从狗尾草变身谷子新种 生物育种“魔法”如何实现？

　　作者：冯佰利（西北农林科技大学 教授）

　　说到狗尾草，人们最初印象便是将其叼在嘴里玩过，嬉戏时拿狗尾巴草相互挠过痒。那种美好的感觉是不是记忆犹新！殊不知，它可是栽培谷子的祖先。

　　我们熟知关于狗尾草与谷子的成语，例如“良莠不齐”，就是指正常的谷子田里，参差地长着狗尾草。狗尾草在古代称作“莠”，因而有学者认为“稂莠不齐”是成语最初的形式。

实验室中的狗尾草（张卉供图）

狗尾草果穗特写（张卉供图）

　　狗尾草，因其成熟后长出一根细长的果穗，挂满千万颗籽粒，毛茸茸地在风中摇曳，仿佛调皮的小狗在抖动尾巴，故而得名。狗尾草属禾本科、狗尾草属，是全国各地都非常常见的一类杂草类植物。

谷子穗（田礼欣供图）

　　谷子也属于禾本科、狗尾草属的一年生植物。与狗尾草相比，谷子茎秆粗壮、分蘖少，狭长披针形叶片，具有细毛；穗状圆锥花序，每穗结实数百至上千粒，谷穗一般成熟后金黄色，卵圆形籽实，粒小多为黄色。谷子去皮后俗称小米。

　　在夏商周时期，谷子被誉为“百谷之长”，一度是最重要的粮食作物。直至1950年，我国谷子的栽培面积仍然有1.5亿亩。时至今日，小米干饭、小米粥、小米发糕等食品仍经常出现在我们的餐桌上。

小米发糕（范光宇供图）

　　最早对谷子起源的研究始于20世纪40年代，科学家们分析了谷子和青狗尾草、法式狗尾草的杂交后代，确定了狗尾草是谷子的野生祖先。20世纪90年代及以后，随着细胞学技术、分子生物学技术的进步，国内外对谷子近缘种的科学系统研究进入到快速发展阶段，确定了多个谷子近缘种的染色体分组和组成，以及狗尾草属谷子近缘种系统衍化关系。

　　狗尾草向谷子的华丽转身是如何实现的呢？说起来，这个过程是漫长的。

　　一是系统选育，定向选择。普通狗尾草植株矮小、生物产量低，易落粒，不能满足人们生产和生活的需要。但在很久之前，先民们发现了狗尾草的自然变异现象，于是从中选择植株高大、穗大、不落粒、分蘖少、香味多等高产、适于栽培的变异个体进行种植，经过数千年的栽培驯化和改良，一批高产优质、抗病抗倒伏的谷子新品种就这样诞生了，狗尾草就一步一步变成了现在生产中栽培的谷子品种。

科研人员进行谷子杂交育种（宋慧供图）

　　二是杂交育种。就是将两个优异的材料进行杂交，再通过对杂交后代的筛选，获得具有父母本优良性状，且不带有父母本中不良性状的新品种的育种方法。如人们利用野生种狗尾草和谷子杂交、回交进行质核互作型雄性不育系的培育，利用谷子和抗除草剂的青狗尾草杂交，将狗尾草的抗除草剂基因引入谷子中，培育出抗除草剂的谷子新品种。

　　三是诱变育种。这是人们用物理、化学因素诱导植物基因组发生变异，再从变异群体中选择符合人们要求的单株/个体，进而培育成新的品种的育种方法。从1927年美国科学家H.J.马勒发现X射线能引起果蝇发生可遗传变异以来，人们先后用X射线、γ射线、芥子气、中子等诱变农作物新品种。随着我国航天技术的发展，谷子先后搭乘返回式卫星、高空气球等进入太空，利用太空特殊的环境诱变作用，使其产生变异，培育出新品种。

　　四是生物育种。这是一种现代育种新技术。随着谷子基因组测序完成，谷子的分子设计育种技术得到了进一步发展。科学家们通过对谷子等作物的生长、发育和对外界反应行为进行监测和预测；然后根据具体育种目标，构建品种设计的蓝图；最终结合全基因组选择、转基因技术、基因编辑技术及合成生物学等生物新技术培育出符合设计要求的农作物新品种。科学家们正在根据生产和产业发展的需要，将抗病基因、矮秆基因、除草剂基因、香味基因、黄色素基因、高抗性淀粉基因……引入谷子品种中去，创造出可以满足我们食用、饲用、观赏用、药用等多元化需要的谷子新品种。

现代化机械收割谷子（田礼欣供图）

　　因此，正是科学家的不懈坚持与努力，越来越多的矮秆抗倒伏、优质高产谷子品种应用到生产中，为我国粮食安全做出了积极贡献。