李家洋院士在稻田里

你每天吃的米饭，看起来普普通通，却藏着科学家们绞尽脑汁破解的“密码”。

为什么有的水稻长得又高又壮，结的谷穗却稀稀拉拉？为什么有的水稻矮矮小小，却能粒粒饱满？为什么有的水稻不怕风吹雨打，有的却一场小雨就倒伏在地？

这些问题的答案，就藏在水稻的基因里。而有一位科学家，花了二十多年时间，像侦探一样把这些“密码”一个个找了出来。

他就是中国科学院院士、植物分子遗传学家——李家洋。

2017年，李家洋和他的合作者们因为“破解水稻高产优质密码”的研究，获得了中国自然科学领域的最高奖项——国家自然科学奖一等奖。著名遗传学家李振声院士评价说，这是继水稻矮化育种（“绿色革命”）和杂交水稻之后的第三次重大突破，标志着“新绿色革命”的开始。

今天，就让我们走进李家洋爷爷的故事，看看他是如何从一粒小小的种子开始，破解了一个个水稻增产的秘密。

01  从建筑工地走出的“学霸”

1956年，李家洋出生在安徽省肥西县一个农民家庭。从小，他就经常下地干农活，大片倒伏的水稻给他留下了深刻的印象。那时候他还不懂，为什么好好的水稻会趴在地上？为什么有的田里收成好，有的却不行？

高中毕业后，动荡的年代让他暂时放下了书本。为了生活，他到建筑工地当学徒，白天搬砖、挖地基、抬水泥，晚上就在灯光昏暗、人声嘈杂的集体宿舍里看书。

“那时候条件很苦，但我一直相信，知识能改变命运。”李家洋后来回忆说。

1977年，国家恢复高考。李家洋凭着那股“钻”劲儿，考入了安徽农学院（现安徽农业大学）。大学期间，他迷上了一门新奇的学科——分子遗传学。这门学科研究的是生命最微观的层面——基因如何控制生物的各种特性。

1981年，他如愿考入中国科学院遗传研究所（现遗传与发育生物学研究所）攻读硕士。1985年，他远渡重洋，到美国布兰迪斯大学攻读博士学位。

在美国的近10年里，李家洋学到了当时世界最前沿的植物分子遗传学技术。但他心里始终装着一个梦想——用学到的知识，让中国人吃饱、吃好。

1994年，当身边不少人劝他“中国科研基础薄弱，回去可能跟不上世界前沿”时，李家洋没有犹豫，带着全家回到北京。

02  30平方米的“梦想实验室”

回国后的现实，比他想象的更艰难。

研究所给他分配了30多平方米的旧实验室。缺经费，没设备，李家洋就用别人淘汰的旧试验台和仪器。最窘迫的时候，连买几支移液枪都要精打细算——当时一支移液枪2000多元，给实验室几个研究生人手配一套，就要花1万多元。

“就像打仗时几个人共用一把枪，肯定干不好。”李家洋咬咬牙，还是给学生配齐了。

他做好了“打持久战”的准备。一开始，他选择了研究周期较短的模式植物——拟南芥。这是一种不起眼的小草，却是植物学家的“宠儿”，因为它的基因组小、生长快，适合用来研究基因的功能。

很快，李家洋课题组成为国内第一个让拟南芥在实验室里发芽、开花、结籽的团队。

2000年，他们完成了一项了不起的成就：从拟南芥的2万多个基因中“大海捞针”，采用图位克隆法分离出导致细胞死亡的基因，并解释了背后的机制。这是我国科学家首次用这种方法把高等生物的一个功能基因分离出来，为后来的水稻研究打下了坚实的基础。

03  7年“马拉松”，找到MOC1基因

1997年，实验室刚刚稳定下来，李家洋就迫不及待地转向了他真正想研究的目标——水稻。

那时候，他经常晚上11点后才从实验室回家。在楼道里，他总能碰上另一位科学家——钱前博士（后来也成为中国科学院院士）。钱前当时在遗传发育所朱立煌研究员实验室做水稻研究。

两人经常讨论到深夜：水稻最重要的性状是什么？最难的问题是什么？

“水稻最重要的性状是产量，产量性状中最难的又是分蘖数调控机理。”他们决定，就从这里入手。

什么是分蘖？你可以把水稻想象成一根主茎，旁边长出的“分枝”就叫分蘖。每个分蘖都可能长出一个稻穗。分蘖太多，营养分散，谷粒不饱满；分蘖太少，穗数不足，产量上不去。分蘖数的多少，直接决定了产量高低。

但要找到控制分蘖的基因，谈何容易！当时全世界的科学家都认为，分蘖是由复杂的遗传网络决定的，不可能由单个基因控制。

李家洋和钱前不信这个邪。他们一干就是整整7年。

2003年，他们终于用图位克隆技术，找到了调控水稻分蘖的关键基因——MOC1。这是世界上首次发现的单基因调控水稻分蘖的例证！

这个发现有多重要？它打破了科学界的传统认知，成为我国水稻功能基因组学发展的一个里程碑。相关研究发表在顶尖期刊《自然》上，还入选了当年的“中国十大科技进展新闻”。

实现了“从0到1”的突破后，李家洋团队乘胜追击，又克隆了一系列影响水稻株型的基因——分蘖角度、穗大小、穗型、茎秆强度……一个个“密码”被陆续破解。

04  “魔法基因”IPA1的意外发现

在所有发现中，有一个基因特别神奇，它叫IPA1。

IPA1的全称是“理想株型1号”。李家洋团队发现，这个基因就像一位“总指挥”，能同时影响多个性状：让水稻茎秆更粗壮、穗子更大、籽粒更饱满，还能增强抗倒伏和抗病能力。

为什么叫“理想株型”？李家洋解释说：“理想中的水稻，应该茎秆粗壮不倒伏，分蘖数量适中，穗大粒多。IPA1就能帮我们实现这个目标。”

2010年，IPA1基因的发现取得了突破性进展。这项研究后来成为李家洋团队获得国家自然科学奖一等奖的核心成果之一。

李家洋的“老搭档”韩斌院士曾感慨地说：“在水稻株型研究方面，李家洋在世界上数一数二。这是因为他花费大量精力，把世界上所有水稻株型几乎都研究遍了。”

05  像搭积木一样“设计”水稻

找到了这么多有用的基因，怎么才能让它们为农民服务呢？

李家洋提出了一个全新的理念——“分子设计育种”。

“就像设计工业产品一样，我们可以把高产、抗病、优质的基因模块‘组装’起来，‘设计’出理想的种子。”李家洋这样解释。

过去，育种专家选育一个新品种，主要靠经验和运气。他们需要把两个亲本杂交，从成千上万的后代里挑选表现好的植株，再一代代选育，往往需要8到10年时间。而且因为不知道具体是哪个基因在起作用，成功率很低。

而分子设计育种，就像有了“基因地图”。科学家可以先确定需要哪些优良基因，然后通过分子标记辅助选择，把想要的基因快速聚合到一起。

这个新理念，把中国的育种技术推向了世界前沿。

2013年，中国科学院启动了“分子模块设计育种”重大专项，2100多名科学家参与其中。经过5年攻关，他们创制了200个新品系，审定了27个新品种。

李家洋团队“精准设计”的多个水稻新品种，已经播撒到我国数千万亩稻田。

在长江中下游稻区，他们培育的“嘉优中科”系列籼粳杂交稻，亩产达到900公斤，比当地主栽品种增产20%以上。

在东北稻区，他们培育的“中科发”系列品种，产量高、口感好、出米率高，其中仅“中科发5号”累计种植面积就达2000多万亩。

06  让中国老百姓提前吃上新米

如今，年近七旬的李家洋依然没有停下脚步。

2020年以来，他带领团队又实现了一个“零的突破”——在长江中下游地区育出多个双季早粳稻新品系。

这是什么意思？以前，我国长江中下游稻区种的主要是早籼稻，口感差、品质低，大多只能做工业原料或饲料。而北方种的粳稻好吃，却只能在单季稻区种植。

李家洋团队的突破，让好吃的粳稻第一次在双季稻区安了家。这意味着，中国老百姓可以提前一个季度吃上新鲜好吃的粳米了。

李家洋常说：“我相信，只要不断努力、埋头苦干，我们的科学研究就能如同一粒粒种子，破土发芽，拔节生长，终将孕育出丰硕果实。”

从建筑工地的搬砖少年，到破解水稻密码的科学家；从30平方米的旧实验室，到数千万亩的金色稻田——李家洋爷爷用一粒种子，改变了一个国家的粮食未来。

下次当你端起一碗香喷喷的米饭时，或许可以想一想：这碗米饭的背后，有科学家们二十多年的坚守，和无数个日夜的汗水。而破解生命密码的故事，还在继续。

参考资料

中国农村网. 誓为祖国种好一棵水稻. 2025-02-14

中国工程院院士馆. 李家洋获何梁何利科学与技术成就奖. 2024-12-04

中国农业国际交流协会. 李家洋院士：国家需求植根于我的思想深处. 2024-05-14

科普中国. 中国科学院院士李家洋：杰青项目为中国基础科学作出卓越贡献. 2024-12-19

科学网. 做“用得上、有影响”的成果. 2020-04-07

中国科学院学部. 李家洋院士：国家需求植根于我的思想深处. 2024-06-05