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:从“野生”到“圈养” 农作物们是如何被“驯服”的?
首页> 科普频道> 三农科普> 基因故事 > 正文

从“野生”到“圈养” 农作物们是如何被“驯服”的?

来源:光明网2021-11-26 18:07

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  作者:徐乐天(湖北大学生命科学学院副教授)

  你是否曾经思考过这样的问题:用于制作各种美食的小麦、水稻等常见农作物是从哪里来的?几百年甚至几千年前它们长什么样?实际上,现在的这些农作物与它们的“祖先”有着很大的区别。

  早在公元1万年以前,人类就开始从他们生活的环境中搜寻食物。同时,为了更好的品质和更高的产量,人类开始有意识地改造和驯化农作物的“祖先”,最终一步一步将这些野生植物变成了可以为人类稳定生产食物的栽培作物,而且具备了更多优良的性状。例如,更短的生长周期、更强的抵抗病虫的能力、更大的果实或种子、更丰富的营养等。

  伴随着人类文明的不断发展,特别是进入农耕文明后,全球人口数量呈现爆发式增长,为了满足人类对食物数量、质量日益增长的需求,对农作物改造的需求愈加强烈,要求也越来越高。根据2015年世界银行的统计,到2050年,全球需要1.5倍当前粮食总量以支持90亿人的需求。

从“野生”到“圈养” 农作物们是如何被“驯服”的?

1950-2050年世界人口统计及预测

  农业生物技术作为助力人类驯化野生植物的一门实用科学应运而生。实际上,人类在理解基本生物遗传规律之前就已经具有一定的农业生物技术的初步探索,例如:公元前8000年,土豆是第一个驯化的粮食作物;公元前500年,中国人就利用腐霉的大豆作为抗生素治疗疾病。随后,孟德尔发现了生物在产生配子的过程中会发生基因的分离,受精后基因会随机组合,即遗传学的分离定律和自由组合定律。这一发现为人类筛选自己想要的植物性状奠定了基础。

  得益于生物遗传规律的发现,农业生物技术在近几个世纪得到了迅猛发展。就像交通工具从步行、自行车、汽车、火车到飞机的进步一样,农业也朝着更高效、更安全的方向前进。以农业最为发达的国家美国为例:为满足全美粮食供应需求,1870年,美国3800万人口,其中有53%人口从事农业生产;而到了21世纪,美国接近3亿人口,仅有1.8%的人从事农业生产就可以满足全美粮食需求。

  按照时间先后顺序,人类驯化和改造农作物的方式大致可以分为以下三类:

  第一,传统杂交育种

  传统杂交育种过程是通过品种间杂交,在杂交后代中筛选具有优良性状的新个体,直至获得性状稳定的新品种。且杂交育种仅限于同一个物种内或亲缘关系比较近的同属的不同物种内。杂交后代的新性状可能单独来自父本或母本,也有可能来自父母本的组合。

  传统的杂交育种会产生性状各异的后代,包含了符合人们预期以及与期望差距较远的性状。这一切源于父母本DNA的随机组合。虽然人们可以控制父母本,但是无法改变遗传规律,从而导致后代性状的不可控。因此,传统杂交育种耗时耗力:需要进行大量的父母本杂交组配筛选符合目标性状的子代,再经过多年的追踪获得性状稳定的新个体。通过杂交培育一个新品种一般需要12-15年。

  第二,人工诱变育种

  在自然界中,任何生物体都有可能发生基因变异,并因此产生新的性状,包括一些人类想要获得的性状,但过程缓慢。1940年,作物育种科学家们发现,辐射或化学物质处理等因素可以诱发植物基因产生变异,从而在短时间内获得具有不同表型特征的植株,并从中筛选具有优良性状的农作物,即人工诱变育种。

  自1940到1970年期间,人工诱变育种得到广泛应用。据统计,人类获得了超过2500种具有新性状的农作物,包括大米、小麦、生菜、葡萄柚以及一些其他水果。然而,人工诱变虽然提高了基因变异频率,加快了育种进程,但产生的基因变异具有不定向性,有利变异少;需要对大量材料进行诱变处理,从中筛选目标性状,工作量很大;且诱变剂多为有毒物质,会对人体健康和环境安全带来危害。

从“野生”到“圈养” 农作物们是如何被“驯服”的?

基因突变产生颜色多样的胡萝卜品种

  第三,转基因育种

  随着分子生物学技术的发展,特别是DNA重组技术的诞生,科学家们已经可以将一个或者几个已知功能的基因导入到某一生物体内。例如:1978年,利用基因重组技术,科学家们完成了人造胰岛素的合成。1988年,人造凝乳酶获批用作食物添加剂。

  随后,这一技术应用于作物育种:将产生或控制某一优良性状的基因,导入待改造作物的基因组内,从而获得具有该优良性状的新作物-我们称为“转基因作物”。转基因育种可以跨越物种隔阂、拓宽基因来源,实现目标性状的精准改良,效率更高、针对性更强。

  其实转基因育种技术与传统育种技术、人工诱变育种技术是一脉相承的,本质都是通过改变作物基因来获得我们需要的优良性状,区别只是让作物获得目的基因的方法不同罢了。

从“野生”到“圈养” 农作物们是如何被“驯服”的?

农业生物技术的发展历史(作者编译)

  农业育种的发展归根结底是服务于人类的粮食和生活需求。进入21世纪以来,转基因技术、基因编辑技术、全基因组选择、合成生物学等新的农业生物技术方法出现并应用于农作物育种,是促进现代种业高质量发展,保障国家粮食安全和重要农产品有效供给的必然选择。转基因技术已成为迄今为止全球发展速度最快、应用范围最广、产业影响最大的现代生物技术。然而,任何一门新兴技术的出现到被公众广泛接受都需要经历认知的过程,尤其对于科学性、专业性较强的新技术。总而言之,随着人类文明的进步,科学技术的迅猛发展推动社会生活向精准化、高效化和智能化发展。新的生物育种技术也将会更好地造福人类。

  参考文献:

  McLintock, B. The origin and behavior of mutable loci in maize. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 36, 344–355 (1950).

  Watson, J. D. et al. Recombinant DNA, 2nd ed. New York, NY: W. H. Freeman (1992).

  Thorpe, T. A. History of plant tissue culture. Molecular Biotechnology 37, 169–180 (2007).

  Pray, L. A. Discovery of DNA structure and function: Watson and Crick. Nature Education Knowledge 1 (2008).

  Wilkinson, J. The Globalization of Agribusiness and Developing World Food Systems. An Independent Specialist Magazine, monthly review, 61(04), 20-51 (2009).

  American Association for the Advancement of Science. Annual meeting (2011).

  NERC. Can GM crops harm the environment? (2011).

  BIOtechNOW. Get to Know GMOs Month Launches Today (2015).

[ 责编:赵清建 ]
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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平等党和国家领导人出席烈士纪念日向人民英雄敬献花篮仪式

  • 多彩活动迎国庆

独家策划

推荐阅读
根据国家气候中心监测,9月以来赤道中东太平洋海温持续增暖,为有监测记录以来候和旬尺度海温指数首次突破3摄氏度,海温指数峰值预计出现在11月前后,形成一次有监测记录以来最强的超强厄尔尼诺事件。
2026-09-30 09:45
这里,冬季寒冷漫长,寒凉气候、偏少降水、无霜期短的自然条件,难以形成规模化的城市聚落。对于传统农牧业,年均气温低、无霜期短意味着作物生长期受限;而对数据中心来说,这也是天然冷源。
2026-09-30 09:44
9月29日,中国科学院在京召开新闻发布会,正式发布“科学前沿极限突破计划”及其首批项目,向“极宏观、极微观、极端条件和极综合交叉”方向发起冲击。
2026-09-30 09:38
中国科普研究所经过深入调查研究,形成《全国科普事业发展报告(2026)》,全面展示我国科普事业持续发展壮大所取得的成就。
2026-09-30 09:32
现代科技发展史反复印证着一个道理:许多新技术的突破,归根结底都依赖材料的新发展。
2026-09-30 09:33
世界知识产权组织29日公布的2026年《全球创新指数》中,香港在全球139个经济体中排名再升一位至第14位,并在亚洲保持第五位。
2026-09-30 09:30
科学家绘制出了人体前额叶皮层脑区的已知最大规模基因表达图谱。这些研究进一步阐释了前额叶皮层脑区在生命不同阶段的发育情况,有望用于研究衰老、认知衰退和疾病易感性。在第二篇发表于《自然》论文中,西奈山伊坎医学院的Donghoon Lee和同事报道了一个与脑疾病相关的基因表达变化图谱。
2026-09-29 09:39
纤维的材料层次、器件结构和电路互连随成形过程共同建立起来,让纤维本身成为电路。另一组实验中,研究团队利用纤维组成的柔性交互界面及配套系统,实现了手指对机械臂和无人机的非接触控制。
2026-09-29 09:39
(记者王政)工业和信息化部等7部门28日联合印发《新型电池产业发展“十五五”规划》,提出到2030年,我国新体系电池研发取得重大进展,全固态电池初步实现规模化应用。
2026-09-29 09:40
记者李春剑从中国计量科学研究院获悉,近日,国际计量局(BIPM)的全球卫星导航系统(GNSS)时间传递标准首次在中国完成北斗关键参数的标校与比对验证。随着北斗时间传递链路校准、监测评估和国际互认体系持续完善,北斗将进一步为全球用户提供更加准确、可信的授时服务。
2026-09-29 09:39
近期,国务院印发《全民健身计划(2026—2030年)》,对“十五五”时期推动全民健身事业高质量发展作出部署。国际体育医学期刊《运动医学》指出,抗阻训练较常出现不适或损伤的部位主要集中在肩部、腰背部和膝部。
2026-09-29 09:37
全国科普月不仅是科普服务的集中推出期,更是营造爱科学、学科学浓厚社会氛围的重要契机。期待科普之翼越来越有力,把科学“种”进更多人心田。
2026-09-28 09:49
作为一线科技工作者,我觉得应该肩负起向公众传播科学知识、科学方法、科学思维和科学精神的社会使命。这是历史赋予我们的责任和义务,科学家应该将所学回馈社会。
2026-09-28 09:44
研究团队借助这套气体观测数据,首次定量证实:星团内接连发生的超新星爆发,持续输入的动能足以长期维持星系湍流。
2026-09-28 09:42
23日至27日,以“在数贸会遇见AI未来”为主题的第五届全球数字贸易博览会在浙江杭州国际博览中心举办。
2026-09-28 09:34
9月25日晚,皓月当空,海南科技馆外的人工湖边人头攒动。孩子们有序凑到天文望远镜前,凝神细看,月球表面深浅交错的环形山与陨石坑清晰映入眼帘。
2026-09-28 09:21
全球老龄化加速,如何延长健康寿命,成为生命科学研究领域最紧迫的课题之一。诸多抗衰老策略中,营养干预被认为最现实。已有研究表明,减少饮食中蛋白质的摄入,能延长酵母、果蝇和小鼠等模式生物的寿命。
2026-09-24 09:41
作为射电天文领域的国之重器,中国天眼(FAST)不断将我们的视野推向宇宙更深处,在脉冲星、快速射电暴、中性氢宇宙等前沿领域,一次又一次刷新着人类对于宇宙的认知。
2026-09-24 09:34
我国研究团队利用“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)与高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的联合观测,在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
2026-09-24 09:30
国家统计局数据显示,在消费品以旧换新等政策利好下,节能家电、智能家居等越来越受到消费者的青睐。智能家居的终极目标,不是堆砌多少高科技设备,而是让人的生活更便利、更幸福。
2026-09-24 09:26
加载更多