2023年11月22日，中国科学院公布2023年院士增选名单，中国热科院院长黄三文当选中国科学院院士。

　　这位扎根蔬菜研究领域30多年的科学家，率领他的科研团队，揭开了马铃薯、西红柿、黄瓜等多种蔬菜的奥秘，发现了没有苦味的黄瓜、找回了儿时味道的番茄、用种子栽培的马铃薯……这其中，很多是突破性乃至世界级科技成就。

　　寻找苦味开关，团队亲尝18万枚黄瓜苦叶片！

　　现在，市场上黄瓜品种琳琅满目，再找到一根苦黄瓜可是不容易了。因为我国科学家现在研究培育的黄瓜品种具有高产、抗病害、口感好、外形好等优点，并且苦味“开关”可以关闭。

　　在2018年度国家科学技术奖励大会上，黄三文研究员带领团队开展的黄瓜基因组和重要农艺性状基因研究获得2018年度国家自然科学奖二等奖。“黄瓜的叶子保留着苦味，这是为了防御虫害、保护自己。”据黄三文介绍，研究发现，黄瓜的苦味是由葫芦素引起的，极低量的葫芦素就能引起明显的苦味，比典型的苦味剂咖啡因还要苦100倍左右。为了找出控制黄瓜苦味的基因，改善黄瓜风味，黄三文团队决定尝试，并选取基因组较小的黄瓜作为实验品。他们包下一片黄瓜试验田，采用基因诱变的方法，种植了6万多株黄瓜。

    “为了让老百姓少吃‘苦’，我们科学家们多吃‘苦’。”黄三文说。在那个炎热的夏天，黄三文团队20余人，组成“品尝天团”，把 6 万株黄瓜的叶片都尝个遍，每株需要独立品尝3次。“为了避免错觉，吃一口黄瓜叶要漱一次口，每株黄瓜都由3个人共同判断，相当于我们总共吃了18万片叶子。”他们每个人抱着一大瓶矿泉水，尝一口黄瓜，喝一口水漱嘴，再接着尝。连吃二十几天，团队成员们的舌头都麻木了。

　　黄三文院士及其团队

　　最终，他们将60000株黄瓜，180000枚苦叶子逐一尝下来，终于找到了2株不苦的叶片，意味着这2株黄瓜的叶片开关失灵，种子则被非常金贵地保存了起来。依靠这2株研究材料，团队找到了控制黄瓜叶片苦味的开关，对照其结构和功能在果实中寻找，又“顺藤摸瓜”地找到了控制黄瓜果实苦味的开关。

　　2007 年，蔬菜花卉所自筹经费发起了国际黄瓜基因组计划，其研究成果在 2009 年 11 月的《自然·遗传学》（Nature Genetics）上作为封面文章发表。

　　2009 年，黄瓜基因组框架图绘制完成，这是世界上第一个蔬菜作物的全基因组序列图，也是第一个用新一代基因组测序技术完成的植物基因组，标志着我国蔬菜作物的基因组计划，实现从“跟跑”到“领跑”的跨越。

　　基于上述发现，通过精准分子育种，科研人员们培育出雌花多、产量高、叶苦抗虫、果实不苦的“蔬研”2号、5号、12号系列品种，成功解决了华南黄瓜品种变苦而丧失商品价值的生产难题，并利用雌花控制基因提高了产量，累计推广约100万亩，创造约80亿元的经济价值，取得了显著的社会效益。

　　下一步，团队还将解决“黄瓜越来越没有清香味”的问题，让百姓吃上更“精准美味”的黄瓜。

　　找回番茄“丢失的遗传力”

　　2014 年，黄三文团队和美国科学院院士Harry Klee合作，开始研究番茄。

　　“这些年科研聚焦在番茄抗病性、产量等方面，却让番茄渐失风味。”黄三文将目光转向消费者，寻找“儿时的美味”，“风味研究最复杂，首先要知道什么是风味，然后了解控制风味的遗传密码是什么？”然而，食物风味的评价标准复杂多样，难以统一，导致相关研究一度陷入困境。

　　黄三文院士及其团队

　　为了解决这个难题，他们邀请了 170 位不同年龄、性别的消费者对番茄进行品尝，最终确定了33种主要风味物质，首次阐明了番茄风味的遗传基础。2017 年，这项研究成果发表在国际顶级学术期刊《科学 （Science）》上，并入选了当期封面文章。2018 年，《番茄育种对果实代谢组的改变》登上了《细胞（Cell）》。有关番茄的科研成果还入选了2017、2019年中国农业科学重大进展及“十三五”农业科技标志性成果。

　　这无异于找到了控制番茄风味的钥匙。接下来，通过科学家与农艺师的携手辛勤劳作，“深爱”系列美味番茄诞生了。

　　截至目前，运用无土栽培技术育种的“深爱”番茄已培育至深爱15号，以樱桃番茄为主，不同品种间充分体现出了既要好吃又要满足差异化需要的理念，各具特色、难分伯仲。比如粉红色的深爱1号，形如初生鸡蛋，大小介于大果番茄和樱桃番茄之间，是市场上不多见的中型果，初吃不是特甜，但回甜强，口留余香，南北方均适合栽培；深爱2号则是深红靓丽的樱桃番茄；深爱5号糖度高，但抗病性也强，含有10个抗病性标记；深爱7号串型好、回味甜；深爱8号表皮超薄、入口即化；深爱12号是黄色品种，深爱13号是橙色品种，深爱15号则是咖啡色品种。

　　突破创新，揭示马铃薯基因组变异和演化规律

　　番茄基因组秘密破解后，黄三文团队重点目光聚焦到了马铃薯上。种植一亩地马铃薯从需200千克薯块到仅需2克种子，不仅亩产量相当，且口感软糯、色泽深黄，富含类胡萝卜素和干物质含量，这个具有里程碑式意义的杂交马铃薯，被命名为“优薯1号”，是“优薯计划”取得的重大突破。

为什么研究马铃薯？

　　马铃薯是世界上最重要的块茎类粮食作物，全球有13亿人口以马铃薯为主食。8000多年前被驯化至今，马铃薯一直依靠薯块进行无性繁殖。这也导致了马铃薯繁殖系数低、种植成本高、容易病虫害等问题。此外，由于马铃薯基因组的复杂性，育种过程很慢，全世界还有上百年的老品种仍在大面积种植。

　　用种子繁殖取代薯块繁殖，已成为全球科学界一致的奋斗目标。

什么是“优薯计划”？

　　2015年，在农业农村部、中国农科院和深圳市的支持下，基因组所联合云南师范大学等国内外优势单位发起了“优薯计划”，即运用“基因组设计”的理论和方法体系培育杂交马铃薯，用二倍体育种替代四倍体育种，并用杂交种子繁殖替代薯块繁殖。这是马铃薯育种和繁殖的新底层技术，是对马铃薯产业的颠覆性创新。

中国科学家突破了哪些难题？

　　在这场马铃薯的“绿色革命”中，有2个“卡脖子”问题：自交不亲和与自交衰退。自交不亲和是指植物自花授粉后不会产生种子的现象。黄三文团队通过基因组编辑技术敲除了控制马铃薯自交不亲和的基因，筛选到了这一基因的天然突变体，并克隆了来自野生种的自交亲和基因，彻底解决了自交不亲和的问题。第一步，首先解决了自花授粉后不会产生种子的问题。自交衰退是指生物在自交之后出现生理机能的衰退，表现为生活力下降、抗性减弱、产量降低等。科学家表示，由于长期无性繁殖，马铃薯累积了大量隐性有害突变。一旦自交后，这些突变就会显现出来，导致“自交衰退”。

　　借助基因组设计，“优薯计划”已获得了纯度达99%以上的高纯合度自交系“优薯1号”，它的后代与上一代基本完全一样。通过小规模种植试验，“优薯1号”的亩产量已接近3000千克/亩。具有显著的产量杂种优势，同时还具有干物质含量高和类胡萝卜素含量高的特点，蒸煮品质佳。

　　黄三文表示，“优薯1号”还需要改良抗病性和光周期的适应性，让杂交马铃薯不仅能在南方栽培，还能在北方栽培。“如果用四倍体育种，周期是10到15年，但是用种子育种，周期缩短到3至5年，只有之前的1/3。”黄三文表示，育种周期越短，马铃薯的遗传改良就能进入快速迭代的轨道。据规划，“优薯计划”已完成了第一个“五年计划”，培育出首个概念性品种“优薯1号”，接下来的第二个“五年计划”和第三个“五年计划”将分别解决产业化涉及的关键问题，开始小规模推广，以及培育出一系列满足市场需求的新品种，开始大面积推广。

　　这些成果证明了“种子化”马铃薯在理论和实践上的可行性，杂交马铃薯基因组设计育种技术被评为2021年中国农业农村重大新技术，曾被袁隆平院士誉为“颠覆性创新，将带来马铃薯的绿色革命”。

种优则粮丰

向科研路上“追光者”致敬!