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过年的味道与育种家的智慧

发布时间:2019-02-04      阅读次数:68      来源:双绿源研究院公众号

从腊月二十三的小年到正月十五的元宵节,是中国人的传统农历新年。厚厚的年味里总是包裹着丰盛的美食。媒体人罗胖说:“传统节庆,本质上都是(食物)匮乏的结果”。但如今食物不再匮乏,人们也不用等上一整年才去美美地吃一顿,这哪里是年味淡了,分明是大家把寻常的日子都当成了过年。

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这些变化,都要归功于现代化的农业生产和食品加工体系,而支撑这个体系的根本元素,则是连续不断推出的高产优质农作物品种。要知道,人类赖以生存的近乎所有的食物,均来源于农作物转化太阳能而生产出的碳水化合物和植物蛋白质。没有它们,我们到哪里享受这舌尖的盛宴。


所以,当孩童们再次读起《悯农》的时候,是时候让他们知道,如今这盘中的美餐呀,除了农民的辛苦劳作,还有一类人功不可没。


他们就是:育种家。



1

育种家这份职业

从前,是没有育种家这个称谓的。那时,我们的祖先迫于生存的压力,靠从荒野里采集到的野草种子或者干果实充饥,他们根本不知道这些食物未来能够进化成如今的粮食作物。


冬去春来,我们的祖先发现偶然散落在部落周围的草籽能够发芽生长形成茂密的庄稼,相较于荒野里稀疏的釆摘,从部落周围的田地里釆集更为方便高效,也能供给更多的人口作为过冬粮。再后来,他们发现这些庄稼地里的植物“各有千秋”,有的谷穗大小不一,有的种子大小不一,还有谷穗成熟后落粒特性也不一。


我们聪明的祖先,便开始有意识、有目的地进行人工选择和优良品种的培育。优良品种生产出的食物逐渐增多,定居下来生活的人口也越来越多,人类社会和原始农业便应运而生。随着农业生产效率的提高,从事食物釆集的人越来越少,非农人口不断增多,人类文明由此得以不断向前发展。

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真正科学的植物育种始于1865年孟德尔的豌豆杂交试验,这位了不起的“修道院牧师”从一粒豌豆中发现了遗传因子(那时候,人们还不知道这就是基因)“自由组合”和“分离”的生物遗传定律,并启发了后来的育种家们通过杂交的手段,结合双亲的优良性状培育改良作物品种。


孟德尔的遗传定律在1901年被重新发现之前,并没有被科学界认识,现在耳熟能详的植物杂交育种成为一个职业则是从二十世纪初开始的。


如今植物育种已经发展成为一个重要的科学领域,你知道全国有多少个作物育种人员吗?有专家曾以我国的玉米育种为例做过统计,目前农业科研院所在岗的基本都是改革开放后培养的第三代育种家了。


据统计,截止2017年,我国的种子企业总数为5203家,种子企业的科研人员数量达到24094人,其中大部分人员从事植物育种相关的研发工作。这里还不包括在高等院校和各级研究院所里数以万计的植物育种研发人员。


尽管这些育种人员不是全部,但也基本构成我国主流的育种家了。我们今天能够享受丰盛的团年大餐,很大程度上应该归功于众多的以袁隆平为代表的育种家!


关于育种家和他们的梦想,央视曾有一部热播剧——《黄土高天》里曾这样描述过:

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种子是植物生长的重要因素

我们要做的就是解决植物生长的根本问题

如何才能培育出

适合全国不同天气的种子

这是我们育种人几代人的梦想


当然,这里面说得还不全面,正如获得了“2018生命科学奖”的张启发院士所说:育种目标是在不断变化的。


2

育种家:粮食安全的托底者


过去,育种家们是希望培育出高产的、适合不同天气的种子;如今,育种家们还希望在此基础上培育出更富营养的、更具保健功能的、更加适应各种极端环境的种子,让大家既要“食得饱”,更要“食得好”。


但是,成为粮食安全的“托底者”,从来都不是一件易事。


随着人口的增长,育种家们首先要解决得是吃饱的问题。缺衣少食不仅是旧中国的问题,1970年之前出生的人大概都尝过饿肚子的滋味。以矮秆杂交育种为标志的第一次“绿色革命”,以美国著名育种家、被称作“绿色革命之父”的诺曼∙布劳格培育出高产抗倒的矮杆小麦为始,受此启发,国际水稻所的育种家们紧接着成功培育出被称作“奇迹之稻”的IR8(一种矮杆水稻)。

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矮秆品种因为株高变矮,抗倒性增强,因此更加耐肥,在高肥水平下,植物生长更旺盛,太阳能转化效率更高,单位土地面积上能生产出更多碳水化合物和蛋白质,而且因为茎秆变矮,使更多干物质转运到谷穂的籽粒中,从而大幅提升粮食产量,而增加产量的同时也更加有利于机械化收割。


所以,当矮杆水稻IR8试种成功后,有超过八十个国家种植它,中国也曾将它作为重要品种育种资源引进而得到大面积种植。广东农科院育种家黄耀祥团队培育的“广场矮”等矮秆高产品种,为我国水稻产量的增加同样做出了重要贡献。


在矮秆杂交育种的基础上,我国众多的以袁隆平为代表的育种家相继培育出更为高产的三系杂交稻和二系杂交稻,真正从根本上解决了我们能吃饱的问题。



3

育种家的选择


科学家的使命就是不断发现问题和解决问题,育种家也是如此。


矮秆高产品种和杂交水稻的大面积种植,导致化肥施用量不断增加,其结果是作物病虫危害越来越重,农民施用农药更加频繁,大量农药化肥的施用严重污染我们的水源、土壤和食物。吃饱的问题解决了,环境污染和食品安全的问题出现了!


解决新问题必须有新科技和新装备,我们的育种家们正在探索应用二十一世纪最先进的生命科技进行植物育种的全面升级。


自孟德尔发现生物的遗传定律之后,生物学领域的科学家们从未放弃过进一步努力,遗传物质DNA的发现以及DNA双螺旋结构的破解,为生物育种奠定了坚实的科学基础。

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上个世纪八十年代开始,和生命有关的基因克隆、转基因和分子标记辅助选择技术,为植物品种引入个别优良基因,增强品种抗病虫能力,减少化学农药施用提供了新的科学路径,抗除草剂品种的培育也极大地提高了农业生产效率,大批的农村人囗得以有机会放下锄头进城务工。


二十一世纪是生命科学的世纪,全基因组测序技术的突破和基因编辑技术的新起,为育种家提供了更有力的武器,对品种的改良不再局限于个别基因的优选,而是对品种整个基因组成千上万个基因的设计优化。面对农业、食品质量和安全、生态环境中不断出现的新问题,以张启发院士、李家洋院士为代表的科学家正利用最先进的生命科技一个一个破解。

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我们会看到,以生命科技为支撑的生物再生农业,将会减少农药和化肥的施用;我们会看到,利用基因编辑和基因组选择技术培育出的绿色品种,不仅高产而且具有独特的营养和食味品质;我们会看到,在大量农民进城务工,劳动力紧缺的农村,利用生物技术能够更好地控制杂草的生长和实现机械化操作,免除人工除草和收获等繁重的工作。


当然,有人会说,我们可是“四千年的农夫”,回到过去可好?


科普作家马特•里德里曾做过这样的统计:拿喂饱全世界的土地面积打个比方。如果我们照着远古祖先的做法,继续打猎采集,大概需要85个地球才能喂饱60亿人。如果我们还留着早期农民游垦的做法,就需要一整个地球,包括所有的海洋在内。如果我们延续20世纪50年代的有机农业,就需要地球82%的陆地面积来栽培作物,但我们现在耕种的土地面积只占38%。


所以,凯文•凯利会说,面对明天的问题,我们要用明天的工具,而不是今天,这就是进步。


后记


有人曾做过这样的比喻,传统杂交育种就好像中医,考验的是育种家望、闻、问、切的功