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

  • 中国考古博物馆:多彩活动伴新年

  • 港口作业忙 力争“开门红”

独家策划

推荐阅读
“深海一号”气田是中国迄今为止自主开发的作业水深最深、地层温压最高、勘探开发难度最大、天然气产能最大的海上气田,最大作业水深超1500米。
2026-01-04 09:00
细胞膜蛋白是药物作用的关键靶点,而核酸适体是一类能够高特异性、高亲和力结合靶标分子的寡核苷酸。
2026-01-04 08:59
意见提出到2030年电网资源优化配置能力有效增强,“西电东送”规模超过4.2亿千瓦,新增省间电力互济能力4000万千瓦左右,支撑新能源发电量占比达到30%左右,接纳分布式新能源能力达到9亿千瓦,支撑充电基础设施超过4000万台。
2026-01-04 08:58
全国农业农村厅局长会议日前在北京召开。会议指出,2025年,各级农业农村部门扎实有力推进乡村全面振兴和农业强国建设重点工作,
2026-01-04 02:05
农村冬闲时节,如今,大伙儿哪能闲得住?这正是提高农民技能水平、拓宽就业门路的好时候。 “我是一位被小奶娃和锅碗瓢盆‘拴住’的普通学员,曾经天天围着锅台转。
2026-01-04 02:05
在东西横跨1600公里的陇原大地上,一场以科技为引擎的农业变革正悄然发生。由甘肃省科协联合教育部门推动建成的62家科技小院,通过“产学研用”深度融合,
2026-01-04 02:05
2024年,中国制造业顶压前行、向新向优,制造强国发展指数与德国和日本处于同一区间,进入全球制造强国第二阵列,成为继美国、德国、日本后第四个迈入全球制造强国行列的国家。
2025-12-31 08:56
突破性成果勾勒出我国高水平科技自立自强的清晰轨迹。
2025-12-31 08:58
“预计元旦期间,我国大部地区降水较弱,但中东部将出现显著降温,南方地区湿冷感明显。
2025-12-31 09:12
12月30日,中国气象局召开新闻发布会,专题发布《全球气象发展报告2025》(以下简称《报告》),呈现2024年全球气象发展态势。
2025-12-31 09:04
北斗三号全球卫星导航系统组网阶段的主要目标是把卫星建好,运行阶段的主要目标则是管好、用好。
2025-12-31 09:03
光明日报北京12月29日电 记者姚亚奇29日从国家林草局获悉,“十四五”期间,我国采取有力措施,加快推进林草种苗振兴,收集保存林草种质资源14.74万份,较“十三五”末增长180%,我国重要乡土树种草种和珍稀濒危林草种质资源得到有效保护。
2025-12-30 09:23
由自然资源部南海生态中心联合相关单位共同编制的《黄岩岛珊瑚礁生态调查报告》29日在京发布。报告基于船舶走航、潜水调查、卫星航空遥感、原位观测等方式,结合历史数据分析,对黄岩岛珊瑚礁生态状况进行了调查评估。
2025-12-30 09:23
松花江畔,风机和光伏正齐齐出力,一端是新能源电力源源不断产出;另一端,化工装置稳定运行,“绿色石油”涌流而出。
2025-12-30 09:37
执行中国第42次南极考察任务的“雪龙”号极地科考破冰船于北京时间29日顺利抵达秦岭站海域,并开展卸货作业。
2025-12-30 09:32
研究人员在火星发现了适合人类探索的浅层水冰的痕迹。研究团队借助高分辨率轨道影像,对火星地貌进行了研究,并在中纬度的亚马孙平原发现了埋藏深度不足1米的冰痕迹。易获取的冰能够让宇航员在火星长期生存与工作期间,制备饮用水、可呼吸的氧气、燃料及其他必需品。
2025-12-30 09:27
截至12月28日,新疆油田2025年二氧化碳注入量突破100万吨,成为我国首个实现年注碳百万吨的油田。”新疆油田公司执行董事、党委书记石道涵介绍,油田年注碳量从2022年的12.6万吨跃升至2025年的100万吨,已累计注入二氧化碳超200万吨。
2025-12-30 09:26
12月26日,我国首个覆盖6种轮状病毒血清型的六价轮状病毒疫苗在湖北武汉完成首剂接种。
2025-12-29 10:23
美国哈佛—史密森尼天体物理中心天文学家利用美国国家航空航天局(NASA)的哈勃空间望远镜,首次观测到围绕年轻恒星运行的迄今最大原行星盘——IRAS 23077+6707。
2025-12-29 10:10
2025年12月27日0时07分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射风云四号C星(03星),卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2025-12-29 10:07
加载更多