土豆虽然看上去不起眼，但它既可以做成各种各样的菜和小吃（比如小朋友喜欢吃的薯条、薯片和土豆泥），也可以作为粮食，加工成面条、馒头等主粮。土豆无疑是全世界最主要的作物之一。

土豆学名叫马铃薯，最早起源于南美洲的智利，是印第安人的主要食物之一，人类食用历史至少已有1万年。在哥伦布发现美洲这块新大陆之后，西班牙殖民者接踵而至到达南美洲，16世纪中下叶，他们将土豆等美洲特有的植物带回欧洲。土豆这才从故乡漂洋过海来到了欧洲，最后传遍了全世界。大约在16世纪末，中国也开始种植土豆，并逐渐成为土豆产量最高的国家，每年生产的土豆产量约占全球产量的五分之一。

别看土豆现在可以做成各种食物，在1万多年前，土豆可是又小又“丑”，而且还有毒。土豆为了不让自己被动物和人类吃掉，会合成一些叫做“龙葵碱”的毒素。动物吃了含有龙葵碱的土豆后非常不舒服，轻者会出现头痛、恶心、腹痛等症状，严重时甚至会昏迷或死亡。尝过苦头的动物只好对它们敬而远之，小土豆依靠这种毒素得以保护自己。

土豆主要依靠块茎发芽方式来繁育后代。视觉中国|图

可是，人类可不是一般的动物，它们知道如何将一些野生植物驯化成可以栽培的作物。印第安人就非常聪明，他们通过品尝不同的野生土豆，发现了一些土豆苦味很浓，一些土豆则苦味很淡，于是将苦味较淡的土豆储存起来，来年种在地里，这样就能长出一些不太苦的土豆了。这样年复一年，经过数千年的驯化，土豆慢慢变得基本没有苦味了。特别是经过最近两百多年科学家持续选育，土豆的体积变得越来越大，形状变得越来越规则，味道变得越来越好吃，产量也变得越来越高，很受全世界农民的喜欢，土豆也慢慢变成了全世界都流行种植和食用的作物了。

不过，需要提醒大家的是，虽然土豆的大部分地方龙葵碱毒素含量较低，但是它们的嫩芽周围仍然保留着大量龙葵碱毒素，比未发芽的土豆高出50-100倍，所以土豆发芽的部分就不能食用了。这可是它们的主要生存策略，因为土豆的主要繁殖方式就是通过土豆发芽。一旦土豆芽被动物啃食，土豆可就不能繁殖后代了。

土豆的种子

土豆有两种繁殖后代的方式，一种是无性繁殖，也就是我们前面提到的，用土豆的块茎发芽来繁殖后代。所谓土豆的块茎也就是我们平时看到的一颗颗土豆。大家不妨观察一下或做一个小实验，将家里的土豆放上几天后，就会发现它们很容易发芽。

土豆大概在5℃的温度条件下就能发芽，最适温度是15℃-20℃。一颗土豆能长出十几个芽甚至几十个芽，在合适的条件下，每一个芽基本都能长成一个土豆苗。出芽后，需要将带有嫩芽的土豆切成小块，保证每个小块上有1-2个嫩芽，再把这样的土豆块埋在沙地里。一般在土豆芽破土而出长到0.5-1厘米时，在接受光照1-3天会逐渐变绿，就可以移栽到大田里了。等上3-4个月，一颗经过精心照料的土豆苗就会在根部结出十几颗土豆。

另一种方式则是有性繁殖，即通过土豆种子来繁殖后代。与其他大多数植物一样，土豆也会开花结果。大约生长30天左右，土豆苗就能孕蕾开花，开花期大概10天左右。土豆花还比较好看，有白色、粉红、紫色等多种颜色。土豆不仅会开花，还能结果。土豆的果实属于浆果，呈圆形或椭圆形，和小西红柿形状差不多，没有成熟之前是绿色的，成熟之后则变成黄绿色或褐色。土豆的果实有点微甜，但是最好不要吃它们，因为它们身上的龙葵碱含量非常高，比土豆芽的还要高一倍左右。

土豆的种子就藏在这些黄绿色的浆果中。土豆种子非常小，体积只有芝麻种子的六分之一，收集起来比较费劲。按理说，土豆的种子也能用于繁殖后代，为什么人们不喜欢用土豆种子呢？这是因为种子播种后生长得比较慢，影响后期的产量，并且种子繁殖出来的后代遗传特性很不稳定，比如上一代土豆块茎很大，用块茎繁殖的土豆会保留这种大块头的块茎，而用种子繁殖出的下一代土豆的块茎则可能变得大的大，小的小。

其实，大家很少有机会看见土豆的果实，因为农民并不希望土豆开花结果。农民种植土豆，主要为了尽可能多地收获土豆块茎，而土豆开花结果会吸收过多营养，块茎得不到足够的营养，难以长大，最终产量也会随之下降。因此，有经验的农民往往在土豆刚刚开花时，就把土豆的花朵掐掉，防止它们继续开花和结果，这样土豆块茎得到了大多数营养成分，长得又多又大。

高产的杂交种子

无性繁殖可尽量保留上一代的优良特性，因此成为目前最主要的土豆繁殖方式。不过这种繁殖方式也有缺点，不仅繁殖效率低，而且储运成本高，还容易携带病虫害。

为了解决这些问题，中国农业科学院深圳基因组研究所的黄三文研究员和合作者提出了“优薯计划”，希望用最新基因组设计育种技术，对土豆的基因组进行优化，培育出土豆的杂交种子，以克服土豆无性繁殖存在的问题。

但是，培育土豆杂交种子并非易事，全世界的科学家为此已努力了一百多年，收获甚微。土豆杂交种子为什么难以培育呢？科学家发现，在自然界，大多数动物和植物都是二倍体，一套染色体来自父亲，另一套染色体来自母亲，这样通过各具不同遗传特性的父母进行杂交，就能产生更优秀的后代，这就是杂种优势。

不过，目前全世界栽培的土豆品种都是四倍体，即有四套染色体。如果用四倍体土豆进行杂交，很难产生遗传特性稳定的后代。因此，只能借助无性繁殖技术来繁育土豆种苗，以尽量保留原有的一些特性，导致数十年来土豆一些主要栽培品种的产量和品质并没有显著提高。比如，目前美国的主要栽培品种已有一百多年的历史，而中国主要栽培品种的历史也超过了六十年。所以科学家一直在想办法采用新的技术来培育新的土豆品种，以大幅提高产量和品质。

要获得遗传稳定的杂交种子，必须找到二倍体土豆。科学家发现，二倍体土豆在栽培品种中非常少见，他们只好到没有经过驯化的野生土豆中寻找。好不容易找到一些二倍体土豆，又发现它们杂交后根本不能产生种子。更可气的是，杂交种子的父母还会发生严重的近交衰退，也就是说，它们的产量和品质都会出现严重的下降，这样很难培育出优良的杂交种子。

经过不懈的努力，黄三文和同事在野生土豆中找到了阻止二倍体土豆“相亲相爱”的基因，通过基因编辑技术将这些基因去掉，从而让二倍体土豆重新谈起“恋爱”，并产生了可繁殖后代的杂交种子。与此同时，科学家还通过基因组技术，让更多的有利基因在杂交土豆中尽情表现出来，而让那些不利甚至有害的基因暂时“收敛”一些，最终培育出比父母一代更加优秀的二倍体杂交土豆品种，科学家将其称为“优薯1号”。

通过种植试验，科学家发现“优薯1号”表现非常不错，每亩产量高达3吨，接近主要栽培品种，而且含有比主要栽培品种更高的干物质和营养成分，口感软糯，品质优良。更关键的是，优薯1号可以通过种子来繁殖种苗，每亩土地只需要2克杂交种子，如果通过块茎来繁育种苗，则需要约200公斤种用土豆。

土豆杂交种子培育成功，不仅能为农民节省生产成本，还能节省生产种用土豆所需的土地，而且土豆种子小而轻，运输起来非常方便。已故“杂交水稻之父”袁隆平院士曾经这样评价土豆杂交种子：“马铃薯杂交种子繁殖技术是颠覆性创新，将带来马铃薯的绿色革命。”

虽然土豆杂交种子取得巨大成功，但是以黄三文为首的科学家并没有停下脚步，仍然在不断钻研，希望培育出产量更高、品质更好、抗病力更强的杂交种子，让“优薯2号”“优薯3号”等更多的土豆杂交品种造福人类。

来源：南方周末

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