2017年，在方卫国教授的实验室里，一场普通的课题组周会正在进行。

当一位博士生汇报实验进展时，无意间提到一个看似无关紧要的现象：一具被绿僵菌感染致死的虫子尸体（僵虫），竟不断吸引健康的虫子靠近。

在旁人听来，这或许只是个有趣的插曲。但方卫国教授的反应却出人意料——

“我当时就非常兴奋，”方教授回忆那一刻，眼神依然发亮，“这可能就是一个策略，来解决我们十多年来的瓶颈问题。”

 

选择蚊子：一个艰难但必然的选择

这个瓶颈，要追溯到很久以前。

最初，方卫国研究的是绿僵菌的基本生物学背景，他很好奇：这种真菌为何有寄生、共生和腐生三种生活方式。

其后，在进一步研究蚊虫和真菌的互作时，他选择了蚊子——这个最难养、最难控制、实验成本也最高的对象。

除了因为疟疾是一个重大的公共安全的问题外，还有一个“私人”原因。

“我母亲怀我时，患了疟疾。”在那个疟疾大流行的年代，孕妇是极易受害的群体，胎儿死亡率很高，“我能健康出生是一个奇迹。”

因为这层渊源，当有机会跟美国约翰·霍普金斯大学的疟疾研究团队合作时，他毫不犹豫地投身其中。

 

真正的瓶颈：如何让真菌“追上”蚊子

在20世纪90年代，研究人员就发现了绿僵菌杀蚊的能力：孢子一旦接触蚊子体表，就能穿透体壁，在体内繁殖并最终杀死宿主。而当菌丝从尸体内外长出，死去的蚊子被绿色孢子覆盖，形成僵硬的虫尸，即“僵虫”。

方卫国那时的研究，专注于如何让绿僵菌的杀虫能力更高。当时实验进展很顺利，但瓶颈也随之而来。

“在实验室里，我们用女生的香水瓶改装成喷雾器，将孢子悬液喷在被冻晕的蚊子身上，可野外，蚊子是到处飞舞的，你不可能拿着真菌到处喷。”

如何让飞舞的蚊子“接种”真菌，成了制约这项技术应用的核心难题。

他尝试过许多思路：让真菌产生更多二氧化碳来吸引蚊子，甚至尝试用合成生物学手段让真菌分泌已知的蚊虫引诱剂。“我们都尝试了，但很可惜都没有成功。”

 

偶然中的必然

正因为长期思考这个问题，当学生在组会上无意间提到“僵虫吸引健康虫”的现象时，方卫国敏锐地抓住了这个线索。

“如果你以前想得多的话，那个现象就会跟你脑子里以前的想法的产生一个碰撞，就会产生一个灵感往下做。”

当了导师后，参与一线实验的时间不如以前多。但为了保持对关键线索的敏锐，方卫国仍旧关注实验细节，而如果发现有意思的东西，他跑去看的频率会比学生自己还高。也因此，方卫国自称是个“烦人”的导师，“学生都有点烦我了，我估计他们心里在想，这个老师怎么又跑过来看了。”

 

从现象到机制：追踪“致命香气”

在确认僵虫确实能吸引蚊子后，团队开始追踪这种神秘吸引力的来源。

他们发现，只有在僵虫身上长出的绿僵菌，才能强烈吸引蚊子，而在普通培养基或植物上生长的菌几乎无效。这意味着，僵虫这一特殊的生长环境里一定存在某种关键因素，让绿僵菌表现出完全不同的特性。

于是，他们通过气相色谱技术，对不同生长条件下的挥发物进行筛选。在筛选挥发物时，方卫国还加入了一个特殊条件：它挥发的时间一定要足够长。

这个看似简单的标准，背后是深刻的应用考量：目前疟疾影响的主要是资源匮乏的地区，他们研发出的产品，必须做到投放后无需频繁维护，在一个疟疾流行季节（数月）内都能持续工作。

最终，团队锁定了一种名为长叶烯的化合物。

 

低成本又高效：为资源匮乏地区设计的解决方案

然而，长叶烯只有在僵虫上的绿僵菌才能高水平挥发，而用虫子尸体去大规模生产显然不现实。

最好是能改造一下绿僵菌，让它在基础的培养皿上生长时，也能产生大量长叶烯。

团队尝试在绿僵菌基因组中，寻找合成长叶烯的基因，“我们预测了20多个基因，每个都做了突变体，但没有发展。”

在屡屡受挫后，他们转换思路，从松树中找到了合成长叶烯的关键基因，并将其成功导入绿僵菌。“其实长叶烯在松树中分泌特别多，一些香水中也利用了这个化合物。”

改造后的工程菌，在廉价培养基上，就能生产出挥发长叶烯的孢子。

“因为蚊子和疟疾是全球健康问题，贫穷的人更容易遭受其危害。”为此，他们选用廉价的稻谷壳、麸皮和过期大米做培养基，每公斤成本不到1.2元。

而释放绿僵菌的小装置，特意设计成无需依赖能源，就可自主工作，方便在电力资源不稳定的地区投放。

 

从实验室到田间

为了验证工程菌在近乎真实环境下的效果，团队在构建了一个模拟野外生态的系统。团队将装载着工程菌的“释放站”放入这个环境，开始了为期50天的半田间实验。结果非常振奋人心，成蚊种群数量大幅下降。

更关键的是，与市面上常见的化学杀虫剂不同，绿僵菌杀蚊的机制非常复杂，这意味着蚊子很难对其产生抗性。“化学杀虫剂可能只攻击一个特定的蛋白，就像一把钥匙开一把锁。锁（靶点）一换，药就失效了。”

而绿僵菌的感染是一个极其复杂的生物学过程：孢子先要附着体壁，在高压和几十种蛋白酶、几丁质酶、脂酶的协同作用下，产生杀蚊效果。蚊子几乎不可能通过单一突变，同时对这几十种攻击全部产生抗性。

而且，对这一推论，现实早有佐证。

方卫国指出，绿僵菌作为生物农药，早自20世纪50年代起就被用于大规模防控蝗虫等农业害虫，甚至用飞机喷洒。“它已经被用了七八十年，目前还没有发现蚊子中产生了抗性。”

 

最后的攻坚：让创新走向真实世界

绿僵菌工程菌的出现，为疟疾防控提供了新的工具，但从实验突破到真正应用，中间还隔着关键的一步：如何让这项技术在真实环境中长期、稳定地发挥作用。

如今，方卫国团队正积极推进田间试验，并且对工程菌株进行全面的环境安全评价与产品登记。这些步骤往往需要长时间、多地点的验证，需要在不同生态下反复测试，并追踪对当地环境及食物链上其他生物的潜在影响。

这些环节构成了创新走向现实世界的“最后攻坚”，也承载了方卫国多年来的夙愿：用高效、可靠、容易落地的技术，助力全球疟疾消除的进程，让更多母亲平安生产，让更多孩子健康长大。

让偶然的观察，转变成疟疾防控的新钥匙，这才是了不起的创新。

 

2019年初，一篇发表于《自然·生物技术》的论文，在水稻研究领域引起了不小的震动。论文的核心，是杂交水稻中首次在成功实现了“无融合生殖”技术体系。

就在发表后的第二天，论文的通讯作者、中国水稻研究所的王克剑研究员，接到了一个让他倍感意外的电话。

电话是他的所长打来的。所长说：“袁隆平院士看到了你的文章，亲自联系了我，说想请‘你们所的小王’吃个饭，当面聊一聊。”

在农业科研领域，袁隆平院士是泰斗级别的科学家。而当时的王克剑，只是一位默默无闻的“80后”青年研究员。

“我是觉得非常意外，”王克剑回忆道，“我没想到袁先生他会亲自跟所长联系。”

但其实，袁隆平院士，一直在关心“无融合生殖”杂交水稻这个课题。

 

杂交水稻的困境

2013年，王克剑刚刚加入中国水稻所时，杂交水稻的增产能力已毋庸置疑。

“但是我之前意外看到了一篇文章，呼吁袁隆平院士放弃杂交水稻。” 这个看似离经叛道的文章，让王克剑陷入了思考。

文章指出，杂交水稻后代会产生性状分离，因此不能留种。而制种过程又十分复杂，每年都需依赖专业公司制种，且容易受天气影响，导致杂交稻种子价格高企。

“正常水稻2到5块钱一斤，杂交稻要20到50元，贵一点的可能要100多，相差10倍到20倍。”对农户来说，每年购买杂交稻的种子，负担不轻。

如果能让杂交稻实现“无融合生殖”，即不通过精子卵子结合，就能克隆自身，产生后代，那么优良的杂交品种就能像常规稻一样被农民留种，一劳永逸地解决上述难题。

 

闯入无人区

事实上，无融合生殖并非一个新概念，它正是袁隆平院士在上世纪80年代提出的“一系法”。

传统上，杂交水稻是三系法，通过雄性不育系、保持系和恢复系，三者进行组配，才能生产出杂交种子。而两系法略有简化，利用光温敏雄性不育系和恢复系，在特定环境下生产杂交种子。

但科学家们的终极目标还是一系法，通过无融合生殖，让后代直接克隆母代的优势，彻底免除制种环节。

为了实现这个目标，上个世纪不少科学家都集中力量攻关，但最终都失败了。

于是，等到2013年，王克剑想研究无融合生殖时，这个方向已经成了无人区。 

王克剑请教过许多前辈。“多数专家认为做不成。他们的逻辑是：三系法、两系法都能在自然界找到材料，一系法的材料找了这么多年都没找到，如果有的话，早就发现了，还等到你。”

他检索了国家基金委的项目，发现近十年都没有“水稻无融合生殖”相关的资助——这个领域，已从当年的热门，变成了彻底的“冷门”甚至“无人区”。

没有项目支持，没有同行看好，但王克剑很快就决定，这个事必须做。“我当时想的是，我可能这一辈子都做不成，但哪怕是当‘炮灰’也行，行业需要一些冲在前面的人。”

支撑他的，除了产业需求的迫切，还有理论和技术的成熟。“在植物生殖方面，前人做了很多研究，我们站在了巨人的肩膀上。再加上那些年，基因编辑技术正好快速发展，让我们有了更趁手的工具。”

过去的科研路径，主要依赖于从自然界中，寻找天然存在的无融合生殖水稻材料，但基因编辑技术则让科研人员从“发现”转向了“设计”。 它就像一把分子级的“手术刀”，允许研究人员直接对水稻的生殖基因进行精准“编辑”，改变了曾经依赖于庞大工作量的筛选过程，缩短了研发周期。

 

“聚散离合”与“上帝之手”

目前，杂交水稻的生殖过程，就像洗牌。“爸爸一副牌，妈妈一副牌，两副牌混在一起，先洗牌，就是交换基因，再发出新的一手牌，这就变成了孩子。所以出来孩子的牌既像父母，又不一样。” 

体现到杂交稻身上，就是下一代的性状分离。

想要水稻进行无融合生殖，首先要弄清楚，洗牌过程中有哪些关键节点。“根据学界多年的研究，我们总结出‘聚、散、离、合’四个关键节点。”

而无融合生殖的目标，就是绕过“洗牌”的聚散离合环节，让父母的牌型，被完整地复制到下一代。

王克剑画下了一张清晰的“战略路线图”：通过基因编辑技术，精准敲除控制“聚”、“散”、“离”、“合”四个关键节点的基因，为水稻的生殖“架桥”，开辟一条直达终点的捷径。

战略清晰，但战术推进却充满荆棘。

最大的挑战是基因的选择与组合。调控生殖的基因成百上千，他们先通过生物信息学分析，筛选出理论上最可能的几个进行测试。

可实验开始的前几年，做出来的都失败了，全是不孕不育的水稻。因为水稻研究在完成一个种植季之前，无法确定结果如何，所以往往一次失败，就要花费数月、甚至一年的时间。

“做科研肯定有些坑要去踩的，多踩一个，范围就缩小一点。”王克剑这样鼓励团队。他始终坚信战略路线没错，问题出在战术，没有找到那座最合适的“桥”。

转机发生在2017年秋天。

当尝试了足够多的基因后，终于有一天，助手兴奋地跑来告诉他，田里某个材料好像结种子了。王克剑的第一反应是“不可能”。他走到大田，远远地看到稻穗低垂——那是有籽粒的迹象。

“我当时喜出望外，简直不敢相信自己的眼睛。”他立刻安排实验室进行基因型鉴定，确认负责“聚散离合”的4个关键基因确实被成功敲除。

然后，他们在温室里将这批种子播种下去，发现长出的植株是与母本一模一样的克隆体，此时，整个团队才真正确认无融合生殖，在杂交水稻中首次实现。

 

两代科学家的接力

2019年，研究成果在《自然·生物技术》发表后，发生了文章开头的一幕。袁隆平院士不仅主动邀约，还在见面时做了充分的准备。

“他提前让助手把我们的论文翻译成中文，给他讲了一遍。”王克剑回忆道，“他把我叫到身边坐下，细细地问是怎么做的，还跟我讲他们当年探索的历史和遇到的困难。”

那天晚上，袁隆平坚持自己做东请客。

“我非常意外。没想到他这样级别的科学家，会为了一个年轻人的工作亲自联系，还这么关注最前沿的进展。”

通过两代科学家的接力，袁隆平院士看到了他当年提出的、曾被质疑“把大家带进沟里”的方向，终于在新时代的年轻人手中，照进了现实。

 

拥抱未来

如今，王克剑团队已将无融合生殖体系从Fix1迭代到Fix8，结实率和诱导效率不断提升，逼近“双百目标”，结实率接近正常水稻的100%，诱导效率接近100%。

“结实率指的是结籽的数量，不能比正常水稻少；诱导效率指的是这些种子里，真正实现无融合生殖的克隆种子的比例。”王克剑解释，“农业应用一定要稳，如果纯度不够，老百姓看到田里有杂株就不敢用。”

如果有一天，无融合生殖杂交稻能够真正推广，它将从根本上改变杂交稻的使用方式。种子生产成本或将大幅降低，过去因价格过高而无法推广杂交稻的地区，也将重新看到增产的希望。在有限的土地上，小农户能更容易获得稳产的品种，也更有能力应对不断加剧的极端天气。

从实验室到田间，任何农业创新都需要时间去验证、适应与完善。不同地区的气候环境、土壤条件、生态系统，也都需要新的体系去逐步适应。但这条路的意义，早已超出了中国的边界。在许多发展中国家，昂贵的种子、有限的优良品种和愈发不稳定的气候，是无数农村家庭共同面临的挑战。无融合生殖技术的突破，让“一袋更可负担、更可靠的好种子”不再只是某一个国家的愿望，而是有可能成为世界更多农民触手可及的现实。

用跨越几代人的耐心，打通不可能的路径，这就是了不起的创新。