超市水果变形计：解码人类改造植物的黑科技

当你站在超市的水果区，看着个大皮薄的西瓜、肥硕粗壮的香蕉、珠圆玉润的葡萄时，是否认为这些“完美”的水果是大自然的杰作？实际上，它们都是人类改造植物的智慧结晶。它们的祖先可能让你大跌眼镜——野生西瓜只有圣女果大小，香蕉曾布满硬籽，原生葡萄果小皮韧。从远古先祖采摘野果到今天水果产业蓬勃发展，在漫长的岁月里，人类利用各种技术手段，一步步将野生水果改良成我们熟悉和喜爱的样子。现在，就让我们沿着技术发展脉络，重温人类改造水果的奇妙旅程。

文/倪江飞 王国强

倪江飞，中国科协创新战略研究院助理研究员。

王国强，中国科协创新战略研究院研究员。

驯化萌芽：开启改良的第一步

远古时期，人类以狩猎和采集为生，其中，野果是重要的食物来源之一。当时的野果个头小，味道也较酸涩。例如，野生的苹果不仅像樱桃一样小，而且果肉较硬。但是，野果在特定的季节能为人类提供宝贵的能量与水分。

旧石器时代人类采摘野果

（图片来源：sutori.com）

在采摘野果的过程中，人类无意中成了“自然投票员”。出于本能，人类总爱采摘尺寸更大、味道更甜的果实，并随意把种子丢在聚居地周围。这些区域因人类活动（如食物残渣堆积、灰烬施肥）形成了肥沃土壤，为种子生根发芽、开花结果提供了必要的养分。随着时间的推移，人类发现那些被随意丢弃在聚居地周围的野果种子，来年竟生长出了新的植株，并且还结出了果实。这一发现让人类意识到，可以通过某种方式主动地获取更多的果实，而不必完全依赖大自然的恩赐。

于是，人类开始尝试挑选那些种子较大、口感较好的野果进行种植，逐渐发展出一系列栽培植物的方法。考古学家研究发现，无花果是人类最早栽培的果树树种之一。据考证，无花果最早源于阿拉伯半岛的种植活动，随后逐渐传播至腓尼基、叙利亚、埃及等地，埃及金字塔的壁画里就清晰地雕刻有古埃及人种植无花果的生动场面。2006年，美国哈佛大学约瑟夫教授、以色列巴伊兰大学基斯列夫和哈特曼教授，在中东约旦河谷下游的一个村庄遗址中发现了古代留下的无花果果实，包括9颗已经炭化的小果实和300多粒无花果小核果的碎屑，距今已有11 400多年的历史。有趣的是，这些无花果无授粉过程，所以一定是人工扦插的结果。这一发现证明了无花果果树是最早被人类驯化的作物，较中东地区人类种植小麦、大麦及豆类还要早1 000多年。

葡萄同样是最早被人类驯化的果树之一。2017年，科学家从格鲁吉亚首都第比利斯以南两处石器时代末期村落遗址出土的陶罐中发现了葡萄酒残留物，推断人类至少在8 000年前就开始酿造葡萄酒。2023年，云南农业大学董扬教授团队通过集合全球近5 000份葡萄遗传资源，将人类栽培葡萄起源推演至1.1万年前。人类对水果的早期驯化为粮食作物种植提供了关键技术储备，推动了人类从采集狩猎时代进入农耕时代，人类开始过上定居农耕的生活，从而为人类系统性改造水果提供了条件。

古代技术积累：传统方法奠基

从人类进入农耕时代（始于约1万年前）到18世纪这段漫长时间里，一系列重要的技术被发明和应用，如嫁接、修剪、压条等技术，为水果的增产和品质改良提供了更为有效的手段。

嫁接技术，堪称植物界的“移花接木”魔法，是人类改良水果史上的一大里程碑，解决了优良水果品种繁殖的难题。尽管世界各地的嫁接技术各有千秋，但历史都很悠久。古希腊和罗马时代的著作中关于嫁接的描述表明，在公元前5世纪的地中海地区，嫁接已经是一种常见技术。例如，大约在公元前424年，古希腊名医希波克拉底追随者的著作中提到“有些树是从嫁接在其他树上生长而来的：它们独立生长，所结的果实与被嫁接树上的不同”。中国的嫁接技术同样有着悠久的历史。北魏时期农学家贾思勰在《齐民要术》中详细记载了嫁接果树的方法，他在书中指出嫁接法能够使梨树结果早、梨肉细密，嫁接梨树所选的砧木最好是樘树或杜树。宋代以后，嫁接技术已较为成熟，方法趋于多样化，有插接、根接、身接、腰接等多种技术。

嫁接果树

（图片来源：treecarezone.com）

修剪技术是提高果树的产量和品质的另一种手段。修剪去除病弱、交叉及过密枝，可减少养分消耗，使养分集中供给健壮枝果，提升水果产量与品质。在古代中国，公元2世纪的《四民月令》就有关于果树修剪的描述。元代农学家鲁明善在《农桑衣食撮要》中指出，砍掉低矮、细小的杂乱枝条，能够使结出的果实更加饱满肥大。大约17世纪中叶起，欧洲人开始对果树进行系统化修剪，以满足贵族对美的追求。在法国凡尔赛宫的花园式果园中，苹果、梨、葡萄等果树被修剪成倚墙而立的各种图形，如U字扇形、平枝扇形等，兼具观赏与实用功能。

近代科学介入：系统改良开始

18世纪至20世纪中叶，遗传学理论的建立与完善为后续人类进一步改良水果提供了坚实的理论基础。1856年，奥地利遗传学家孟德尔开启了一项注定要改写生物学历史的宏伟篇章——豌豆杂交实验。修道院中一块大约35米长、7米宽的空地成为他的科研“主战场”。在这块空地上，他一共种植了37个品种、2.7万多株豌豆，进行了一场长达8年的豌豆杂交实验，最终发现了遗传的两大规律，即基因的分离定律和基因的自由组合定律。孟德尔的伟大发现向世人揭示了生物性状通过基因从亲代传递到子代背后的深层逻辑。

在孟德尔遗传理论的指导下，育种学家可精准匹配具有特定优良性状的亲本实施杂交，培育出具有多种优良性状的水果品种。许多我们日常生活中常见的水果，如无籽葡萄、四季草莓、脐橙等，在很大程度上都是杂交育种技术与现代生物技术的产物，在果实大小、口感、耐储运性等方面较它们的祖先有了很大的改善。

17世纪，意大利画家斯坦奇所绘包含西瓜、梨的静物油画作品，向我们展示了几百年前的西瓜外形和内部构造与现代西瓜有着显著的差异。画面中的西瓜瓜瓤呈现旋涡形状，而且可食部分只占较小的比例。得益于杂交技术的创新应用，现代西瓜品种已经呈现前所未有的多样性，如无籽品种、耐储运品种、高糖度品种等。

意大利画家斯坦奇画笔下的西瓜

（图片来源：hyperallergic.com）

杂交技术的出现，大大加快了人类驯化果树的速度，对经济社会产生了深远的影响。杂交品种显著提升了水果的产量，如杂交苹果产量是野生苹果的数倍，大大推动了全球水果产业的发展。同时，杂交水果，如智利的车厘子、泰国榴.，成为地域文化的象征，推动了水果国际贸易的发展。

现代技术飞跃：从辐射诱变到基因剪刀

自20世纪50年代以来，一系列水果改良技术的出现为现代水果的发展提供了前所未有的机遇。

辐射育种技术是其中的杰出代表，其原理是利用电离辐射诱发基因突变，然后筛选出变异个体，培育出新品种。20世纪20年代，美国遗传学家马勒发现X射线能够诱发果蝇基因突变，这一重大发现为辐射育种奠定了理论基础。随后，辐射育种技术开始在粮食作物上得到应用。到了20世纪中叶，辐射育种技术已经应用于水果的选育中，并迅速发展。

葡萄柚是利用辐射育种技术进行品种优化的代表性水果之一。20世纪50年代末，美国国家原子能实验中心选取钴-60作为伽马射线源诱导葡萄柚发生基因突变，最终培育出果肉颜色更深、甜度更高、生长周期明显缩短的红心葡萄柚——里约星，深受消费者的喜爱。目前，该品种占得克萨斯州红心葡萄柚产量的90%以上。从此，辐射育种技术在全球广泛传播，也成功培育出口感更佳、抗病性增强、早熟性优化的苹果、葡萄、桃等水果新品种。

随着航天技术的发展，太空育种逐渐代替人工辐射育种，成为改良作物的新手段。太空育种利用太空中微重力、高真空、强辐射等极端环境，诱使植物发生基因突变率通常比地面辐射育种高数十倍。1987年，我国就开始探索太空育种技术，利用返回式卫星和神舟飞船将包括水果在内的植物种子送入太空，取得了显著的经济效益。例如，太空2008草莓是由中国航天育种中心培育的新品种，不仅果大汁多、果味浓香、甜味突出，而且耐储存能力强、早熟性好，成为我国草莓育种领域的一项重大突破。

诱变育种

（图片来源：biologynotesonline.com）

辐射诱变育种技术虽然为培育优质、高产、抗逆性强的新品种提供了有效途径，但缺乏精准性，无法准确控制突变的位点和类型，需要通过大量的筛选工作才能找到优良性状的个体。基因编辑技术的出现恰好弥补了辐射技术这一缺陷，该技术犹如一把神奇的剪刀，对特定基因进行精确修饰，包括敲除、敲入、替换碱基等操作，以实现对水果性状的精准、定向改良。早期的基因编辑技术操作复杂、成本高、效率低，但2012年CRISPR/Cas9技术问世彻底改变了这一局面，成为最具有革命性的基因编辑技术。它具有高效、便捷、低成本等优势，已在医学、生物制药、农业和作物育种等领域有着广泛应用。

在水果育种方面，基因编辑技术通过敲除水果的某个关键基因来提升水果的特性。例如，通过敲除导致水果易褐变的基因，可以延长其保鲜期。科学家利用RNA干扰技术敲除导致苹果褐变的PRO基因，成功培育出不易褐变的苹果品种。该品种在切割后能够持久保持白色果肉，于2015年在美国市场推出后，受到市场的热捧。又如，基因编辑技术敲除番茄中抑制γ-氨基丁酸（GABA）水平的基因来提高GABA的水平。研究发现，GABA具有缓解情绪、提高睡眠质量等功效。这种基因编辑番茄于2022年在日本上市，其GABA含量比普通番茄提高了4~5倍。

基因编辑在水果中的应用

（图片来源：molhort.biomedcentral.com）

随着基因编辑技术的发展，未来我们可以见到基因编辑过的黄瓜、草莓等水果，它们在口感和营养得到提升的同时，还提升了抗病虫能力，这对全球水果产业无疑是一场意义重大的变革。

未来已来：数字水果育种时代

人工智能和大数据将在未来水果育种中发挥重要作用。想象一下，超级计算机以每秒万亿次速度分析全球水果基因库，机器学习模型犹如一位经验丰富的老农，在虚拟试验田里模拟着各种品种在不同环境中生长轨迹，而消费者在互联网世界活动中留下的数字足迹，都将转化为口味、色泽、大小等方面的优化指令，为水果育种注入人性化进化密码。人工智能与大数据的结合为育种者打造“数字孪生宇宙”，实现传统育种从“盲人摸象”到“精准制导”的华丽转变。

在不远的未来，每一个水果都可能携带“数字护照”，记载着不可思议的详细信息。从基因档案中可查看它接受过哪些DNA改造，从碳足迹中可追踪到从种植到货架共消耗了多少能量，从动态折线图中可预测最佳的食用时间。或许，消费者使用手机扫描水果果皮上的纹路，即可观看该品种在虚拟试验田里的“进化轨迹”，甚至可以投票决定下一代育种方向。

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2025年《科学画报》