讓科研人員“看見(jiàn)”根系，成都這一觀測(cè)技術(shù)全球領(lǐng)先

風(fēng)吹麥浪穗飄香。5月，正是麥子成熟收割的季節(jié)。月初，中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所平原農(nóng)業(yè)生態(tài)站（什邡）的麥田里一片金黃?？蒲腥藛T在田野里忙碌穿梭，收獲著小麥。

小麥、水稻等農(nóng)作物的生長(zhǎng)離不開(kāi)發(fā)達(dá)的根系，根系及周邊的分泌物成為科研人員們揭開(kāi)植物“生長(zhǎng)秘密”、促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)抗逆的關(guān)鍵。埋藏在地底的根系，科研人員如何窺其全貌？又怎樣對(duì)根際進(jìn)行準(zhǔn)確、快速地取樣？

在中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所，就有這樣一個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)——

為實(shí)現(xiàn)根際微生物、分泌物等復(fù)雜因子的實(shí)時(shí)無(wú)損監(jiān)測(cè)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了植物根系全生命周期無(wú)損取樣技術(shù)；同時(shí)提出了合成渦旋場(chǎng)高分辨成像技術(shù)，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(cè)的應(yīng)用設(shè)備。

記者了解到，目前這兩項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)轉(zhuǎn)化，合成渦旋場(chǎng)高分辨成像技術(shù)更是實(shí)現(xiàn)了全球首創(chuàng)。中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所正高級(jí)工程師蔣海波表示：“和行業(yè)內(nèi)其他成像技術(shù)相比，我們研發(fā)的合成渦旋場(chǎng)高分辨成像技術(shù)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(guó)科學(xué)院“科苑名匠”稱號(hào)。

▲蔣海波向記者介紹植物根系全生命周期無(wú)損取樣設(shè)備

自主研發(fā)兩項(xiàng)技術(shù)

推動(dòng)農(nóng)作物實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)抗逆

根系觀測(cè)在農(nóng)作物的品種改良和育種研究方面具有重要作用，然而，長(zhǎng)期以來(lái)，科研人員對(duì)植物的根系研究主要采用挖掘法、土鉆法、剖面法等傳統(tǒng)方法，破壞性大、準(zhǔn)確性低。

為了在關(guān)鍵領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位，“2016年，美國(guó)通過(guò)核磁共振、CT等多種技術(shù)路徑進(jìn)行根系觀測(cè)，但其從根本上還是承接了醫(yī)學(xué)成像的技術(shù)路線。”為何不選擇使用國(guó)外的觀測(cè)技術(shù)？蔣海波表示，一方面，這些設(shè)備體積很大，科研人員無(wú)法隨身攜帶到野外進(jìn)行根系觀測(cè)，“另一方面，我一直希望能夠研制出國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新的根系成像技術(shù)，尋找新的技術(shù)突破。新的時(shí)代，我們也有了進(jìn)行儀器創(chuàng)新的制造加工基礎(chǔ)。”

轉(zhuǎn)機(jī)很快到來(lái)。2018年，蔣海波參與了電子科技大學(xué)宮玉彬教授關(guān)于渦旋電磁場(chǎng)的課題組討論，他驚喜地發(fā)現(xiàn)，“渦旋電磁場(chǎng)能夠應(yīng)用于雷達(dá)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(lái)，依托于電子科技大學(xué)豐富的器件加工資源，我和宮玉彬教授的團(tuán)隊(duì)花費(fèi)3年時(shí)間，一起完成了合成渦旋場(chǎng)高分辨成像技術(shù)的原型系統(tǒng)。”

穿透性強(qiáng)、分辨率高、方便攜帶、成像迅速，這些特點(diǎn)使得合成渦旋場(chǎng)高分辨成像技術(shù)不僅能夠應(yīng)用于農(nóng)業(yè)觀測(cè)領(lǐng)域，還能在乳腺檢測(cè)、顱腦檢測(cè)等醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用，“目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在G7主要國(guó)家進(jìn)行布局，獲得了美國(guó)、韓國(guó)、歐盟的授權(quán)發(fā)明專利，并且實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)轉(zhuǎn)化。”蔣海波表示。

▲蔣海波在試驗(yàn)田中調(diào)試設(shè)備

除了對(duì)植物根系成像設(shè)備進(jìn)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(wú)損取樣技術(shù)。走進(jìn)蔣海波的實(shí)驗(yàn)室，只見(jiàn)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(wú)損取樣裝置在育種前進(jìn)行布設(shè)，農(nóng)作物的根系大概率會(huì)生長(zhǎng)進(jìn)‘管道’，通過(guò)特定的技術(shù)方式，我們就能將根際微生物、分泌物等完整地取出。”

自然環(huán)境如何對(duì)植物根系發(fā)育產(chǎn)生影響？在洪澇、干旱等情況下，農(nóng)作物會(huì)如何進(jìn)行防御？根際微生物、分泌物在不同環(huán)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(wú)損取樣技術(shù)，科研人員們的這些問(wèn)題得到了解答，“對(duì)根際的研究，揭開(kāi)了植物的‘生長(zhǎng)秘密’，同時(shí)也是促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)抗逆的關(guān)鍵。”

畢業(yè)后扎根成都

他是科研探索的“幕后英雄” 

事實(shí)上，雖然研制的技術(shù)、設(shè)備廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、生態(tài)等生物學(xué)領(lǐng)域，但蔣海波最初學(xué)習(xí)的是計(jì)算機(jī)軟件與理論專業(yè)，畢業(yè)于電子科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)。

為何從計(jì)算機(jī)領(lǐng)域跨越到生物學(xué)領(lǐng)域？“其實(shí)計(jì)算機(jī)和生物學(xué)是息息相關(guān)的，比如計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)、蟻群算法都是從自然界獲得的靈感，而生物學(xué)也需要依托技術(shù)設(shè)備才能得到進(jìn)一步的發(fā)展。”在電子科技大學(xué)的求學(xué)經(jīng)歷讓蔣海波進(jìn)一步感受到了學(xué)科交叉的魅力，這也讓他下定決心，在“IT（信息技術(shù)）+BT（生物技術(shù)）”領(lǐng)域進(jìn)行更深入研究。

2013年7月，蔣海波加入中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所，從事生命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)研究中亟需的新技術(shù)、新裝備、新算法、新軟件的研發(fā)，為科研人員提供專精特新的有效攻堅(jiān)利器，成為了科研探索的“幕后英雄”。“中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)科學(xué)院成都生物所給了我們施展才華的廣闊舞臺(tái)和包容環(huán)境，生物所對(duì)學(xué)科交叉非常支持，這也為團(tuán)隊(duì)的設(shè)備研究提供了深厚的基礎(chǔ)。”蔣海波表示。

▲蔣海波向記者介紹植物根系全生命周期無(wú)損取樣設(shè)備

自此，這個(gè)來(lái)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(lǐng)先水平，生物產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)突出，為我們提供了科研交流和成果產(chǎn)出的基礎(chǔ)。”

而像蔣海波一樣來(lái)自全國(guó)各地的科研人才，正在成都陸續(xù)扎根，懷揣夢(mèng)想不斷書(shū)寫創(chuàng)新故事。“現(xiàn)在我們的科研團(tuán)隊(duì)共有6個(gè)人，他們來(lái)自五湖四海，有東北的，有來(lái)自四川其他城市的。”蔣海波說(shuō)，團(tuán)隊(duì)的成員中有學(xué)習(xí)軟件、數(shù)學(xué)的，也有學(xué)習(xí)機(jī)械的，“不同學(xué)科的交叉能夠讓我們擁有新視角，同時(shí)為‘IT+BT’領(lǐng)域提供更多科研靈感。”

5月17日，蔣海波獲得了第五屆中國(guó)科學(xué)院“科苑名匠”榮譽(yù)稱號(hào)，在他看來(lái)，這不僅是個(gè)人的榮譽(yù)，更代表著中國(guó)科學(xué)院對(duì)科學(xué)事業(yè)的重視與期待。“這個(gè)榮譽(yù)對(duì)我來(lái)說(shuō)，更是一種責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。要敢于啃技術(shù)上的硬骨頭，以?shī)^斗者為本，為搶占科技制高點(diǎn)提供科研攻堅(jiān)利器。”

記者：呂佳羽

來(lái)源：紅星新聞