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

  • 我国成功发射卫星互联网低轨27组卫星

  • 第十二届北京国际老龄产业博览会开幕

独家策划

推荐阅读
搭载“蛟龙”号载人潜水器的“深海一号”船近日从福建厦门起航,赴南太平洋执行中国大洋100航次第二航段科学考察,这也是“蛟龙”号首次在南太平洋开展调查作业。
2026-10-10 07:18
日前,中央网信办通报该专项行动第二阶段工作成效,累计清理违法违规信息561万余条,查处账号4.9万余个,处置违规网站、应用程序等2400余个。
2026-10-10 07:16
在台风“扎堆”出现的状态中,有一个“巧合”引起广泛关注:今年第9号台风“巴威”、第13号台风“白海豚”、第18号台风“沙德尔”相继登陆浙江省台州市玉环市坎门街道,上演罕见的台风登陆“帽子戏法”,创下新的华东沿海台风登陆气象纪录。
2026-10-10 07:15
近年来,我国持续强化危险化学品应急救援队伍建设。目前,全国已建成580支、4.1万余人的危险化学品应急救援队伍,国家层面建成45支国家级危险化学品应急救援队伍,基本实现重点化工区域、重大风险点位应急救援力量全覆盖,应急快速响应、就近高效处置能力不断提升。
2026-10-10 07:09
看着货架上让人眼花缭乱的食品,你会怎么挑?相信不少人都会第一时间翻看配料表。事实上,配料表的长短可不是“安全标尺”,并不和食品品质挂钩;同样,食品添加剂的种类繁多,也并不意味着有害和超标——
2026-10-10 07:06
记者邓晖从清华大学获悉,该校物理系丁世谦团队近日利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光,以及与合作团队共同研制的掺钍-229氟化钙晶体,实现钍-229核跃迁吸收光谱测量,并将激光频率稳定锁定至核跃迁,实现核光钟运行。
2026-10-09 10:02
获嘉县艳阳天农业服务专业合作社理事长徐方子站在试验田的地头,轻点手机屏幕,电动阀应声开启,水肥顺着滴灌管线精准送达每一株玉米根部。从“会种地”到“慧种地”,从中原粮仓到国人餐桌,河南把创新嵌进农业家底里,让老把式用上新技术,让泥土地长出新生意。
2026-10-09 10:03
国家卫生健康委、国家发展改革委近日印发《医疗康复护理扩容提升工程实施方案》。根据方案,“十五五”期间,原则上支持每个省份建设至少1个康复或护理临床重点专科,省级、设区的市级临床重点专科建设向康复、护理专业倾斜。
2026-10-09 10:05
题:新就业形态劳动者权益保障新规回应哪些关切 随着依托互联网平台就业的新就业形态劳动者数量持续增长,新就业形态劳动者权益保障办法将着力保障该群体合法权益,推动新就业形态健康发展。
2026-10-09 10:07
作为区域性的综合农业服务枢纽,现代农事综合服务中心可以统筹农技、农资、农机、加工、物流、销售等服务能力。“十五五”期间,数字乡村、智慧农业既要持续加强技术研发,也要更加重视通过完善的服务体系把数字化、智能化能力送到田间地头。
2026-10-09 10:11
9月24日,江苏苏州太仓市沙溪镇虹桥村连片稻田里,晚稻正值灌浆关键期,预计10月下旬即可开镰秋收。自此,太仓全市366台粮食烘干设备实现清洁热源100%全覆盖,秋粮归仓的“最后一公里”即将全程用上绿能。
2026-10-09 10:14
你知道吗,复杂的电路系统也可以“纺”进柔软的纤维里,编织机器人电子皮肤成为可能。
2026-10-08 09:26
全球河流每年向海洋输送多少微塑料?答案是约26万吨。河流是陆源微塑料进入海洋的重要通道之一,但全球河流一年到底输送了多少微塑料,这些污染又集中在什么时候入海,一直缺少可靠估算。
2026-10-08 09:18
水稻的生长发育涉及不同类型细胞的协同作用。
2026-10-08 09:17
一粒黄豆,如何酿成一瓶“智慧”酱油?一把原丝,怎样织就全球棉纺织行业首座“灯塔工厂”?一颗玉米,又如何扛起粮食安全的分量?
2026-10-08 09:16
在分子的镜像世界里,生命体系的某些关键分子,为何偏爱其中一种模样?
2026-10-08 08:30
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
加载更多