马铃薯中的科学：土豆不“土”

史军

马铃薯（俗称土豆）天生就是一种好食物，它们产量高，营养全，对不同环境的适应性强，又可以是蔬菜又可以当主食，简直是完美。但是，马铃薯也有自己的苦衷，比如病毒。

大家对病毒并不陌生，人类发现的第一种病毒就是一种植物病毒——烟草花叶病毒。病毒不仅威胁着人类健康，对植物生长的影响也是巨大的。

马铃薯是通过块茎进行繁殖的，随着一代一代播种繁育，块茎中的病毒种类和数量会越来越多，轻则影响品质和产量，重则导致大幅减产甚至绝收。幸运的是，科学家们用智慧拯救了岌岌可危的马铃薯产业。

马铃薯存在严重的自交衰退，大小不一，形状各异，口味差别大，无法上市销售 

  马铃薯生长过程示意图

1934年，科学家将感染了奥古巴花叶病毒的番茄根切成多段，分别接种到烟草（心叶烟）植株上。结果发现，接近生长点的两段根没有让烟草植株长出病斑，其他接触了其余番茄根的烟草植株都长出了病斑。也就是说，番茄根尖这种生长旺盛的植物组织不会被病毒侵染，只要我们把这些部位进行组织培养，最终得到的植物体也就不会带有病毒了。

1952年，法国科学家莫雷尔·乔治斯（G. Morel）和马丁（C. Martin）通过茎尖组织培养，获得了没有某些病毒的马铃薯植株，在很大程度上解决了马铃薯病毒带来的问题。这就是目前被广泛使用的马铃薯茎尖脱毒技术。

为什么细胞分裂活跃的植物组织就不会被病毒侵染呢？这个谜题一直到2020年10月，才被中国科学家解开。

中国科学家取得的研究成果，为世界粮食安全作出了突出贡献。科研人员希望在接下来的研究中将这种原理应用到农作物抗病毒上，期待在不久的将来，能够获得完全不受病毒侵染的马铃薯和其他农作物。

2021年6月，中国科学家培育出第一代杂交马铃薯种子——优薯1号，首次将“基因组设计”理念应用到马铃薯育种中。这项技术解决了传统马铃薯种植成本高、易染病虫害、育种进程缓慢等问题，并成功突破杂交马铃薯育种技术难题。

马铃薯是通过块茎进行繁殖的，在种薯储备过程中为了避免霉变腐烂等损失，需要投入大量的资源。问题来了，为什么不用种子来种马铃薯呢？

那是因为马铃薯是一种自交不亲和植物，即它的每个植株的花粉无法为自己的胚珠授粉，要想得到种子，就必须用另一棵植株的花粉。在自然界中，自交不亲和的策略是成功的，因为这样可以带来更多的基因交流和遗传性状组合，即能让马铃薯家族更好地应对复杂多变的生活环境。但是，对农业产业化生产来说，这种特性可谓是灾难。因为用种子种出来的马铃薯大小不一，形状各异，口味差别大，无法上市销售。所以为了保证其薯块一致性，到目前为止，绝大部分种植者都是用块茎作为“种子”来种植马铃薯。

此外，种植的马铃薯通常是四倍体（细胞内有4组染色体），遗传背景相当复杂，进行杂交培育的时候，很难取得理想的性状组合。这种特性也极大阻碍了马铃薯新品种的诞生。

那么中国科学家是如何突破马铃薯种植和育种难关的呢？经过不断实践，科研人员通过3个步骤解决了这个问题。

首先，筛选出性状优良的基因纯合的父本和母本，即找到基因组杂合度较低和有害突变数目较少的目标种薯。

第二步，通过基因组层面的数据统计分析，确定大效应有害等位基因和优良等位基因在基因组中的分布。

第三步，尽可能淘汰那些效应比较强的有害突变，同时，让优良基因处于纯合状态（纯合指纯合基因型，其等位基因呈同质状态，如AA、aa，可真实遗传），尤其是要打破大效应有害突变和优良等位基因之间的连锁。通过上述3个步骤，就得到了用于培育优良杂交马铃薯种子的父本和母本。

得到理想的父本和母本之后，根據基因组测序的结果，选择基因组互补性比较高的自交系进行杂交，这样就能获得优势显著的杂交种。

这一项育种工作得到了基因组大数据的支持，农业育种再也不是一个单凭经验和运气的农事活动了。相信在未来，我们会设计出越来越多理想的农作物。

不可以！未成熟的土豆中含有可以抑制胆碱酶活性的龙葵素，从而让人体积累过多的乙酰胆碱，使神经过度兴奋。龙葵素毒性很强，会使人产生恶心、呕吐、腹泻等症状，严重时还会抽搐、昏迷，甚至危及生命。

当土豆变青、发芽或者腐烂时，龙葵素的含量会大量增加，不小心食用之后会产生中毒反应。如果症状比较严重，就必须要去医院哦。

对于发芽的土豆是否能食用，东西方厨师的态度则完全不一样，原因是西方烹饪通常用烤和深度油炸的方法，如210摄氏度、持续10分钟深度油炸的条件下，可以去除40%的龙葵素。这是因为当温度达到170℃以上时，龙葵素的“防线”开始松动。而东方烹饪土豆，通常是用煮和炒的方法，在这种烹饪温度条件下很难有效破坏龙葵素。所以保险起见，建议不要吃发芽的土豆。