中國熱帶農業科學院院長黃三文于2023年11月22日當選爲中國科學院院士。對于黃三文而言，這是實至名歸！

這位紮根蔬菜研究領域30多年的科學家，率領他的科研團隊，揭開了馬鈴薯、西紅柿、黃瓜等多種蔬菜的奧秘，發現了沒有苦味的黃瓜、找回了兒時味道的番茄、用種子栽培的馬鈴薯……這其中，很多是突破性乃至世界級科技成就。

一、尋找苦味開關，親嘗18萬枚黃瓜苦葉片！

現在，市場上黃瓜品種琳琅滿目，再找到一根苦黃瓜可是不容易了。因爲我國科學家現在研究培育的黃瓜品種具有高産、抗病害、口感好、外形好等優點，並且苦味“開關”可以關閉。

在2018年度國家科學技術獎勵大會上，黃三文研究員帶領團隊開展的黃瓜基因組和重要農藝性狀基因研究獲得2018年度國家自然科學獎二等獎。

圖片來源：農民日報

“黃瓜的葉子保留著苦味，這是爲了防禦蟲害、保護自己。”據黃三文介紹，研究發現，黃瓜的苦味是由葫蘆素引起的，極低量的葫蘆素就能引起明顯的苦味，比典型的苦味劑咖啡因還要苦100倍左右。

爲了找出控制黃瓜苦味的基因，改善黃瓜風味，黃三文團隊決定嘗試，並選取基因組較小的黃瓜作爲實驗品。他們包下一片黃瓜試驗田，采用基因誘變的方法，種植了6萬多株黃瓜。

“爲了讓老百姓少吃‘苦’，我們科學家們多吃‘苦’。”黃三文說。

在那個炎熱的夏天，黃三文團隊20余人，組成“品嘗天團”，把 6 萬株黃瓜的葉片都嘗個遍，每株需要獨立品嘗3次。“爲了避免錯覺，吃一口黃瓜葉要漱一次口，每株黃瓜都由3個人共同判斷，相當于我們總共吃了18萬片葉子。”他們每個人抱著一大瓶礦泉水，嘗一口黃瓜，喝一口水漱嘴，再接著嘗。連吃二十幾天，團隊成員們的舌頭都麻木了。

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最終，他們將60000株黃瓜，180000枚苦葉子逐一嘗下來，終于找到了2株不苦的葉片，意味著這2株黃瓜的葉片開關失靈，種子則被非常金貴地保存了起來。依靠這2株研究材料，團隊找到了控制黃瓜葉片苦味的開關，對照其結構和功能在果實中尋找，又“順藤摸瓜”地找到了控制黃瓜果實苦味的開關。

2007 年，蔬菜花卉所自籌經費發起了國際黃瓜基因組計劃，其研究成果在 2009 年 11 月的《自然·遺傳學》（Nature Genetics）上作爲封面文章發表。

2009 年，黃瓜基因組框架圖繪制完成，這是世界上第一個蔬菜作物的全基因組序列圖，也是第一個用新一代基因組測序技術完成的植物基因組，標志著我國蔬菜作物的基因組計劃，實現從“跟跑”到“領跑”的跨越。

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基于上述發現，通過精准分子育種，科研人員們培育出雌花多、産量高、葉苦抗蟲、果實不苦的“蔬研”2號、5號、12號系列品種，成功解決了華南黃瓜品種變苦而喪失商品價值的生産難題，並利用雌花控制基因提高了産量，累計推廣約100萬畝，創造約80億元的經濟價值，取得了顯著的社會效益。

下一步，團隊還將解決“黃瓜越來越沒有清香味”的問題，讓百姓吃上更“精准美味”的黃瓜。

二、番茄品種命名爲“深愛”系列

2014 年，黃三文團隊和美國科學院院士 Harry Klee 合作，開始研究番茄。

“這些年科研聚焦在番茄抗病性、産量等方面，卻讓番茄漸失風味。”黃三文將目光轉向消費者，尋找“兒時的美味”，“風味研究最複雜，首先要知道什麽是風味，然後了解控制風味的遺傳密碼是什麽？”然而，食物風味的評價標准複雜多樣，難以統一，導致相關研究一度陷入困境。

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爲了解決這個難題，他們邀請了 170 位不同年齡、性別的消費者對番茄進行品嘗，最終確定了 33 種主要風味物質，首次闡明了番茄風味的遺傳基礎。2017 年，這項研究成果發表在國際頂級學術期刊《科學 （Science）》上，並入選了當期封面文章。2018 年，《番茄育種對果實代謝組的改變》登上了《細胞（Cell）》。有關番茄的科研成果還入選了 2017、2019 年中國農業科學重大進展及“十三五”農業科技標志性成果。

這無異于找到了控制番茄風味的鑰匙。接下來，通過科學家與農藝師的攜手辛勤勞作，“深愛”系列美味番茄誕生了。

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截至目前，運用無土栽培技術育種的“深愛”番茄已培育至深愛15號，以櫻桃番茄爲主，不同品種間充分體現出了既要好吃又要滿足差異化需要的理念，各具特色、難分伯仲。

比如粉紅色的深愛1號，形如初生雞蛋，大小介于大果番茄和櫻桃番茄之間，是市場上不多見的中型果，初吃不是特甜，但回甜強，口留余香，南北方均適合栽培；深愛2號則是深紅靓麗的櫻桃番茄；深愛5號糖度高，但抗病性也強，含有10個抗病性標記；深愛7號串型好、回味甜；深愛8號表皮超薄、入口即化；深愛12號是黃色品種，深愛13號是橙色品種，深愛15號則是咖啡色品種。

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三、突破創新

揭示馬鈴薯基因組變異和演化規律

種植一畝地馬鈴薯從需200千克薯塊到僅需2克種子，不僅畝産量相當，且口感軟糯、色澤深黃，富含類胡蘿蔔素和幹物質含量，這個具有裏程碑式意義的雜交馬鈴薯，被命名爲“優薯1號”，是“優薯計劃”取得的重大突破。

圖片來源：中國農科新聞網

番茄基因組秘密破解後，黃三文團隊重點目光聚焦到了馬鈴薯上。

01、爲什麽研究馬鈴薯？

馬鈴薯是世界上最重要的塊莖類糧食作物，全球有13億人口以馬鈴薯爲主食。8000多年前被馴化至今，馬鈴薯一直依靠薯塊進行無性繁殖。這也導致了馬鈴薯繁殖系數低、種植成本高、容易病蟲害等問題。此外，由于馬鈴薯基因組的複雜性，育種過程很慢，全世界還有上百年的老品種仍在大面積種植。

用種子繁殖取代薯塊繁殖，已成爲全球科學界的一致奮鬥目標。

02、什麽是“優薯計劃”？

2015年，在農業農村部、中國農科院和深圳市的支持下，基因組所聯合雲南師範大學等國內外優勢單位發起了“優薯計劃”，即運用“基因組設計”的理論和方法體系培育雜交馬鈴薯，用二倍體育種替代四倍體育種，並用雜交種子繁殖替代薯塊繁殖。這是馬鈴薯育種和繁殖的新底層技術，是對馬鈴薯産業的顛覆性創新。

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03、中國科學家突破了哪些難題？

在這場馬鈴薯的“綠色革命”中，有2個“卡脖子”問題：自交不親和與自交衰退。

圖片來源：中國農科新聞網

自交不親和是指植物自花授粉後不會産生種子的現象。黃三文團隊通過基因組編輯技術敲除了控制馬鈴薯自交不親和的基因，篩選到了這一基因的天然突變體，並克隆了來自野生種的自交親和基因，徹底解決了自交不親和的問題。第一步，首先解決了自花授粉後不會産生種子的問題。

自交衰退是指生物在自交之後出現生理機能的衰退，表現爲生活力下降、抗性減弱、産量降低等。科學家表示，由于長期無性繁殖，馬鈴薯累積了大量隱性有害突變。一旦自交後，這些突變就會顯現出來，導致“自交衰退”。

借助基因組設計，“優薯計劃”已獲得了純度達99%以上的高純合度自交系“優薯1號”，它的後代與上一代基本完全一樣。通過小規模種植試驗，“優薯1號”的畝産量已接近3000千克/畝。具有顯著的産量雜種優勢，同時還具有幹物質含量高和類胡蘿蔔素含量高的特點，蒸煮品質佳。

黃三文表示，“優薯1號”還需要改良抗病性和光周期的適應性，讓雜交馬鈴薯不僅能在南方栽培，還能在北方栽培。

圖片來源：中國農科新聞網

“如果用四倍體育種，周期是10到15年，但是用種子育種，周期縮短到3至5年，只有之前的1/3。”黃三文表示，育種周期越短，馬鈴薯的遺傳改良就能進入快速叠代的軌道。

據規劃，“優薯計劃”已完成了第一個“五年計劃”，培育出首個概念性品種“優薯1號”，接下來的第二個“五年計劃”和第三個“五年計劃”將分別解決産業化涉及的關鍵問題，開始小規模推廣，以及培育出一系列滿足市場需求的新品種，開始大面積推廣。

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這些成果證明了“種子化”馬鈴薯在理論和實踐上的可行性，雜交馬鈴薯基因組設計育種技術被評爲2021年中國農業農村重大新技術，曾被袁隆平院士譽爲“顛覆性創新，將帶來馬鈴薯的綠色革命”。

種優則糧豐

向科研路上“追光者”致敬!

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