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

  • 无人区里的“生灵守护”

  • 走进这座馆,读懂创新中国的脉动

独家策划

推荐阅读
石墨烯,单层碳原子排成的蜂窝薄膜,薄到极致。但把它一层层摞起来时,层与层之间如何错位——用专业术语叫作堆垛方式——会彻底改写材料的“脾气”。
2026-08-04 03:05
中国石化重庆川维化工公司5万吨/年特种聚乙烯醇(PVA)树脂装置日前顺利一次开车成功并产出合格产品,首批货品已发往欧洲。至此,川维化工PVA总产能达21万吨/年,跃居全球单一工厂中最大的高端PVA生产基地。
2026-08-04 03:05
菱方堆垛的石墨烯有一个天然“超能力”:电子彼此间的相互作用强,集体表现出超导、磁性等奇特行为。这在物理学上叫“强电子关联”——电子不再是各自乱跑的粒子,而是有着充分沟通的步调一致的集体,像一支训练有素的“乐队”。
2026-08-04 03:05
今年上半年,人工智能领域一系列标志性成果密集落地。在技术、应用、生态、治理的协力牵引下,人工智能产业迸发出前所未有的发展活力,赋能实体经济的成效持续凸显。
2026-08-04 09:31
近日,由人力资源社会保障部、安徽省人民政府共同主办的“创赢未来”创业大赛(以下简称“大赛”)全国赛在安徽合肥圆满收官。在大赛同步举办的创业安徽成果展区,一瓶瓶单原子农药整齐陈列,它们同样是“人工智能+创业”的杰作。
2026-08-04 09:31
日前,华中科技大学同济医学院基础医学院郭峥教授团队首次证明:干细胞能够通过表观遗传机制“记忆”自身的分裂次数,像精密仪器般严格遵循着“8+1”的分裂计数规律。
2026-08-03 03:15
伴随着一阵嗡鸣声,国姓岙码头,满载饵料的农业无人机腾空而起,飞向远处的大黄鱼养殖基地。“引入农业无人机后,作业效率提升3倍以上,每年每个网箱预计可节约管理成本约5000元。
2026-08-03 09:16
中国气象局总工程师潘进军表示,中国气象智能预警方案“妈祖”,正发展为面向发展中国家的共享型、可定制、可持续的国际公共产品。
2026-08-03 09:15
碳计量是实现“双碳”目标的基础性工作,是科学核算碳储量、规范碳汇交易、推动生态产品价值实现的关键支撑。
2026-08-03 09:15
提高科技创新投入效能的关键,在于改革科研经费管理和评价机制。科技创新投入效能的提高,是关乎国家创新体系整体效能的系统工程。
2026-08-03 09:14
量子科技是新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。近年来,一批量子科技成果走向实践,展现出巨大的应用潜力。
2026-08-03 09:12
7月30日,国家能源局发展规划司副司长邢翼腾在新闻发布会上表示,上半年,国内油气供应总体平稳有序,电力供应保障基础进一步夯实,全国发电装机容量突破40亿千瓦,规模远超世界其他主要经济体。
2026-07-31 03:20
夏日贵阳,清风送爽,“中国数谷”又要迎来一场数字经济领域的年度盛会。8月28日至30日,2026中国国际大数据产业博览会将在此举办,目前各项筹备工作已进入全面冲刺阶段。
2026-07-31 03:40
“十五五”规划纲要围绕“加快高水平科技自立自强,引领发展新质生产力”作出专篇部署,明确提出“推动科技创新和产业创新深度融合”。
2026-07-31 03:40
“十五五”开局,第一个经济半年报发布,以高端制造、数智经济、现代服务为代表的新动能对经济增长的贡献超过40%。其中释放出鲜明信号,科技创新正加速赋能经济高质量发展。
2026-07-31 03:40
前不久,2026世界人工智能大会暨人工智能全球治理高级别会议在上海召开,多款智能助残设备集中亮相,生动展现了科技普惠特殊群体的温暖力量。
2026-07-31 03:40
近日,2026年亚太经合组织(APEC)数字和人工智能部长会议在四川成都举行,各种前沿科技产品集中亮相,“智能范儿”十足,吸引了中外观众纷纷驻足体验、拍手称赞。
2026-07-30 03:00
珠江口东岸,潮生不息,长风浩荡。前海石静立海边,近处草木葱茏,远处楼宇拔节。十多年前,这里还是一片滩涂;今天,一座现代化国际化滨海新城拔地而起。
2026-07-30 02:10
近日,中国长征十号乙运载火箭成功首飞,并实现全球首次网系回收。这一突破,不仅验证了重复使用火箭的关键技术,也为未来大幅降低卫星等航天器的发射成本打下了基础。
2026-07-30 03:00
“古籍虫蛀霉变触目惊心,传统修复周期漫长——能不能用AI让古籍校勘更快一些?”这是河北东方学院2022级文物与博物馆学专业学生罗钰姿在一次专业课上萌生的念头。
2026-07-30 02:20
加载更多