让科研人员“看见”根系，成都这一观测技术全球领先

渠县融媒

风吹麦浪穗飘香。5月，正是麦子成熟收割的季节。月初，中国科学院成都生物研究所平原农业生态站（什邡）的麦田里一片金黄。科研人员在田野里忙碌穿梭，收获着小麦。

小麦、水稻等农作物的生长离不开发达的根系，根系及周边的分泌物成为科研人员们揭开植物“生长秘密”、促进农作物增产抗逆的关键。埋藏在地底的根系，科研人员如何窥其全貌？又怎样对根际进行准确、快速地取样？

在中国科学院成都生物研究所，就有这样一个技术团队——

为实现根际微生物、分泌物等复杂因子的实时无损监测，团队研发了植物根系全生命周期无损取样技术；同时提出了合成涡旋场高分辨成像技术，最大程度提高了根系成像分辨率，使植物“隐藏的一半”能被可视化和量化，为科研人员提供了根系成像和观测的应用设备。

记者了解到，目前这两项技术已经实现了市场转化，合成涡旋场高分辨成像技术更是实现了全球首创。中国科学院成都生物研究所正高级工程师蒋海波表示：“和行业内其他成像技术相比，我们研发的合成涡旋场高分辨成像技术分辨率更高、更方便携带、更安全。”5月17日，蒋海波获得了第五届中国科学院“科苑名匠”称号。

▲蒋海波向记者介绍植物根系全生命周期无损取样设备

自主研发两项技术

推动农作物实现增产抗逆

根系观测在农作物的品种改良和育种研究方面具有重要作用，然而，长期以来，科研人员对植物的根系研究主要采用挖掘法、土钻法、剖面法等传统方法，破坏性大、准确性低。

为了在关键领域保持领先地位，“2016年，美国通过核磁共振、CT等多种技术路径进行根系观测，但其从根本上还是承接了医学成像的技术路线。”为何不选择使用国外的观测技术？蒋海波表示，一方面，这些设备体积很大，科研人员无法随身携带到野外进行根系观测，“另一方面，我一直希望能够研制出国内自主创新的根系成像技术，寻找新的技术突破。新的时代，我们也有了进行仪器创新的制造加工基础。”

转机很快到来。2018年，蒋海波参与了电子科技大学宫玉彬教授关于涡旋电磁场的课题组讨论，他惊喜地发现，“涡旋电磁场能够应用于雷达成像，那么是否也能够用于土壤里的根系成像？”这一灵感为苦苦思索的蒋海波提供了思考的新维度，“后来，依托于电子科技大学丰富的器件加工资源，我和宫玉彬教授的团队花费3年时间，一起完成了合成涡旋场高分辨成像技术的原型系统。”

穿透性强、分辨率高、方便携带、成像迅速，这些特点使得合成涡旋场高分辨成像技术不仅能够应用于农业观测领域，还能在乳腺检测、颅脑检测等医学成像领域有着广阔的应用，“目前这项技术已经在G7主要国家进行布局，获得了美国、韩国、欧盟的授权发明专利，并且实现了市场转化。”蒋海波表示。

▲蒋海波在试验田中调试设备

除了对植物根系成像设备进行研究，蒋海波还为科研人员探索根系的“微观世界”提供了植物根系全生命周期无损取样技术。走进蒋海波的实验室，只见桌上陈列了一排透明“管道”，蒋海波介绍，“将这些全生命周期无损取样装置在育种前进行布设，农作物的根系大概率会生长进‘管道’，通过特定的技术方式，我们就能将根际微生物、分泌物等完整地取出。”

自然环境如何对植物根系发育产生影响？在洪涝、干旱等情况下，农作物会如何进行防御？根际微生物、分泌物在不同环境下有何变化？蒋海波告诉记者，依托植物根系全生命周期无损取样技术，科研人员们的这些问题得到了解答，“对根际的研究，揭开了植物的‘生长秘密’，同时也是促进农作物增产抗逆的关键。”

毕业后扎根成都

他是科研探索的“幕后英雄” 

事实上，虽然研制的技术、设备广泛应用于农业、生态等生物学领域，但蒋海波最初学习的是计算机软件与理论专业，毕业于电子科技大学、中国科学院大学。

为何从计算机领域跨越到生物学领域？“其实计算机和生物学是息息相关的，比如计算机领域的深度学习网络、蚁群算法都是从自然界获得的灵感，而生物学也需要依托技术设备才能得到进一步的发展。”在电子科技大学的求学经历让蒋海波进一步感受到了学科交叉的魅力，这也让他下定决心，在“IT（信息技术）+BT（生物技术）”领域进行更深入研究。

2013年7月，蒋海波加入中国科学院成都生物研究所，从事生命科学和临床医学研究中亟需的新技术、新装备、新算法、新软件的研发，为科研人员提供专精特新的有效攻坚利器，成为了科研探索的“幕后英雄”。“中国科学院和中国科学院成都生物所给了我们施展才华的广阔舞台和包容环境，生物所对学科交叉非常支持，这也为团队的设备研究提供了深厚的基础。”蒋海波表示。

▲蒋海波向记者介绍植物根系全生命周期无损取样设备

自此，这个来自山东的青年在成都扎了根，“在成都，我深切感受到了包容与自由。成都的生物科技水平在西部处于领先水平，生物产业重点领域优势突出，为我们提供了科研交流和成果产出的基础。”

而像蒋海波一样来自全国各地的科研人才，正在成都陆续扎根，怀揣梦想不断书写创新故事。“现在我们的科研团队共有6个人，他们来自五湖四海，有东北的，有来自四川其他城市的。”蒋海波说，团队的成员中有学习软件、数学的，也有学习机械的，“不同学科的交叉能够让我们拥有新视角，同时为‘IT+BT’领域提供更多科研灵感。”

5月17日，蒋海波获得了第五届中国科学院“科苑名匠”荣誉称号，在他看来，这不仅是个人的荣誉，更代表着中国科学院对科学事业的重视与期待。“这个荣誉对我来说，更是一种责任和担当。要敢于啃技术上的硬骨头，以奋斗者为本，为抢占科技制高点提供科研攻坚利器。”

记者：吕佳羽

来源：红星新闻