習近平總書記高度重視國家糧食安全，提出：“要圍繞保障糧食安全和重要農產品供給集中攻關，實現種業科技自立自強、種源自主可控，用中國種子保障中國糧食安全。”

馬鈴薯是我國第四大主糧作物。我們研究團隊在國家大力、穩定、長期支持下，得以在農業基因組學領域持續開展底層科研，進行原始創新，完成了馬鈴薯的種子繁殖技術突破，使我國在馬鈴薯育種基礎理論和技術上站在了世界領先地位。

機緣巧合做對關鍵選擇

我從事馬鈴薯育種研究，始于2000年。那一年，我到荷蘭瓦赫寧根大學植物科學學院植物育種系攻讀博士學位，算起來到如今已有24年。

我的導師是埃弗特·雅各布森教授，他是著名的馬鈴薯遺傳育種專家，也是我們學院院長。從面積上看，荷蘭是農業小國，但從實力上來講，特別是在馬鈴薯相關研究領域，荷蘭卻是全球數一數二的強國。20多年前，我國馬鈴薯產量是1噸/畝，而荷蘭是3噸/畝，荷蘭的種薯出口量占到全球的85%。整體來說，科研水平高，實力雄厚。

讀博結束前，我還沒確定未來在哪個細分方向進行深入研究，現在回想起來，有三件事決定了我后來要走的路。

第一件事發生在2004年，時任中國科學院北京基因組研究所所長楊煥明應邀到瓦赫寧根大學授課。那次學習讓我意識到基因組學在農業基礎生物學研究中將發揮重要作用，因此，“基因組”這個神秘的現代生物技術一下子吸引了我，由此在我心里埋下了一顆種子。

第二件事是有感于一篇文章。當時一位英國教授將一篇發表在《自然綜述：遺傳學》雜志上的文章寄給我，文章名為《1930年代的生物技術》，講述了美國在20世紀初進行玉米雜交育種的詳細過程。我深受觸動，當時就在想：是否也能讓馬鈴薯從塊莖繁殖變為雜交種子繁殖？

這個想法在當時看來，簡直是異想天開。以人來舉例，人屬于二倍體，一倍體來自于父親，另外一倍體來自于母親。野生的馬鈴薯是二倍體，但在人類馴化過程中突變成了四倍體，也就是說馬鈴薯有四套染色體。這導致馬鈴薯種子高度分離，從四倍體上收集的種子再播種下去之后，長出來的樣子可能千姿百態，很難保持優良性狀。

第三件是荷蘭瓦赫寧根大學發起成立了國際馬鈴薯基因組測序協作聯盟，研究目的是獲得完整確切的馬鈴薯基因組序列。這個聯盟不能沒有中國人的身影，于是我與時任中國農業科學院副院長的屈冬玉（現任聯合國糧食及農業組織總干事）聯系，向他介紹了這個聯盟開展的相關工作，提出中國研究團隊應該參與進來。

屈冬玉對此非常認可，并親自帶隊來到荷蘭，他作為項目發起人之一，通過引進人才和橫向聯合組建了中國馬鈴薯基因組測序團隊，而我則成為中方首席科學家，負責項目的組織和執行。

這是促成我從事馬鈴薯雜交育種研究的直接原因。

當然，如果從更遠的時間點上追溯，還有另外一顆“種子”。上世紀80年代初，改革開放以后包產到戶，我家里一直種植水稻，有一年水稻產量突然提高一倍，從約400斤/畝提高到約800斤/畝。我很吃驚，并問父親這是怎么回事，父親說是種了袁隆平的雜交水稻品種。當時我印象非常深刻，可以說，我后來走上農業科研這條路，在一定程度上是受到袁老的影響。

搬走研發路上的兩座大山

全球約有100多個國家、13億人口以馬鈴薯為主要口糧，馬鈴薯也是我國第四大主糧作物。

很多人想象不到，對人類如此重要的食物來源，從數千年前印第安人開始種植馬鈴薯，到幾百年前我國引進馬鈴薯，都是用馬鈴薯薯塊種植，從未有過改變。

相比種子繁殖，這種通過薯塊進行繁殖的方式存在很多弊端。首先它的繁殖系數很低，僅為1：10，相當于收獲10個土豆，人們就需要留下一個作為“種子”，極大地增加了種植成本。其次，一般而言，種一畝地只需2克種子，而種薯薯塊就需500斤左右，對農民來說，運輸、儲存都成為問題。而且薯塊相比種子，沒有外殼保護，無法進行表面消毒，容易傳染病蟲害。三是無性繁殖作物的品種更新速度非常慢，很多國家常被用來制作薯條的馬鈴薯還是在100多年前選育的品種，這在水稻領域是不可想象的。水稻幾乎每十年就更新一代，品種能夠得到不斷改良。

為什么不用比薯塊更節省成本的種子來種植馬鈴薯呢？全球一流農業育種專家都在研究這個課題。

這是一項巨大的工程。在植物界，馬鈴薯、紅薯、甘蔗等通過地下莖或分蘗繁殖，叫無性繁殖；另外一類進行有性繁殖，也稱為種子繁殖，如水稻、小麥、玉米等。要把無性繁殖改為種子繁殖，不是簡單的修修補補、對個別基因進行修改就能完成的。因為基因組是所有基因的總和，科學家要對整個基因組進行選育，從底層創新，系統性重建，真的很難。

在2006年至2008年底，荷蘭發起的國際馬鈴薯基因組測序聯盟就遇到了巨大困難：基因組高度雜合、物理圖譜質量不高、測序成本太高等。2008年時，我已經掌握了新一代基因組測序技術，并用這項技術完成了黃瓜的基因組測序工作，現在看來這也是一次練兵的過程。于是我向聯盟提出：以單倍體馬鈴薯為材料來降低基因組分析的復雜度，并采用快捷的全基因組鳥槍法和新一代的DNA測序技術。

沒想到，提議遭到了荷蘭方面的拒絕。

今天看來，這次拒絕給了中國一次絕佳的機會：我們作為發起方，聯合美國、英國研究團隊以及國際馬鈴薯中心一起開展相關工作。中國在這個過程中實現了身份的轉換：從國際協作聯盟的參與者轉變成了課題的主導方。

我們在不長的時間內完成了馬鈴薯基因組序列圖的構建，發表在著名的《自然》期刊上。

有了基因組，就可以考慮開展雜交馬鈴薯育種了。

然而，在馬鈴薯雜交育種的道路上，還存在很多困難，主要有兩個：

一是自交繁殖難，因為自交不親和：二倍體馬鈴薯是天然異交物種，自己跟自己授粉結不了種子，即自交不親和。要想解決這個問題，就要找到控制自交不親和的那組基因，敲掉他；或者找到來自野生種的自交親和基因，就可徹底解決這個問題，這對后期產業化種植推廣非常重要。

為了攻克這個難關，我們借助基因組學方面的優勢，對眾多種質資源進行篩選。我常常這樣形容基因組學在生物學研究中的價值：以前我們好似在黑暗的房間尋找一把鑰匙，光源非常有限，基本什么也看不到，需要去摸索。現在有了基因組學，通過全面揭示物種的基因組，相當于打開了房間的燈，找到鑰匙就成為了可能。

自交衰退是第二道難關，它是指生物在自交之后出現生理機能的衰退。這就好比近親不能結婚，否則會導致很多遺傳疾病。由于長期無性繁殖，馬鈴薯累積了大量隱性有害突變。一旦自交后，這些突變就會顯現出來。識別和淘汰這些有害突變就是我們一直在做的事。

從2013年開始，我們一直致力于破除上述兩個結構性障礙。

破譯遺傳基因密碼

2015年，在中國農科院科技創新工程、深圳市和云南省的大力支持下，我們開始推進“優薯計劃”，目標是：通過雜交育種技術，將育種周期從10~12年縮短為3~5年，同時把繁殖系數提高1000倍。

直到2021年，我們終于取得了突破性進展，培育了兩個完全純合的自交系，我們真正把馬鈴薯變成了種子作物。這在世界上是第一例。

2021年6月24日，《細胞》雜志在線發表了我們團隊的研究成果：“Genome design of hybrid potato（雜交馬鈴薯的基因組設計）”。我們培育出的第一代高純合度（>99%）自交系和雜交品系“優薯1號”，在試驗田的產量接近2噸/畝，具有顯著的產量雜種優勢，同時還具有干物質含量高和類胡蘿卜素含量高的特點，蒸煮品質都很不錯。

對種子繁殖的水稻、玉米、小麥來說，100%的純合度都不是問題，但對于馬鈴薯來說，99%的純合度，已實屬不易，這是在技術不斷進步之下才得以實現的。“優薯1號”的成功選育，證明了雜交馬鈴薯育種的可行性，使馬鈴薯遺傳改良進入了快速迭代的新階段。

其實，在此之前一年的11月，我帶著基因組設計育種獲得的第一代二倍體馬鈴薯雜交種子，專程拜訪了當時還在世的袁隆平院士，向他詳細介紹了“優薯計劃”研究取得的突破性進展。袁老聽取匯報后十分開心，專門為“優薯計劃”題詞：“馬鈴薯雜交種子繁殖技術是顛覆性創新，將帶來馬鈴薯的綠色革命”。袁老是我們農業科研人員的英雄，他的鼓勵對我們團隊意義重大！

雖然這時已取得了階段性成績，但馬鈴薯基因組中的有害突變問題還沒有解決，馬鈴薯長勢還比較弱，品種仍需進一步改良，需要繼續找到并淘汰未被發現的有害突變。

我們通過基因組大數據，開發了一個可以有效鑒定有害基因的進化“透鏡”技術。針對近百份物種資源進行分析，觀察它們在8000萬年的進化過程中哪些基因沒有突變、哪些容易突變。這個技術相當于給了育種專家一雙“火眼金睛”，可以在早期就淘汰掉不好的材料，把育種效率提高50％以上，這也是“優薯計劃”的關鍵一步。

在這個過程中，我們發現了一個有意思的現象：傳統育種使用生長更加健壯的馬鈴薯作為自交系起始材料的做法，可能會南轅北轍，將導致選育過程中子代從父母本中獲得更多的有害突變。相反，生長較弱的馬鈴薯遺傳給子代的有害突變更少，后期的自交育種成功率更大。

這個“不選壯苗選弱苗”的反直覺方法不僅顛覆了以往的認知，而且還能夠提早2~3年預測馬鈴薯的自交系育種結果，快速創建更多優良馬鈴薯自交系，進而培育更多馬鈴薯雜交品種。

回顧過去這些年的研究歷程，可以說我們在每一個研究環節都使用了基因組分析技術，因此有國外同行評價我們：幾乎是從零開始徹底改造馬鈴薯，讓馬鈴薯育種進入了現代育種時代。《細胞》雜志評價這些成果已經成為“植物基因組設計的藍圖”，德國、英國科學家也提出“這是馬鈴薯的重新發明”。

團隊攻關力量大

上述成績的取得，離不開整個研究團隊的辛勤付出，幸運的是，我們有一支非常團結奮進的隊伍。

張春芝是第一個被我“忽悠”參加“優薯計劃”的成員。因為氣候適宜，云南一年四季都可以種植馬鈴薯，這里也成為我們主要的研究基地。為了更好地投入科研工作，張春芝和她愛人長期駐扎在這里，領導一個小組和當地的合作伙伴一起每天奔波在田間地頭。張春芝的遺傳學基礎很好，對馬鈴薯分子育種理解很深刻。這些年，她不僅培育了兩個品系：“優薯1號”和“優薯1.1”，還生了兩個娃，可以說是事業和家庭“雙豐收”。

云南師范大學馬鈴薯研究院的院長尚軼教授原本是我們北京團隊的成員，主要從事分子生物學研究。2017年，為了雜交馬鈴薯事業，他們舉家搬到了昆明，那個時候孩子才上小學。剛到云南，人生地不熟，要做的事情非常多。當然，尚軼的到來是對張春芝育種工作的有力支持，他的研究領域是馬鈴薯營養品質、風味形成分子機制，他和張春芝兩個團隊相互配合，將國家資源和地方優勢充分結合起來，一起助力將馬鈴薯雜交育種的夢想變為現實。

如今，尚軼到云南也有7個年頭了，平臺和團隊已經搭建完成，擁有3000多平方米的實驗室，馬鈴薯研究院的成員超過150人。接下來就是圍繞雜交馬鈴薯計劃關鍵科學問題進行進一步科研攻關，同時組建馬鈴薯產業化團隊，構建全產業鏈發展體系，從品種選育、綠色種植到下游高附加值產品開發等環節充分體現科技含量。

相比其他科研領域，農業基礎研究周期長，我們團隊這些優秀的科研人才把他們最寶貴的年華都奉獻給了馬鈴薯育種事業。在田間，他們每年都要種植幾十萬株馬鈴薯，觀察他們的性狀，選擇優良的育種材料。回到實驗室，還要進行馬鈴薯基因組數據分析，進行大量的實驗操作解析重要性狀的分子機制，科研任務繁重。但他們始終充滿活力和創新精神，敢于探索未知、?勇于挑戰困難。在追求事業發展的過程中，他們個人價值也得到了實現，尚軼入選了教育部長江學者，張春芝獲得了國家自然科學基金委優秀青年基金的資助。

對于我來說，我的使命不僅是要把雜交馬鈴薯的事業做成，還要培養一批優秀的年輕科學家和育種家，他們是農業科技創新的重要力量，是實現國家種業振興、農業強國建設的重要人才支撐。

中國科技創新成果惠及世界

“優薯1.1”是我們在去年推出的品系，多個指標比“優薯1號”提高很多，但還不到生產田的水平。生產田種植對產量、抗性等方面要求更高，但我相信這個目標很快就能實現。到那個時候，種植馬鈴薯的農民一定會喜歡這個新種子，老百姓們也將吃到更多適合自己口味的新品種。與此同時，馬鈴薯雜交種子的大規模應用，還將給馬鈴薯產業發展帶來一場革命性變化，運輸和儲藏成本大大削減，以育種為主的研發型企業也將不斷涌現。

作為中國第四大主糧作物，馬鈴薯實現種子繁殖更為重要的意義是：將為保障國家糧食安全和重要農產品的穩定供給提供強有力的科技支撐。不僅中國人受益，其對廣大發展中國家、“一帶一路”共建國家來說也是一個福音。我們已經和國際馬鈴薯中心、盧旺達等有關國家成立了國際全球雜交馬鈴薯聯盟，通過舉辦培訓班等形式幫助有需要的國家共同發展，造福當地百姓。

作為研究人員，我們也深刻感受到，基因組學是生命科學領域蓬勃發展的新興學科，在農業基礎生物學研究中發揮著引領作用，也為生物種業發展帶來新的機遇。我們看到，近十年的中央一號文件，幾乎年年提及扶持種業創新、加強生物技術基礎研究和開發。我們取得的這些成果就是國家整體科研實力不斷提升的一個投射。

早在2013年，在財政部、原農業部等的支持下，中國農業科學院就啟動了科技創新工程，目的是以機制創新撬動院所改革，以穩定支持增強創新能力，我們就是受益者。與此同時，深圳市基礎研究機構和廣東省基礎與應用基礎研究重大項目，也對我們雜交馬鈴薯項目進行了長期穩定的支持。

毋庸置疑，正是黨和國家對基礎研究的高度重視和戰略布局，使得廣大科研人員勇于去挑戰最底層的技術、開展長周期的原始創新。如今，一批批先進、高效、實用的重要農業科技成果頻出，為推動我國農業科技整體水平躍升、加快實現農業農村現代化提供了強有力的科技支撐。

全國政協委員、中國科學院院士、中國熱帶農業科學院院長 黃三文 口述 邢艷嬌 整理