讓科研人員“看見”根系，成都這一觀測技術全球領先

風吹麥浪穗飄香。5月，正是麥子成熟收割的季節。月初，中國科學院成都生物研究所平原農業生態站（什邡）的麥田里一片金黃。科研人員在田野里忙碌穿梭，收獲著小麥。

小麥、水稻等農作物的生長離不開發達的根系，根系及周邊的分泌物成為科研人員們揭開植物“生長秘密”、促進農作物增產抗逆的關鍵。埋藏在地底的根系，科研人員如何窺其全貌？又怎樣對根際進行準確、快速地取樣？

在中國科學院成都生物研究所，就有這樣一個技術團隊——

為實現根際微生物、分泌物等復雜因子的實時無損監測，團隊研發了植物根系全生命周期無損取樣技術；同時提出了合成渦旋場高分辨成像技術，最大程度提高了根系成像分辨率，使植物“隱藏的一半”能被可視化和量化，為科研人員提供了根系成像和觀測的應用設備。

記者了解到，目前這兩項技術已經實現了市場轉化，合成渦旋場高分辨成像技術更是實現了全球首創。中國科學院成都生物研究所正高級工程師蔣海波表示：“和行業內其他成像技術相比，我們研發的合成渦旋場高分辨成像技術分辨率更高、更方便攜帶、更安全。”5月17日，蔣海波獲得了第五屆中國科學院“科苑名匠”稱號。

▲蔣海波向記者介紹植物根系全生命周期無損取樣設備

自主研發兩項技術

推動農作物實現增產抗逆

根系觀測在農作物的品種改良和育種研究方面具有重要作用，然而，長期以來，科研人員對植物的根系研究主要采用挖掘法、土鉆法、剖面法等傳統方法，破壞性大、準確性低。

為了在關鍵領域保持領先地位，“2016年，美國通過核磁共振、CT等多種技術路徑進行根系觀測，但其從根本上還是承接了醫學成像的技術路線。”為何不選擇使用國外的觀測技術？蔣海波表示，一方面，這些設備體積很大，科研人員無法隨身攜帶到野外進行根系觀測，“另一方面，我一直希望能夠研制出國內自主創新的根系成像技術，尋找新的技術突破。新的時代，我們也有了進行儀器創新的制造加工基礎。”

轉機很快到來。2018年，蔣海波參與了電子科技大學宮玉彬教授關于渦旋電磁場的課題組討論，他驚喜地發現，“渦旋電磁場能夠應用于雷達成像，那么是否也能夠用于土壤里的根系成像？”這一靈感為苦苦思索的蔣海波提供了思考的新維度，“后來，依托于電子科技大學豐富的器件加工資源，我和宮玉彬教授的團隊花費3年時間，一起完成了合成渦旋場高分辨成像技術的原型系統。”

穿透性強、分辨率高、方便攜帶、成像迅速，這些特點使得合成渦旋場高分辨成像技術不僅能夠應用于農業觀測領域，還能在乳腺檢測、顱腦檢測等醫學成像領域有著廣闊的應用，“目前這項技術已經在G7主要國家進行布局，獲得了美國、韓國、歐盟的授權發明專利，并且實現了市場轉化。”蔣海波表示。

▲蔣海波在試驗田中調試設備

除了對植物根系成像設備進行研究，蔣海波還為科研人員探索根系的“微觀世界”提供了植物根系全生命周期無損取樣技術。走進蔣海波的實驗室，只見桌上陳列了一排透明“管道”，蔣海波介紹，“將這些全生命周期無損取樣裝置在育種前進行布設，農作物的根系大概率會生長進‘管道’，通過特定的技術方式，我們就能將根際微生物、分泌物等完整地取出。”

自然環境如何對植物根系發育產生影響？在洪澇、干旱等情況下，農作物會如何進行防御？根際微生物、分泌物在不同環境下有何變化？蔣海波告訴記者，依托植物根系全生命周期無損取樣技術，科研人員們的這些問題得到了解答，“對根際的研究，揭開了植物的‘生長秘密’，同時也是促進農作物增產抗逆的關鍵。”

畢業后扎根成都

他是科研探索的“幕后英雄” 

事實上，雖然研制的技術、設備廣泛應用于農業、生態等生物學領域，但蔣海波最初學習的是計算機軟件與理論專業，畢業于電子科技大學、中國科學院大學。

為何從計算機領域跨越到生物學領域？“其實計算機和生物學是息息相關的，比如計算機領域的深度學習網絡、蟻群算法都是從自然界獲得的靈感，而生物學也需要依托技術設備才能得到進一步的發展。”在電子科技大學的求學經歷讓蔣海波進一步感受到了學科交叉的魅力，這也讓他下定決心，在“IT（信息技術）+BT（生物技術）”領域進行更深入研究。

2013年7月，蔣海波加入中國科學院成都生物研究所，從事生命科學和臨床醫學研究中亟需的新技術、新裝備、新算法、新軟件的研發，為科研人員提供專精特新的有效攻堅利器，成為了科研探索的“幕后英雄”。“中國科學院和中國科學院成都生物所給了我們施展才華的廣闊舞臺和包容環境，生物所對學科交叉非常支持，這也為團隊的設備研究提供了深厚的基礎。”蔣海波表示。

▲蔣海波向記者介紹植物根系全生命周期無損取樣設備

自此，這個來自山東的青年在成都扎了根，“在成都，我深切感受到了包容與自由。成都的生物科技水平在西部處于領先水平，生物產業重點領域優勢突出，為我們提供了科研交流和成果產出的基礎。”

而像蔣海波一樣來自全國各地的科研人才，正在成都陸續扎根，懷揣夢想不斷書寫創新故事。“現在我們的科研團隊共有6個人，他們來自五湖四海，有東北的，有來自四川其他城市的。”蔣海波說，團隊的成員中有學習軟件、數學的，也有學習機械的，“不同學科的交叉能夠讓我們擁有新視角，同時為‘IT+BT’領域提供更多科研靈感。”

5月17日，蔣海波獲得了第五屆中國科學院“科苑名匠”榮譽稱號，在他看來，這不僅是個人的榮譽，更代表著中國科學院對科學事業的重視與期待。“這個榮譽對我來說，更是一種責任和擔當。要敢于啃技術上的硬骨頭，以奮斗者為本，為搶占科技制高點提供科研攻堅利器。”

記者：呂佳羽

來源：紅星新聞