质粒可导致植物形成冠瘿瘤，为基因转移提供了天然工具；三是DNA重组技术，实现“基因的定向转移与组装”。这三大技术推动学科从“描述性研究”走向“机制性解析”。

  中国科学家在这一领域的贡献同样显著。2003年，李家洋院士在水稻中克隆出控制分蘖数的基因MOC1，直接关联产量，成为植物分子生物学与农业结合的里程碑；2006年，武维华院士在《Cell》发表论文，解析钾离子从细胞外到细胞内的转运网络，突破了“单基因-单性状”的研究局限，实现了“多基因网络解析”的重要突破。

  从“知识积累”到“任务带学科”：植物科技的应用导向转型

  “基础研究不能一直停留在‘知识积累’阶段。被国外‘卡脖子’时，难道要等100年后再用？”种康直指当前植物科技的核心转型方向——从“跟跑”到“领跑”，从“知识积累”到“任务带学科”。

  1978年，中国植物科技界的核心任务是向西方学习——学习现代科学思维、实验方法、培养科研人才、建设研究平台。随着国家粮食安全、种业自主的需求日益迫切，植物科技的研究模式转向“任务带学科”，不再是“有什么技术就做什么研究”，而是“国家需要什么就攻克什么难题”。

  以“分子模块”的提出为例，2009年，中国科学院启动生物领域首个战略性先导专项。当时，面对“研究与产业脱节”的质疑，种康院士、薛勇彪研究员和段子渊研究员等科学家的思想碰撞，提出“分子模块”概念，即“控制复杂性状的主效基因或多基因网络，且可进行遗传操作的功能单元”。如今，“分子模块”已成为设计育种创新的核心思路——通过筛选优异等位基因，将高产、优质、抗病等性状的模块耦合，培育出综合性状优良的品种。

  研究模式的转型，也要求科学家主动调整研究方向。李家洋院士早期研究拟南芥，回国后迅速转向水稻，解析产量基因；当二倍体水稻产量接近极限时，又攻关“四倍体水稻快速驯化”。借助分子进化技术，将野生稻上万年的驯化过程缩短至数年。种康院士的研究也同样遵循这一逻辑，从最初研究小麦，到转向水稻基因组，再到十年前洞察到国家“肉蛋奶刚性需求”的迫切性，牵头开展饲草设计育种研究。“我的转型，是国家不同时期的需求推着我走。”这句话道出了科研工作者与国家发展的深度绑定。

  优秀植物科技工作者的核心素养：兴趣、坚持与报国情怀

  如何成为一名优秀的植物科技工作者？种康给出了“解题思路”。除了过硬的专业能力外，还需要具备四大核心素养。

  一是保持好奇心，兴趣是科学探索的“源动力”。20世纪70年代，号称“拟南芥之父”的马丁・柯尼夫（Maarten Koornneef）开辟拟南芥人工突变体研究系统，彼时无人认可，仅能在小众期刊发文，但他的坚持最终获学界认可，引领了植物科学研究前沿，彼时全球拟南芥突变体大多源自他的早期工作，有力地推动了植物功能基因组学的飞速发展。正是这份对植物性状的好奇心，让他在冷门领域开辟了新天地。

  二是培养敏锐的观察力，捕捉“转瞬即逝的现象”。“培养的材料，每天至少见一次面。”种康常对学生说。许多重大科研突破，正是源于对“异常现象”的敏锐捕捉。

  三是要持之以恒，穿越科研“黑暗期”。科研路上难免遭遇瓶颈，要坚信“黎明前的黑暗最黑，也最接近光明”。

  四是博学厚德、锚定报国情怀。“做科研，不能只盯着自己的小领域，要知道国家需要什么。”种康强调，博学不仅是“知识的深度”，更是“视野的广度”和“思考的多维度”——了解科学史、关注产业动态、把握国家需求，才能让研究更有价值。始终围绕“解决中国人的吃饭问题”，这份家国情怀，方能让科技工作者在科研道路上走得更稳、更远。

  （文章系“科学与中国”科普报告会暨中国植物学会“2025科普走四方”科普报告会种康院士的内容，记者武玥彤采访整理）