点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【锚定2035·院士谈科学报国】作物育种进化史:从野生驯化到智能设计
首页> 光明科普> 图文 > 正文

【锚定2035·院士谈科学报国】作物育种进化史:从野生驯化到智能设计

来源:光明网-科普中国2024-11-25 10:06

  编者按:习近平总书记指出,“科学普及是实现创新发展的重要基础性工作。”为助力高水平科技自立自强,中国科协科普部联合光明网推出“院士高端科普”栏目,邀请各领域院士就我国当下热点科技问题给予权威解答,服务引导更多科技工作者提升科研科普能力,促进全民科学素质提升,为科技强国建设贡献科普力量。#千万IP创科普

  植物是人类食物的主要提供者。尽管全球约有3万种可食用的植物,但人类仅用了30种养育了这个世界。其中,五类谷物水稻、小麦、玉米、高粱和粟类(如谷子、黍),为全球人口提供了总能量的60%;10种作物为人和家养动物提供了所消耗食物的95%。

【锚定2035·院士谈科学报国】作物育种进化史:从野生驯化到智能设计

中国科学院院士种康

  怎么高效地利用自然界给我们提供的这些物种?从原始社会到农耕社会,再到现代社会,不同时代对自然界的植物资源利用是不同的。原始社会,自然界有什么物种资源,我们就直接采集食用什么资源。到了农耕社会,人类开始驯化物种。

  比如,栽培水稻就是由野生稻驯化而来的。野生稻具有较强的落粒性,而且芒长、壳硬、蜕壳困难等性状,不利于人类利用。经过上万年的驯化和筛选,才有了栽培水稻谷粒大、芒变短甚至无芒,产量高等特性。

  从野生植物变成栽培作物,这个过程就是驯化育种。变成栽培作物以后会形成一些品种,称之为“农家品种”。在缺乏生物遗传学知识的时代,野生植物的驯化以及繁种,完全靠经验,属于育种1.0时代。

  从十九世纪开始,生命科学的发展推动着育种技术不断升级。二十世纪初,遗传学理论得到发展,科学家开始深入探究遗传和变异的奥秘。最典型的育种技术就是杂交技术,比如,上世纪三十年代的杂交玉米。直到现在一些作物还主要通过遗传杂交培育品种,这种遗传育种技术的应用被称为育种2.0。它的缺点是效率低,新品种培育一般需要10年以上,而且很难选出突破性品种。

【锚定2035·院士谈科学报国】作物育种进化史:从野生驯化到智能设计

种康院士在实验室

  分子生物学发展以后,科学家开始知道,育种的背后实际上是基因控制的。基因决定生物体长成什么样子、具有什么样的特性,而且还能把这些样子和特性传递给它的后代。于是,一些分子生物学技术,比如转基因技术,被应用于育种领域,即用某一个基因或者某些基因片段作为辅助的育种,我们称之为分子育种3.0时代。

  基于分子生物学的分子育种,大大提高了育种水平和效率。分子生物学技术可以快速获知“哪些基因是正控制作物性状,哪些基因是负控制,以及它们之间的网络关系”。科学家通过转基因技术和基因编辑等手段,从而能够在短短几年内将野生品种快速“驯化”成能满足现代人类需求的全新品种。

  尽管现在我们的很多作物仍处于育种2.0和3.0阶段,但是进入二十一世纪后,基因组编辑技术已经将作物育种推向了4.0阶段——设计育种,即基于基因模块及其非线性耦合理论,以及合成生物学思路,借助计算生物学和人工智能设计出理想的品种,大大缩短了育种周期,提高了育种效率。比如,现在我们希望水稻作物长成什么样子,就可以进行设计了。因为我们需要的性状中每一个都由某一个基因的状态决定,把这几个基因有机地整合起来,从而在一个植株里面同时实现我们所需要的各个性状,这个作物就是我们想要的品种。目前,我国水稻育种在国际上处于领先水平,已经能够做到运用基因组学和系统生物学去设计品种。

【锚定2035·院士谈科学报国】作物育种进化史:从野生驯化到智能设计

种康院士在饲草育种加速器实验室调研苜蓿生长情况

  当前,国家提倡“大食物观”,不仅仅是主粮,还包括我们吃的蔬菜水果,喝的茶等等,这些作物改良和我们植物科学工作者都密不可分。植物科学家们利用现代生物学技术推动育种技术的飞速发展,不仅丰富了作物的品类,也创造性地改善了作物的营养成分,为保障粮食安全和重要农产品稳定供给提供了有力支撑。

  随着计算生物学和合成生物学技术的快速发展,设计育种将成为未来竞争的新趋势,并会向智能化、精准化进一步发展。为此,科学家要积极探索新现象、揭示新机制、构建新载体、研发新技术、创立新研究体系,全面推动植物科学发展,为粮食安全与大食物观贡献力量。

  (文章系中国科学院院士种康在“中国细胞生物学学会科普大师校园行”活动中的分享,光明网记者肖春芳、武玥彤整理)

【锚定2035·院士谈科学报国】作物育种进化史:从野生驯化到智能设计

【锚定2035·院士谈科学报国】作物育种进化史:从野生驯化到智能设计

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平为塞尔维亚总统武契奇举行“友谊勋章”颁授仪式

  • 习近平会见巴基斯坦总理夏巴兹

独家策划

推荐阅读
位于北京大兴区的长子营湿地公园,草木葱茏,水面澄澈,鸟鸣声清脆悦耳,勾勒出一幅生机盎然的生态画卷。
2026-05-26 09:24
我国虽然核电铀燃料对外依存度高,但钍资源储量丰富,目前探明钍储量位居世界第二。以钍作核燃料不仅符合我国资源禀赋,甚至可能改变未来全球能源格局。
2026-05-26 09:18
我国已累计发布1750项食品安全标准,涉及2万多个指标,覆盖340多种食品类别,持续完善科学严谨、好用管用的食品安全标准体系。
2026-05-26 09:11
入汛以来,全国平均降水量达110.1毫米,较常年同期偏多18.6%。从空间分布来看,我国南北方均出现降水量较常年同期明显偏多区域。
2026-05-26 09:11
5月30日将迎来第十个全国科技工作者日,中国科协将联合相关部委集中表彰第四届全国创新争先奖获奖团队和个人,发布2026年“最美科技工作者”年度人物。
2026-05-26 09:09
到今年5月21日,“澳门科学一号”(下称“澳科一号”)卫星成功发射三周年。卫星上天不是终点,3年来,“澳科一号”团队研发未曾停歇,在相关科学与技术领域取得多项重大突破。
2026-05-25 10:19
近来,词元(Token)一词持续刷屏科技圈、经济圈,而让它“破圈”的,是一组极具冲击力的数据——今年3月,我国日均词元调用量突破140万亿。从2024年初的1000亿,到2025年底的100万亿,再到突破140万亿,两年间增长超千倍。
2026-05-25 10:16
《中国生物物种名录2026版》封面。与去年的名录相比,2026版名录中,动物界新增3380个物种和477个种下单元;植物界新增431个物种,减少2个种下单元;真菌界新增3114个物种,减少1246个种下单元。
2026-05-25 10:02
平面单位距离问题探讨的是,在无限大的纸上,最多可以画出多少条等长的线段来连接纸上的点。Erdos证明了越来越大的网格如何能够包含大量距离相等的点,并且这个网格会以比点数增长略快的速度无限延伸。
2026-05-25 10:02
“嘀——”一声轻响,广东深圳北站中心公园一只橙白相间的“铁柜”柜顶绿灯亮起。”  胡流华告诉记者,2023年他刚接触低空经济时,无人机配送还只是个概念。胡流华指着监控大屏细细讲解:“瞧,每个光点就是一架无人机。
2026-05-25 10:00
今年秋季,华为将发布新的麒麟手机芯片,完整采用逻辑折叠技术,大幅提升相关性能。
2026-05-25 09:38
5月22日上午,在2026年文化强国建设高峰论坛“人工智能与媒体变革”分论坛上,中宣部副部长、国务院新闻办公室主任莫高义发表主旨演讲。
2026-05-22 13:22
中国科学技术大学何俊峰教授研究组与南方科技大学薛其坤院士、陈卓昱副教授研究组合作,在新型镍基高温超导的机理研究中取得重大突破。
2026-05-22 10:19
近年来,生产环节的技术革新,推动缝纫线产业转型向着上游拓展。
2026-05-22 10:19
在系列政策牵引下,学科专业动态调整正日趋常态化、精细化与特色化。
2026-05-22 10:14
“十五五”时期,如何推动我国生物多样性保护迈上新台阶?应着力在以下方面下功夫。
2026-05-22 10:13
当AI把数小时的工作压缩到转瞬之间,一个核心问题不得不让人思考:AI时代,未来教育最该培养学生什么能力?
2026-05-22 10:11
2026年亚太经合组织(APEC)贸易部长会议将于5月22日至23日在江苏省苏州市举办。苏州高新区镇湖绣娘姚琴华、岳琰创作的苏绣作品《朱荷图》《太湖一梦入姑苏》也一同展出。一根丝,在绣娘手中可以绣出江南山水;在现代工厂里,也可以进入高端面料、工业材料、绿色纤维和全球供应链。
2026-05-21 09:35
残障群体对无障碍环境建设最为敏感、利益最为攸关,但其话语权也相对较弱。不断完善相关法律体系,以充分保障残障群体在无障碍环境建设中各项权利。
2026-05-21 09:33
光,是宇宙中最神秘而又最常见的存在。从彩虹与翅膀的启示,到光子晶体与超材料的设计,人类在光学材料上的探索不断深化,实现了从“理解自然之光”向“设计与驾驭光”的飞跃。
2026-05-21 09:31
加载更多