1月8日，一個(ge) 和“吃”有關(guan) 的科學研究登上了我國科技的最高領獎台，項目全稱聽上去略有些拗口：“水稻高產(chan) 優(you) 質性狀形成的分子機理及品種設計”（以下簡稱分子設計育種），但研究的問題卻很接地氣，即破解糧食生產(chan) “優(you) 質不高產(chan) ，高產(chan) 不優(you) 質”矛盾難題，說白了不僅(jin) 讓老百姓吃飽，而且要吃好。

很長一段時間以來，能夠走進公眾(zhong) 視野的農(nong) 業(ye) 新聞，往往是諸如“水稻產(chan) 量打破世界紀錄”“玉米產(chan) 量再創曆史新高”等產(chan) 量突破的報道。但在現今這個(ge) 糧食匱乏問題不再突出的時代，“量上去了，品質如何”的追問，被越來越多地拋出來。

當天，由中科院院士、中科院遺傳(chuan) 與(yu) 發育生物學研究所研究員李家洋領銜的分子設計育種項目團隊摘得了2017年度國家自然科學一等獎，這是中國自然科學領域的最高獎。

我國著名遺傳(chuan) 學家、2006年度國家最高科技獎獲得者李振聲院士是該項目的推薦人，他說，如果用一句話來評價(jia) 這個(ge) 項目，即“引發一場新綠色革命的開端！”

第三次綠色革命之問：不僅(jin) 要吃飽而且要吃好

說起綠色革命，人們(men) 最為(wei) 熟悉的莫過於(yu) 雜交水稻，我國以袁隆平院士為(wei) 首的科研團隊完成的雜交水稻技術突破，就是第二次綠色革命的代表。

而第一次綠色革命，則要追溯到上世紀60年代，由美國植物病理學家諾曼·E·勃勞格開創。李振聲將這次革命的成果簡稱為(wei) “矮化育種”。

20年前，李振聲在時任中國農(nong) 業(ye) 部部長何康的一次家宴上見到了勃勞格，並單獨向他請教了綠色革命的起因。

勃勞格告訴李振聲，他在許多國家調研發現，隨著化肥的大量使用，小麥等作物產(chan) 量得到了暫時提高，但因為(wei) 植株太高，出現了倒伏現象，有時反而造成減產(chan) ，後來問題越來越突出，甚至嚴(yan) 重影響了產(chan) 量的提高。

於(yu) 是，勃勞格最終育出豐(feng) 產(chan) 、抗鏽小麥品種。該品種推廣後，墨西哥從(cong) 原本的小麥進口國，一躍成為(wei) 位居世界第二的小麥出口國，同時這項技術還引發了一次世界性的小麥增產(chan) 。勃勞格本人因此被譽為(wei) “綠色革命之父”，還一度被稱作“拯救世界饑餓的第一人”，並於(yu) 1970年獲得諾貝爾和平獎。

這是第一次綠色革命。第二次就是袁隆平運用超級雜交稻的技術成果，“用3畝(mu) 地，可以產(chan) 出4畝(mu) 地糧食”，大幅提高我國水稻單產(chan) 和總產(chan) 量。袁隆平因此被海內(nei) 外譽為(wei) “雜交水稻之父”。

不過，隨著生活水平的不斷提高，人們(men) 對糧食的“質量”提出了新的要求，“不僅(jin) 要吃飽，而且要吃好，還要吃健康的食品”。以水稻為(wei) 例，高產(chan) 的往往品質差、抗病蟲害能力低，但那些性狀好的水稻，卻又常常不高產(chan) 。中科院遺傳(chuan) 發育所所長楊維才說，尤其在目前的高產(chan) 栽培條件下，個(ge) 體(ti) 和群體(ti) 的矛盾、產(chan) 量和生育期的矛盾更加突出。

第三次綠色革命應運而生。而李振聲眼中第三次綠色革命的開端，就是李家洋團隊的“分子設計育種”。

高產(chan) 與(yu) 優(you) 質：魚與(yu) 熊掌難以兼得？

從(cong) 宏觀上來看，科學家要找到水稻質與(yu) 量的“完美協調點”；而從(cong) 微觀層麵來看，科學家就是要找到決(jue) 定這個(ge) 協調點的“基因”或者說“分子”。

李家洋說，不同品種的水稻有不同的特性，有的抗倒伏，有的抗蟲，有的更高產(chan) ……這些特性通常由某些基因決(jue) 定。可到底是誰在某一方麵擁有與(yu) 眾(zhong) 不同的優(you) 勢，人類此前並不清楚。因此，想要調和水稻“質”與(yu) “量”的矛盾也並非易事。

“如果某一個(ge) 基因對應一個(ge) 性狀，上萬(wan) 個(ge) 基因組合在一起加以變化，對應的性狀網絡，可能就是一個(ge) 天文數字！”李家洋說，要真搞清楚基因和性狀的對應關(guan) 係十分困難。

這也是擺在世界育種科學家麵前的一道難題，題目並不難描述，決(jue) 定水稻產(chan) 量和品質的主要因素也十分清楚，前者包括“穗數”“每穗粒數”“粒重”，後者包括“黏稠度”“直鏈澱粉含量”以及“糊化溫度”。

不過，哪些分子決(jue) 定“穗數”，哪些分子決(jue) 定“每穗粒數”，哪些分子決(jue) 定“粒重”，又有哪些分子決(jue) 定“黏稠度”等等，就不得而知了。這就是李家洋團隊要破解的“基因密碼”。

這當然離不開基因組學、計算生物學、係統生物學、合成生物學等新興(xing) 學科近年來的快速發展。李振聲談起這個(ge) 項目也反複提到，李家洋團隊能夠取得這方麵的突破，和該團隊在基因測序、基因定位、基因克隆、基因功能研究等方麵的長期豐(feng) 富積累不無關(guan) 係。

如今獲獎的這個(ge) 研究項目其實包含多個(ge) 科學發現，這其中最讓李家洋得意的，還是找到了“關(guan) 鍵的基因”——IPA1，這是調控理想株型的分子模塊，有了它就能讓水稻的莖稈更粗壯，穗子大、穀粒大，這些是高產(chan) 重要的性狀。

接著，他的團隊又找到了Wx和ALK基因，前者主要調控“直鏈澱粉含量”和“黏稠度”，後者則主要調控“糊化溫度”，而其他一些基因則在調控網絡中起微效的調節作用。

李家洋團隊也因為(wei) 這些發現，不斷走向科學舞台的中央——

團隊主要研究成果發表在Nature、Nature Genetics、PNAS、 Plant Cell等國際知名學術刊物，發表論文120多篇，累計影響因子大於(yu) 1000，被SCI引用8000餘(yu) 次，其中8篇代表性論文引用超過2300次。

團隊的代表性研究成果“揭示水稻理想株型形成的分子調控機製”和“闡明獨腳金內(nei) 酯調控水稻分蘖和株型的信號途徑”分別入選“2010年度中國科學十大進展”和2014年度中國科學十大進展”。

分子設計育種：搭積木一樣“組裝”優(you) 勢基因

這種分子育種技術和傳(chuan) 統育種技術有很大不同，李家洋打個(ge) 了比方——

常規育種好比在相親(qin) 時“海選”：“科學家不知道哪個(ge) 基因控製哪個(ge) 性狀，隻能靠經驗，通過最後的結果說明哪些基因組合是好的，這個(ge) 過程非常漫長。”

如今的分子育種則是從(cong) 經過層層篩選之後的優(you) 秀“對象”裏選擇：科學家知道“什麽(me) 基因在控製什麽(me) 性狀”後，就像搭積木一樣，將超高產(chan) 、品質改良和抗性提升等優(you) 勢基因“組裝”起來，雜交出一種前所未見的超級水稻。

李家洋團隊成員之一、中科院遺傳(chuan) 發育所副研究員劉貴富說，常規育種需要7至8年才能選出育種材料，分子育種技術能將其縮短到3至4年甚至更短，實現了快速、定向、高效培育係統改良的作物新品種，實現“精確育種”。

這就是科學進步的結果。

多年前，李家洋團隊在江蘇沭陽縣青伊湖農(nong) 場培養(yang) 了水稻新品種——嘉優(you) 中科1號，在剛剛過去的2017年，嘉優(you) 中科1號實收測產(chan) 的結果為(wei) 平均畝(mu) 產(chan) 911.3公斤，比當地主栽品種畝(mu) 產(chan) 增產(chan) 200公斤以上。

這意味著，李家洋團隊已經突破傳(chuan) 統育種技術，走出了分子育種的新路。加上早期尋找調控分子的研究時間，李家洋團隊花了近20年，才培育出“既有南方秈稻產(chan) 量，又有北方粳稻品質”的新品種雜交水稻。

長江中下遊地區自古是中國水稻的主產(chan) 區之一，水稻的馴化和傳(chuan) 播正起源於(yu) 此地。如今來看，水稻的未來可能也將被中國人率先改寫(xie) 。

按照李家洋的說法，接下來他的團隊還將朝著“量身定製”方向努力，比如，針對糖尿病人等特殊人群，可以找到那個(ge) “關(guan) 鍵分子”，然後設計研製高抗性澱粉的水稻。

他還希望賦予米飯從(cong) “主食”跨界“營養(yang) 品”的雙重身份，這就需要研發出鋅、鐵、葉酸等重要營養(yang) 元素含量高的水稻新品種。再往後，就要看人類對“吃”還有啥新要求了。