“仰望星空，迴歸稻田”，在11月17日北京舉行的未來科學論壇青年對話上，主持人這樣形容中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員、中國科學院院士李家洋。
李家洋1956年7月出生於安徽省。1982年李家洋在安徽農學院（現安徽農業大學）取得學士學位，隨後進入中國科學院遺傳所攻讀碩士。一次偶然讓他獲得了去美國留學的機會，在導師的支持下，他赴美留學並取得了博士學位，後進入康奈爾大學湯普遜植物研究所進行博士後研究工作。1994年李家洋回國進入中科院，從事水稻研究至今。
李家洋通過圖位克隆的方法，分離鑑定了決定水稻理想株型的主效基因IPA1，為系統性地研究水稻特定性狀的分子機制做出了開創性的貢獻。2018年他與水稻育種專家袁隆平和張啟發，共同獲得了未來科學大獎的生命科學獎。
分子育種是指分子水平上的遺傳育種，是傳統育種與基因工程技術相結合的產物。分子育種的主要領域包括，基因定位、分子標記輔助育種、全基因組選擇、基因工程和遺傳轉化。
同屬於基因工程領域，目前李家洋聚焦的是水稻這一作物中不同品種的基因研究，過程中涉及對基因的修改或改變，不涉及引入外源基因。
水稻田裡的“大俠夢”
“歷史機遇很重要。我小學的時候碰上了文化大革命，但後來我趕上了高考改革和改革開放。”李家洋表示，“我們有機會上大學、出去留學，接觸到了世界的先進技術水平和其他發展狀況，知道了自己國家的差距。而這個差距歸根到底，還是技術發展的落後。”
1991年博士畢業後，李家洋拒絕了哈佛醫學院的錄取，選擇繼續鑽研分子植物學。李家洋回憶道，畢業之前他在中國留學生的一個聚會上，遇到了一個前輩跟他分享了“不太成功的”歸國經驗，並告誡他需要慎重考慮，因為國內還沒有做分子植物學這些先進科學的條件。
“既然這樣我就告訴自己，不要有太高的期望，回國後要做一塊鋪路石。不管是在大道上的，還是掉在一個小溝裡的。”1994年李家洋回國進入中科院，踏上水稻研究之路，至今已24年。
儘管到目前為止，李家洋帶領的團隊培育出的20多個水稻新品種廣受農民認可，但他本人卻很少在媒體和公眾場合公開露面。相比起在水稻田裡檢查一株株作物，在上百人的會議現場作報告對他而言則陌生許多。在與年輕人交流的整個過程中，李家洋顯得有些緊張，甚至對拿話筒的方式都很生疏。他夾著胳膊，有時候甚至將話筒靠在了胸前，並時不時用左手撐住自己拿話筒的右手。李家洋的講話聲音很輕，每一次停頓似乎都能感到他在努力想下一段話要怎麼開頭。只有在講到植物激素、理想性狀、調控基因時，他才放鬆了一些，表達也更為流利。直到坐在位子上與青年對談時，他還會時而左右晃晃膝蓋，似乎是在排解緊張。
李家洋向在場的年輕人分享了自己科研之外的業餘生活——看武俠小說。他說自己最喜歡武俠人物有三個，均來自金庸筆下。一個是《射鵰英雄傳》中的郭靖，郭靖總是被大家認為天資不是最聰穎的，但有“俠之大者為國為民”的決心，又很努力，哪怕自己受到損失也在所不辭。其次是《神鵰俠侶》中的楊過，楊過變成大俠是因為他願意為人排憂解難。兩個人物做事的態度都是他非常欣賞的。
“還有一個人物我也很喜歡，可能比較有爭議，就是令狐沖。”李家洋說，令狐沖有一個很好的特質，就是他認為是應該做的事他就會去做；當他認為這件事沒有錯也沒有危害社會，他就會繼續做下去。自己很欣賞這份執著的“俠氣”。分享自己喜愛的武俠時，李家洋的神情不再緊張，聊起天來也更加放鬆。
在未來科學論壇前一天的學術報告會上，李家洋還詳細介紹了自己的獲獎研究。他指出，水稻的產量由有效的穗數、每個穗子上產的粒數和粒重等要素決定。因此，為提高水稻的產量潛力，水稻育種學家曾提出理想株型的新概念，特徵包括分櫱適中、沒有無效分櫱、穗大、稈粗、根系發達等。李家洋通過圖位克隆的方法分離鑑定了決定理想株型的主效基因IPA1，IPA1 是半顯性基因。在理想株型材料ipa1中，IPA1發生突變後影響了其表觀遺傳調控位點，形成了ipa1品系的優良農藝性狀。
常規株型與理想株型比較
李家洋在學術報告最後表示，未來擁有優質、高產、抗倒伏等特性的水稻將引領“第二次綠色革命”。
第一次綠色革命始於上世紀60年代，“第二次綠色革命”的基本出發點主要是逆轉第一次綠色革命所帶來的負效應。1998年，中國科學院院士李振聲提出農業科研領域的主要目標之一，是為“第二次綠色革命”準備基因資源。2001年，農業部“948”重大專項“參與全球水稻分子育種計劃研究”啟動。項目實施過程中，培育抗病、抗蟲、抗逆、營養高效、高產、優質等性狀於一體的“綠色超級稻”的想法初具雛形，通過具有新的優良性狀的品種培育和技術推廣，減少化肥、農藥、水及勞動力的投入，做到資源節約，環境友好，從而實現農業生產方式的根本轉變。
在第一次綠色革命時，多種高產小麥和水稻品種的栽培，使得傳統植物育種理論和各種農業措施在作物改良中的應用達到了頂點，對農業產生了深遠的影響。1950年至1984年墨西哥的小麥產量增加了400％，同期印度尼西亞的稻米產量翻了一番。而中國從1982年到1991 年10年間農業產量每年增長8％，成為世界上最大糧食生產國。人們用“綠色革命”這個詞，來描述稻米和小麥產量2～3倍的增長對社會、經濟以及營養等多方面產生的巨大影響。但這場“綠色革命”在為人稱道的同時也被人批評。新品種在亞洲的應用迅速擴大，但新品種比傳統作物需要更多的化肥和灌溉，對水和肥變化的反應也更敏感。由於這些特點，不良的氣候、大量能源的消耗和全球性的經濟不景氣，顯著減緩了綠色革命前進和步伐。
分子植物的未來：定製化育種，大數據監控
“在我們那個年代，最重要的問題就是吃飽。現在吃飽已經不是主要問題了，但是很多人依然面臨著‘隱性飢餓’的問題。”李家洋在學術報告會上展望水稻育種之後的發展方向，向大家介紹了“Harvest plus（收穫+）”的概念。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員、中國科學院院士曹曉風也表示，在座的年輕人沒有體會過捱餓的感受，但是現在譬如營養過剩、營養不均衡等新問題也逐漸顯現了出來。
隱性飢餓是指由於營養不平衡或者缺乏某種維生素及人體必需的礦物質，同時在其他營養成分上過度攝入，從而產生隱蔽性營養需求的飢餓症狀。2015年，中國約有3億人口面臨隱性飢餓問題。
在李家洋看來，這一問題為分子育種未來的發展指了一個方向——以高產、優質為基礎的定製化設計育種。他認為，分子設計育種是未來的技術。實際上有些根據大眾需求定製的大米已經做到了，比如口感比較好、優質、長粒的大米。目前他的團隊正考慮設計研究抗性澱粉含量合適的水稻品種，可以讓糖尿病人安心吃米飯。根據國際上的一些標準，糖尿病人每天吃20克抗性澱粉對身體非常有利，血糖比較平緩。那麼就可以通過設計育種讓人們吃這種糧食時既能有飽腹感，對血糖的影響也比較平緩穩定。
“我們就可以定向培育一個含有約10%的抗性澱粉的大米。你在一天吃的大米量裡有20克抗性澱粉。”李家洋表示。
除了在營養上需要“定製化”，水稻還面臨著客觀生長環境的問題。上海生命科學研究院植物生理生態研究所所長、中國科學院院士韓斌介紹，全球氣候變暖使得極端天氣增多，植物“來不及”通過古老的方式慢慢適應。
“過去我們的植物都是經過千年萬年逐漸適應環境的，”韓斌表示，“但從這幾十年的變化來看，一會兒來個炎熱、乾旱，一會兒來個蟲害，將來的水稻必須要有新的（品種）。”
韓斌表示，過去靠育種學家傳統的方法在實踐上需要的時間很長，現在有基礎輔助生產的辦法，可以有目的地把不同的優良性狀聚在一起，比如就抗熱抗旱等問題，是否有可能通過克隆耐熱基因的辦法獲得新品種。
智能化的育種設計還需要有智能化的技術支撐。談起現在包括人工智能、大數據等現代技術，育種專家們也提出了自己的期待。
“未來我們要加速進行品種的智能化設計，就需要一個高通量的篩選手段。”韓斌表示，現在育種家們在田間考察時還是習慣帶一把尺子用自己的肉眼去看，畢竟現在的無人機如果都用在田間進行近距離拍攝，從環境上和成本上暫時還不太現實。如果未來先進的儀器設備能夠實現更高程度的自動化感應，同時將單位面積裡不同單株的性狀快速全面地考察出來，將對育種家鑑定優良基因起到很大的幫助。
視覺中國 資料圖
曹曉風則提出智能化技術也許可以實現“智能化種植”，她認為每一塊土地所含的離子和養分都是不一樣的，就像一把鑰匙開一把鎖，理論上是可以找出一塊土地最適合種什麼樣的作物。應當通過計算機將土地和環境的所有數據、信息和理論通過大數據整合起來。從長遠角度來說，她希望看到的理想狀態是，假如有一塊地缺水了，智能技術可以把這一信息反饋回（終端），農民在家就能從電子設備上接收到反饋，並下達指令進行自動化澆水。
“目前我們還要在基礎科學上進行大量研究，並且和其他學科實現交叉，”曹曉風表示，“最終我們希望能夠讓農民在家裡享受到高科技帶來的便利。”
閱讀更多 澎湃新聞 的文章
