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【大国粮策】8年变2年?超早熟小米给育种按下“加速键”

来源:大国粮策2025-08-15 09:57

  你认识这株植物吗?或许有人会说,这不就是狗尾巴草?其实,它不是狗尾巴草,而是谷子——也就是我们常说的小米。

  谷子与狗尾巴草外形相似并非巧合,因为早在一万多年前,我们的祖先就将野生狗尾巴草驯化成了如今的谷子。

  谷子起源于我国黄河流域,在古代有着丰富的称谓——稷、粟、粱都曾是它的名字。“江山社稷”中的“稷”指的便是谷子,“春种一粒粟,秋收万颗子”中的“粟”也是谷子,就连“黄粱一梦”里的“黄粱”,说的仍是谷子。

  图片由AI生成

  有人或许会好奇,谷子与狗尾巴草的味道差异显著,为何狗尾巴草的种子能被驯化成营养丰富又美味的小米?这背后,离不开人类漫长的选育历程。

  在古代,人们选育优良品种依靠的是人工选择:从自然生长的群体中挑选所需个体进行繁育。想象一下,或许古时候有人发现狗尾巴草的种子可食用,便将种子带回种植,在后代中筛选口感更好的植株继续繁育。通过一代又一代人为选择好吃、抗病、高产的个体,经过数千年的积累,野生狗尾巴草最终被驯化成了如今的小米。

  随着科技的进步,育种技术早已升级换代。尤其是二代、三代测序技术的发展,让科研人员得以重新“破译”这一古老作物的基因密码,借助基因工程手段实现优良品种的精准选育。山西农业大学生命科学学院生物信息系主任、教授李旭凯,就是其中一个为谷子装上“基因芯片”的人。

  图片由AI生成

  李旭凯的日常工作,是通过解读不同谷子品种的DNA序列,探索谷子进化过程中品种基因差异与品质特性的关联。为什么有的谷子色香味俱全、营养丰富且产量高,而有的却口感不佳、长势孱弱?除环境因素外,它们的基因究竟存在哪些差异?又是哪些基因决定了品质的不同?这些问题始终吸引着他。

  在解密谷子基因序列的过程中,李旭凯团队预测出许多可能决定品种差异的关键基因。但农业科研向来漫长,谷子从播种发芽到收获至少需要五个月,期间还需“看天吃饭”,若遇自然灾害,往往只能从头再来。如何缩短研究周期、加速优良品种培育?这成了团队急需解决的问题。

  为破解这一难题,李旭凯团队以山西名优谷子品种晋谷21为材料,进行EMS化学诱变,希望通过这种方式增加谷子变异的可能性,筛选出提前开花结果的突变体。这是一项庞大的工程:每年需在十几亩的诱变群体、十几万株谷子中逐个筛选、仔细观察,寻找具有特殊表型的突变体,过程如同大海捞针。

  科研人员每天穿梭于田间地头,弯腰累酸了腰,站立麻了腿,眼睛也因长时间观察而酸涩,但他们不敢有丝毫懈怠——每一株谷子都可能藏着他们想要的基因资源。

  功夫不负有心人,经过近5年的筛选,团队终于发现了一株超早熟的迷你突变体。它株型娇小,适合室内大规模种植研究,且生长发育期仅两个月,远短于同类品种的五个月。团队为它取名“xiaomi”。

  xiaomi已成熟(右),其野生材料还没有抽穗

  然而,喜悦没多久,便迎来考验。这株提前成熟的谷子成了田间鸟儿的“美餐”,尽管团队日夜提防,等发现时,穗子上仅剩几粒种子,让大家心疼不已。

  大田种植的xiaomi,上面是防鸟网

  为保护这来之不易的成果,团队迅速将“xiaomi”植株带回实验室,转移到温室繁种。在温室里,温度、湿度、光照等环境因素都被严格控制,浇水、施肥更是精心细致,如同呵护刚出生的婴儿。经过努力,团队终于获得了足够数量的“xiaomi”种子,这才稍稍松了口气。

  中国科学院院士、水稻模式植物体系“小薇”研发团队负责人钱前对“xiaomi”给予了高度评价:“C3的模式作物有小薇,C4的又有了‘xiaomi’,‘小薇’和‘xiaomi’共同筑起的基础研究领域新平台,将为保障国家粮食安全做出贡献。”

  xiaomi刚抽穗(右),与模式植物拟南芥

  依托“xiaomi”遗传体系的建立,李旭凯揭示了谷子驯化选择中代谢物定向变化的遗传机制,为解析小米重要代谢物的关键遗传基础奠定了基础。如今,团队已建立国际首个谷子全生育期基因表达数据库,借助该数据库和超早熟“xiaomi”遗传转化体系,原本需要8年完成的传统育种工作,现在仅需2年就能完成,大大加快了优良品种的培育速度。

  展望下个十年,李旭凯团队有着更远大的目标:让谷子登上“太空粮仓”,在月球上种出第一株中国小米;让盐碱地、沙漠都变成金灿灿的谷田,一同将金色希望播向大地。

  作者:李旭凯 山西农业大学生命科学学院生物信息系主任、教授

  策划统筹:宋雅娟 武玥彤

  编辑整理:李欣哲

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[ 责编:田新宇 ]
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