春冬交替之际，广西南宁市武鸣区的田野上，黄绿相间的甘蔗叶片随风轻摇，沙沙作响。此时，北方大地仍是一片萧瑟，这里的甘蔗林却已进入成熟待收期——一行行高近5米的甘蔗织成密密匝匝的“青纱帐”。

青纱帐内，一群人正忙碌着：有人猫着腰挥锹挖土，有人蹲在地上剪甘蔗根，还有人围坐在用泡沫箱临时搭成的“实验桌”前，洗样品、装试管、贴标签。南方没有凛冽的风，却也会冷得透骨，坐久了手脚冰凉，忍不住发抖。有人把手塞进腿窝里暖一暖，有人站起身，跺跺脚、搓搓手，又坐了下来。

这群人是来自中国科学院微生物研究所（以下简称微生物所）的师生们。他们有一个宏大的目标：为中国甘蔗育种来一次升级换代。

青纱帐里的青年人。冯丽妃摄

让甜蜜再多一点儿

“你看这片甘蔗林，采用我们的良种良法，去年亩产近7吨，比常规种植高出1吨有余。”站在试验田边，微生物所研究员张杰指着眼前郁郁葱葱的蔗林，对《中国科学报》欣慰地说。

甘蔗，是不折不扣的“糖罐子”。这种地球上生物量最大、固碳能力极强的C4禾本科植物，被誉为“作物之王”——我国85%以上的食糖产自它。然而，由于基因组高度复杂，甘蔗育种长期停滞在“看天吃饭、凭经验选种”的杂交选育2.0时代。

于是，作为国家战略科技力量的中国科学院，向它出手了。

2023年9月，经过多轮前期论证，中国科学院启动前瞻战略科技先导专项“优质甘蔗新品种培育”。该专项由微生物所牵头，联合自动化研究所、计算技术研究所、沈阳自动化研究所等十余家院内单位及广西团队，旨在通过“智能育种+基因编辑”双轮驱动，打破甘蔗育种困局。

张杰担任专项总工程师。他告诉记者，经过两年多的收集，眼前的百余亩试验田，已经种植了50余个甘蔗品系，蔗株形态各异：有的紫皮粗壮，有的绿杆挺拔，都是团队精心选育的“潜力股”。

“这些甘蔗能直接吃吗？”记者问。

张杰笑着摇头：“这是‘糖蔗’，和‘果蔗’不一样，纤维粗硬，不适合鲜食。但含糖量高达13%～16%，是榨糖的上好原料。”

穿行田间，可以看到试验田的行距明显宽于农户的蔗田。“这是为机器人留的‘作业通道’。”张杰解释。为摆脱传统育种对人工经验的依赖，专项创新性地引入表型采集机器人，充当甘蔗的“选美裁判”——根据当地的气候、土壤特点，对蔗株的株高、节长、粗度、有效茎、叶夹角等核心指标进行采集和比对，选出“理想株型”甘蔗。

为什么要“选美”？高级工程师赵盼解释说，因为甘蔗是无性繁殖作物——不用种子，而是将茎秆砍成段种植，茎段上的芽就会萌发、分蘖、生长。这意味着“所见即所得”：地里长得好，后代才可能长得好。

甘蔗林。冯丽妃摄

赵盼表示，甘蔗是多年生禾本科植物，第一年种植的叫作“新植蔗”；收获后，留在土中的蔗蔸侧芽萌发生长的植株叫作“宿根蔗”。在我国，由于土壤条件，甘蔗一般长“一新两宿”共三年，产量就“到头了”，要翻耕再种，成本巨大。而在巴西等种植条件优越的国家，宿植年限能达到四到六年。这也凸显了培育优质、耐宿新品种的紧迫性。

先导专项设置四个课题，形成从遗传信息解析、高通量表型鉴定与智能育种，到基因编辑改良、基地示范推广的创新链条。环环相扣，旨在为蔗种升级换代筑牢技术基础。

青年学生是这支队伍的生力军。他们常在老师的带领下，一行数人从北京实验室出发，带着试管、标签、干冰箱、液氮罐等，赶最早航班抵达南宁，乘一个多小时的汽车到达驻地，扒口饭便直奔基地，开启作业模式：挖根、洗样、分装、编号、速冻……采集根系样本，用于分析土壤微生物与甘蔗长势的关联。

“50个品系，每个品系采集12株，每株采3组样品，一次就是1800份样品。”来自山西的博士生李白杨边操作边说。这样的大量样本采集，他们一年要重复三次。但她和伙伴们没有被繁重的任务压倒，反而因为集体协作、配合默契而自豪：“你看，我们都练成‘流水线’了！大家一起干，特别有劲！”

啃最难啃的“农业骨头”

“敢做甘蔗研究的人，都是拼着老命来干的。”在北京奥运村园区，专项行政线负责人、微生物所所长钱韦坦言。

甘蔗育种之难，在于其“超高倍体”特性，使其成为农业科研领域最难啃的一根“硬骨头”。“水稻是二倍体，小麦是六倍体，而甘蔗是10～18倍体，还存在非整倍体。”钱韦解释说，“这使其杂交后代的基因型组合多到难以计数——经验上要从大约30多万个杂交后代里才能选育出一个优良品种。”

他打了个形象的比方：这就像把《红楼梦》撕碎后，再重新拼出一本超越原著的小说，难度可想而知。

钱韦（右二）、张杰（右三）在向当地数据收集人员了解甘蔗生长情况。受访者供图

专项的核心目标是打破这一困局，让甘蔗育种从依赖经验的2.0时代，“跨越”至智能育种的4.0时代。传统杂交育种周期长达10～12年，科学家希望借新技术将其压缩至5～8年。

微生物所的组培间里，科研人员也与这个“作物之王”较劲。副研究员尹昕给记者展示了抽柜里培养皿中小米粒大小的甘蔗愈伤组织——能够迅速增殖的细胞团，经过分化可以长出芽或根，成为完整的植物。

“这些都是我们从成百上千个转化后的愈伤组织中筛选出来的。”尹昕表示，甘蔗嫩梢可以诱导出愈伤组织，但特别娇气，切开后极易褐化导致难以遗传，转化效率低。“我们必须在培养基里添加特殊抗氧化剂，才能让愈伤组织以更好的状态进行基因改造，进一步分化生根，长成甘蔗苗。”她说。

为了诱导出功能良好的愈伤组织，博士生李昕芮和师兄陈江经常在组培室里一坐就是一天。目前，她已经培养了300多皿愈伤组织，而陈江已经获得大约400株基因改造的甘蔗小苗。

博士生陈江在进行组培。受访者供图

学生诱导的愈伤组织。受访者供图

愈伤组织长成的甘蔗苗。受访者供图

事实上，巴西蔗糖到岸价每吨约3500～4500元，而国内生产成本高达每吨5500～6000元。为何要啃这块“硬骨头”？

钱韦直言：“糖是国家战略物资，我国的白糖自主供给量仅约65%，不能把‘糖碗’端在别人手里。”

据联合国粮农组织统计，全球人均每年食糖消费量约为23公斤，巴西、美国等国家高达35公斤，而我国人均蔗糖消耗量每年仅11公斤左右，远低于国际平均水平。而在战争或极端情况下，糖的重要性更是不言而喻。

与此相对的是，我国适宜种蔗的热区有限。据国家统计局数据，2024年全国种植面积约2000万亩，主要集中在广西、云南等地。“种甘蔗远不如种香蕉、火龙果赚钱，国家每年为此投入巨额补贴，蔗农们也为保障国家食糖安全作出了巨大贡献。”钱韦感慨道。

钱韦表示，甘蔗育种是整个糖业链条的源头瓶颈。守护好“糖罐子”，既是保障民生，也是守护国家战略安全。“如果我们能摘下甘蔗育种这颗农业育种王冠上的明珠，那么大部分作物的育种难题，我们都有能力去突破。”他说。

从“难眠”到“自豪”

专项立项之初，中国科学院几乎没有做甘蔗育种的团队，一切都要从零开始。“大家连甘蔗怎么种都不知道，更不要说组培了。”钱韦回忆，当时压力之大，他和张杰都曾彻夜难眠。

短短两年间，研究突飞猛进：实验室里成功建立起甘蔗组培体系，用上了基因编辑体系；智能育种无人机、无人车，已经走进田间“实战”，开始收集表型数据；在华南植物园、西双版纳植物园建成甘蔗种质资源圃，在南宁武鸣区建立了“甘蔗科技小院”。

其中的苦，老师和学生都品尝过。夏季的蔗田，室外温度30多度，密不透风的“青纱帐”里，温度更是超过40度，闷热潮湿。为防止被甘蔗叶割伤，必须穿着长袖长裤作业，汗水浸透衣衫，干了又湿。

博士生李想国在田间工作，汗透衣衫。受访者供图

赶了100多公里的路，又采集了4个小时样本后，赵盼“躺平”在甘蔗田里。受访者供图

助理研究员矿永洁和博士生王雨记得，第一次来广西是2024年9月，天气特别热，因为没经验，飞机一落地就直奔基地，闷头就进蔗田干活，结果干了一个小时，几乎全员中暑，只能跑到路边喘息。如今，他们早已摸索出了高效的田间工作节奏：清晨7点开工至10点，下午4点再战到傍晚。即便如此，汗水依旧会浸透衣衫。

有的博士三、四年级学生很清楚，甘蔗育种时间长，他们毕业时看不到新品种了，但依然踏实干好自己那一份活，希望师弟师妹能够替他们看到。副研究员孙丽璠告诉记者，以前在实验室做棉花，两个人合作一个课题，几乎整天头都埋在实验室。现在整个课题组都搬到田里了，心里特别踏实。

来自“五湖四海”的老师和学生们在科技小院（从左到右依次是来自山西的李白杨、内蒙的郑鑫悦、北京的叶子芩、江西的领队老师旷永洁、甘肃的李想国、四川的孙艺秋和王雨）。受访者供图

“糖是国家战略物资，能为国家奉献一点点力量，我就觉得很兴奋、很激动。”博士生叶子芩说，“但更多的是骄傲。为祖国干活，我很荣幸，也很快乐！”

“亲眼见证一个设想、一个选题，成为一个项目，一步步推进落地，心里只有‘震撼’。”硕士生郑鑫悦感慨道，“特别钦佩所里的老师们，他们的执行力太强了，这就是中国科学院的作风！所以我们不只在实验室写论文，更要把论文写在大地上！”

在钱韦看来，农业是久久为功的事业，做农业科研“需要一点精神。否则，干不了甘蔗育种这份苦差事”。让他欣慰的是，大家面对难题，已经建立了研究的信心，对甘蔗有了感情。

“做任何事情，有了感情，就能坚持做下去。”钱韦说。