在⼴阔且隐秘的地下空间，不断扩张、盘绕和交错的植物根系构成了世界上最复杂的界⾯之⼀。⽽在离根轴表⾯数毫⽶的范围之内，⼜“萦绕”着数万种微⽣物和各类代谢物。⼟壤、根系、微⽣物之间相互作⽤，组成了难以⽤⾁眼察觉的微观世界。“这样的区域，我们称为根际。”中国科学院成都⽣物研究所（以下简称成都⽣物所）⾼级⼯程师蒋海波⼜将其称作“⿊匣⼦”，因为它们深埋暗地，变化多端，让⼈看不清、摸不透。
为了帮助科研⼈员打开这个“⿊匣⼦”，蒋海波系统开展了根系表型⽆损观测技术研发，以此实现了对植物根系的“⾼清”成像，以及对根际微⽣物、分泌物等复杂因⼦的⽆损监测，为农业育种、植物学、⽣态学研究提供了全新的技术装备。凭借其在科研装备研发⽅⾯的贡献，⽇前，蒋海波荣获第五届中国科学院“科苑名匠”称号。
⼉时兴趣化为对事业的使命感2011年，正在电⼦科技⼤学攻读博⼠学位的蒋海波，收到了某头部通信科技公司的录取通知书。然⽽，⾯对⾼薪⼜光鲜的职位，他却放弃了。两年后，从计算机软件与理论专业毕业的他，成为成都⽣物所⼀名⼯程师。“对于我来说，这个机会更难得。”蒋海波说，“在这⾥，我可以针对探索性科学研究、个性化新装备需求，去研发‘专精特新’的装备。
”10年过去了，在钟爱的领域坚守的他，设计和研发出植物根系全⽣命周期⽆损观测技术、⾼通量多尺度体表微观⾃动成像系统、⻜⻦捕⻝模拟系统，以及动物咬⼒测量系统等，精准满⾜了植物表型组学、动物⾏为学等研究领域对特殊性新装备的需求。在整个研发过程中，蒋海波的探索欲和创造⼒不断被激发。在接受《中国科学报》采访时，蒋海波回忆起⾼中时代曾在⼭东省临沂市举办的⻘少年发明⼤赛中斩获奖项。
那场⽐赛他不仅获得了证书和现⾦奖励，还得到⼀套与思维创新有关的书籍。“对我来说，这不仅是个⿎励，更是激发我兴趣的起点。”如今，蒋海波将兴趣转化为⼀种使命。“做基础科学研究，⼀定要注重相关设备的研发。如果⼀味从国外买现成的仪器，就是在压缩我们做原始创新⼯作可能性的空间。”蒋海波认为，⼀流的科研⼯作⼀定要有⼀流且⾃主创新的技术装备作⽀撑。“这条创新之路，要秉持⼀种更为开放和融合的视⻆。
”蒋海波说，尽管研究所的⼯作主要聚焦农业和⽣态⽅⾯，但过程中涵盖了⽣物学、物理学、计算机科学和⼯程学等多个领域的内容。“所以要重视学科交叉，加强不同领域的合作，才能解决更为复杂的科学问题。”给植物根系做⾼清“CT”“合成涡旋场⾼分辨成像技术”的研发，就是⼀次跨学科合作的成果。
在临床医学中，可以通过X光、计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）、超声、核医学成像等各种成像技术，观察⼈体内部的结构和功能。理论上讲，上述成像技术也可应⽤于探察植物根系。但⽬前相关设备太⼤，对实验条件要求苛刻，并不适⽤于野外调查。“况且其背后的技术专利已被国外垄断，我们必须⾛⼀条⾃主研发的技术路线。”蒋海波说。
2019年，蒋海波承担了中国科学院先导专项A“种⼦精准设计与创造”颠覆性前沿技术探索⼦课题，⾯向农业育种国家重⼤战略需求，对植物根系的形态观测和根际界⾯全要素解析进⾏技术研发。他与电⼦科技⼤学从事微波器件和微波理论研究的宫⽟彬教授团队合作，不仅在涡旋场成像⽅⾯实现了突破，还在利⽤合成涡旋场技术上实现了多个创新。涡旋场成像就是，当发射源向⽬标物发射电磁波时，会形成“甜甜圈”⼀样的涡旋场。
“单位周期内发射的‘圈’越多，两个‘圈’之间的距离越短，反射回的信息成像分辨率就越⾼，探测也就越精准。”蒋海波介绍，想要“圈”多，就要提⾼涡旋电磁波模式数。传统⽅式是增加发射源，即天线个数，但⼤量扩充天线阵列不太实际，成本太⾼。“要是⽤‘虚拟合成’的⽅式呢？”蒋海波灵光乍现，“就像当许多利箭迎⾯射来，⽽我⼿中只有⼀⾯盾牌时，我是不是要不断移动盾牌以此挡住更多来箭？
”他琢磨，尽管发射端只能安装⼀定数量的天线，但可以按照⼀定周期和⻆度，通过旋转天线阵列并按照⼀定调控规律同时发射电磁波，从⽽提⾼模式数。在与宫⽟彬团队的合作下，他们很快搭建原理样机验证了这⼀想法。由此，团队开发出拥有完全⾃主可控专利的合成涡旋场⾼分辨成像技术，并完成了多种场景下便携式原型样机的开发，实现对多类毫⽶级埋藏⽬标的⽆损探测。
⽬前，该技术不仅应⽤于根系和根际研究中，还为乳腺癌的早期筛查提供了新的技术解决路线。少⼀分急功近利，多⼀分精益求精如果说“合成涡旋场⾼分辨成像技术”是协助科研⼈员把根系形态“看清楚”，那么“植物根系全⽣命周期⽆损测量技术”的研发，就是解决了根际微⽣物、分泌物等复杂因⼦的取样和监测问题。“我们要研究根系分泌物，不太可能⽤⾁眼看。⼀种办法就是将根系挖出，进⾏浸泡、提取，再利⽤测试仪器进⾏分析。
”蒋海波说，但这样操作使根系⽆法复原，且不⽅便实现根系全⽣命周期的监测。如何⻓时间对根系物质变化过程进⾏⽆损取样，是蒋海波考虑的核⼼问题。为此，基于根系⽣⻓和分布规律的统计数据，蒋海波设计了⼀种埋于地下的根系引导装置，不仅保证根系能在其间顺利⽣⻓，还能⽅便研究⼈员随时进⾏样品的提取。装置根管的⾛线如何布局、形成的每⼀个弧度有多⼤……蒋海波都进⾏了精密的计算。
在根管下⽅的槽⼝，他还巧妙地安设了⼀个⽓囊。“平时⽓囊处于⼲瘪状态，让槽⼝开放，使根系能够和外界进⾏物质能量交换。如果要注⼊浸提剂等溶液对根际进⾏取样，便给⽓囊充⽓，堵住槽⼝，⽅便物质的提取。”2015年，该装置相应功能开发完成不久，⼀家企业就对此装置表现出转化意向，但被蒋海波拒绝了。“我认为当时的装置只能实现基本功能，如果要进⾏应⽤，还要花费时间调整参数。
”他不愿急功近利，只想更加精细地“雕琢”，使装备在使⽤过程中更⽅便。经过完善后，该技术已顺利实现转化应⽤。例如，在⾃然界碳汇研究领域，该技术能帮助科研⼈员进⼀步了解微⽣物在根系⽣⻓过程中的变化和作⽤，为分析植物根系对⼟壤固碳能⼒的影响提供数据⽀撑。⽐起物质上的回报，研发成果能真正解决实际问题，更让蒋海波感到欣慰。“成果得以应⽤并不意味着就到达了终点，还有很多问题需要我继续总结和探索。”