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

  • 中国大熊猫保护研究中心迎来今年国内首只大熊猫幼崽

  • 2026味到京城美食节点亮北京夏日经济

独家策划

推荐阅读
“在洞窟里,把冷光灯打开,面对着千年壁画的那一刻,所有的烦恼都会瞬间远离,觉得能近距离接触如此杰出的艺术品,是很震撼、很幸运又很幸福的事。遵循这一“笨规矩”,于宗仁组织完成了莫高窟与甘肃省内外多处壁画彩塑保护方案与实施工作,例如莫高窟千像塔彩塑保护修复、莫高窟第196窟壁画彩塑保护修复,以及麦积山石窟部分洞窟的塑像壁画保护修缮等。
2026-06-11 10:23
国际科技出版机构施普林格·自然10日发布的自然指数2026科研领导者榜单显示,中国继续保持全球第一,2024年至2025年科研产出增长22.4%,是全球十强中唯一实现两位数增长的国家。机构表现方面,自然指数显示,中国科学院整体排名位列榜首,在除健康科学和社会科学以外的5个学科领域位居第一。
2026-06-11 10:23
量子传感是一种利用量子效应进行高精度测量的新技术。量子传感可通过增加粒子数量来提高传感性能,然而这面临一个重要挑战——量子热化。“这不仅深化了人们对量子热化这一基础科学问题的认识,也为发展新一代高灵敏度量子传感器提供了新的思路。
2026-06-11 10:23
扎根智能制造一线,很多像马遵农一样的年轻人用技术创新护航制造业转型升级。如今,基于模型的系统工程等方法已应用于飞机制造的各个环节,新工艺的研发更高效、更精准、更节约。
2026-06-11 10:23
阶段扩建,计划新增一个综合舱段,让空间站整体构型从“T”字变为“十”字。从初具规模的三舱组合,到不断扩容升级,中国空间站的成长,是中国载人航天稳步发展的缩影。
2026-06-11 10:23
6月9日16时23分,朱雀二号改进型遥六运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空。
2026-06-10 09:57
6月8日,火烈鸟在盐湖湿地嬉戏,成为一道亮丽风景线。
2026-06-10 09:57
日前,长江干线首个“复式航道”在安徽土桥水道和大通水道试运行,预计每日分流200余艘上行浅吃水船舶。
2026-06-10 09:52
近年,智能除锈凝胶与高相容性的新型加固材料的研发与成功应用,分别为脆弱青铜器无损清除锈蚀病害与矿化层加固提供了创新方法。
2026-06-10 09:51
为了让更多患者在关键时刻“用得上、用得起”,一群年轻的航天人坚定踏上了国产ECMO攻关之路。
2026-06-10 09:48
作为长江、黄河、澜沧江发源地,青海多年来持续推进三江源水生生物资源保护修复,持续巩固青海省高原河湖生态屏障。据悉,此次大批量土著鱼苗放流,进一步充实了黄河上游鱼类资源储备,对修复河道生物群落、改善水域生态环境具有积极作用。
2026-06-09 09:57
记者从自然资源部中国地质调查局获悉,“海洋地质六号”船近日完成深海地质调查第16航次科考任务,在深海地质环境调查、海洋探测关键技术装备研发应用等方面取得多项成果。
2026-06-09 09:56
培育新质生产力、建设现代化产业体系,是推动经济高质量发展、夯实中国式现代化产业根基的重要任务。未来产业依托前沿技术与颠覆性创新引领发展方向,赋能传统产业与新兴产业,拓展发展边界、培育全新增长点。
2026-06-09 09:52
人工智能与数智技术的发展,无疑是当下人们最为关切的议题之一。
2026-06-09 09:50
耕地是保障粮食安全的根本。当前,我国耕地质量总体呈现稳中有升良好态势,东北黑土地保护性耕作面积持续扩大,南方酸化耕地治理和北方盐碱地改造利用均取得积极进展。
2026-06-09 09:36
6月5日,记者从哈尔滨医科大学获悉,该校周钦、崔飞云教授科研团队融合人工智能、表面增强拉曼光谱检测与血液代谢分析技术,打造出一款全新的血液代谢分子解析检测平台。阿尔茨海默病是高发老年神经退行性疾病,依靠血液样本进行早期微创筛查,即液体活检,是当下临床医学的热点话题。
2026-06-08 09:56
近日,在山东胜利油田油区护卫中心,飞手贾承斌坐到电脑前,轻点鼠标,操纵室外无人机群升空。
2026-06-08 09:57
生态环境部日前发布的《中国履行〈生物多样性公约〉第七次国家报告》显示,截至2025年底,与生物多样性有关的27个国家目标中,我国有21个目标取得显著进展。
2026-06-08 09:57
大国工匠是我们中华民族大厦的基石、栋梁。大国工匠作为各领域的技艺集大成者,是工匠精神的生动代言人和时代典范,他们身上闪耀着执着专注、精益求精、一丝不苟、追求卓越的光彩。
2026-06-08 09:57
“甘肃是我国著名的‘有色金属之乡’,镍、钴、铂族金属等矿产资源储量全国领先,在国家战略资源安全保障中具有不可替代的地位。项目组将充分吸纳专家意见,力争提出务实管用、可落地、能实施的咨询建议,为保障国家资源安全贡献“甘肃方案”。
2026-06-08 09:57
加载更多