馬鈴薯中的科學：土豆不“土”

史軍

馬鈴薯（俗稱土豆）天生就是一種好食物，它們產量高，營養全，對不同環境的適應性強，又可以是蔬菜又可以當主食，簡直是完美。但是，馬鈴薯也有自己的苦衷，比如病毒。

大家對病毒并不陌生，人類發現的第一種病毒就是一種植物病毒——煙草花葉病毒。病毒不僅威脅著人類健康，對植物生長的影響也是巨大的。

馬鈴薯是通過塊莖進行繁殖的，隨著一代一代播種繁育，塊莖中的病毒種類和數量會越來越多，輕則影響品質和產量，重則導致大幅減產甚至絕收。幸運的是，科學家們用智慧拯救了岌岌可危的馬鈴薯產業。

馬鈴薯存在嚴重的自交衰退，大小不一，形狀各異，口味差別大，無法上市銷售?

? 馬鈴薯生長過程示意圖

1934年，科學家將感染了奧古巴花葉病毒的番茄根切成多段，分別接種到煙草（心葉煙）植株上。結果發現，接近生長點的兩段根沒有讓煙草植株長出病斑，其他接觸了其余番茄根的煙草植株都長出了病斑。也就是說，番茄根尖這種生長旺盛的植物組織不會被病毒侵染，只要我們把這些部位進行組織培養，最終得到的植物體也就不會帶有病毒了。

1952年，法國科學家莫雷爾·喬治斯（G. Morel）和馬丁（C. Martin）通過莖尖組織培養，獲得了沒有某些病毒的馬鈴薯植株，在很大程度上解決了馬鈴薯病毒帶來的問題。這就是目前被廣泛使用的馬鈴薯莖尖脫毒技術。

為什么細胞分裂活躍的植物組織就不會被病毒侵染呢？這個謎題一直到2020年10月，才被中國科學家解開。

中國科學家取得的研究成果，為世界糧食安全作出了突出貢獻。科研人員希望在接下來的研究中將這種原理應用到農作物抗病毒上，期待在不久的將來，能夠獲得完全不受病毒侵染的馬鈴薯和其他農作物。

2021年6月，中國科學家培育出第一代雜交馬鈴薯種子——優薯1號，首次將“基因組設計”理念應用到馬鈴薯育種中。這項技術解決了傳統馬鈴薯種植成本高、易染病蟲害、育種進程緩慢等問題，并成功突破雜交馬鈴薯育種技術難題。

馬鈴薯是通過塊莖進行繁殖的，在種薯儲備過程中為了避免霉變腐爛等損失，需要投入大量的資源。問題來了，為什么不用種子來種馬鈴薯呢？

那是因為馬鈴薯是一種自交不親和植物，即它的每個植株的花粉無法為自己的胚珠授粉，要想得到種子，就必須用另一棵植株的花粉。在自然界中，自交不親和的策略是成功的，因為這樣可以帶來更多的基因交流和遺傳性狀組合，即能讓馬鈴薯家族更好地應對復雜多變的生活環境。但是，對農業產業化生產來說，這種特性可謂是災難。因為用種子種出來的馬鈴薯大小不一，形狀各異，口味差別大，無法上市銷售。所以為了保證其薯塊一致性，到目前為止，絕大部分種植者都是用塊莖作為“種子”來種植馬鈴薯。

此外，種植的馬鈴薯通常是四倍體（細胞內有4組染色體），遺傳背景相當復雜，進行雜交培育的時候，很難取得理想的性狀組合。這種特性也極大阻礙了馬鈴薯新品種的誕生。

那么中國科學家是如何突破馬鈴薯種植和育種難關的呢？經過不斷實踐，科研人員通過3個步驟解決了這個問題。

首先，篩選出性狀優良的基因純合的父本和母本，即找到基因組雜合度較低和有害突變數目較少的目標種薯。

第二步，通過基因組層面的數據統計分析，確定大效應有害等位基因和優良等位基因在基因組中的分布。

第三步，盡可能淘汰那些效應比較強的有害突變，同時，讓優良基因處于純合狀態（純合指純合基因型，其等位基因呈同質狀態，如AA、aa，可真實遺傳），尤其是要打破大效應有害突變和優良等位基因之間的連鎖。通過上述3個步驟，就得到了用于培育優良雜交馬鈴薯種子的父本和母本。

得到理想的父本和母本之后，根據基因組測序的結果，選擇基因組互補性比較高的自交系進行雜交，這樣就能獲得優勢顯著的雜交種。

這一項育種工作得到了基因組大數據的支持，農業育種再也不是一個單憑經驗和運氣的農事活動了。相信在未來，我們會設計出越來越多理想的農作物。

不可以！未成熟的土豆中含有可以抑制膽堿酶活性的龍葵素，從而讓人體積累過多的乙酰膽堿，使神經過度興奮。龍葵素毒性很強，會使人產生惡心、嘔吐、腹瀉等癥狀，嚴重時還會抽搐、昏迷，甚至危及生命。

當土豆變青、發芽或者腐爛時，龍葵素的含量會大量增加，不小心食用之后會產生中毒反應。如果癥狀比較嚴重，就必須要去醫院哦。

對于發芽的土豆是否能食用，東西方廚師的態度則完全不一樣，原因是西方烹飪通常用烤和深度油炸的方法，如210攝氏度、持續10分鐘深度油炸的條件下，可以去除40%的龍葵素。這是因為當溫度達到170℃以上時，龍葵素的“防線”開始松動。而東方烹飪土豆，通常是用煮和炒的方法，在這種烹飪溫度條件下很難有效破壞龍葵素。所以保險起見，建議不要吃發芽的土豆。