农作物为人类在地球上的生存繁衍提供了最基本的保障，是人类长期的经验积累和智慧的结晶。然而，农作物是如何被人类从自然界推上餐桌的呢？从生物学角度上来看，这些农作物究竟是怎么来的？它们和其祖先有哪些不同？又是什么东西决定它们变成了现在的这个样子？我们现在又如何把它们变成我们更喜欢、更需要的样子呢？
在回答这些问题之前，让我们先来了解一下“驯化”这个概念。通俗地讲，驯化就是我们的老祖宗从山上或者草地里看到合适的、心仪的野生植物，把它们带回住地去进行人工栽培繁殖，随着时间的推移，老祖宗们不断地选择他们喜好的那些植物（好吃的、产量高的等）保留下来，下一年接着种。这样，最开始的野生植物就慢慢变化成为了我们今天栽培的作物。
世界主粮作物主要有三大类：玉米、水稻和小麦。据考证，其中水稻起源于中国。
约9000多年到约1万年前，中国人的祖先就已经开始种植水稻了，在水稻的驯化上为全世界作出了巨大的贡献。玉米起源于北美州的墨西哥，准确地说是墨西哥西南部的一个盆地。而小麦则起源于亚洲西部目前依然战乱频发的地方，包括伊拉克、叙利亚、黎巴嫩等，可以说两河流域文明孕育了麦类。到现在这三大主粮在全球种植和食用，人类的祖先对这些作物进行了几千上万年的驯化，这实际上就是一个有意识和无意识的农作物品种培育过程。
在这个过程中，基因起着决定性作用，基因的变化决定了农作物从古到今的变化。
那么，基因是什么？专业地讲，基因是具有遗传效应的DNA（即“脱氧核糖核酸”的英文首字母缩写）片段，而DNA是由包含腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶（分别以A、G、C和T表示）四种碱基的脱氧核苷酸通过碱基之间互补配对的方式，按一定的顺序排列连接而成的螺旋状双链大分子物质。
通俗地说，基因就是生物体中决定这种生物体长成什么样子、具有什么样的特性，而且还能把这些样子和特性传递给它的后代的一种物质。不同基因中上述四种碱基（A、G、C、T）排列顺序的差别就决定了各个基因控制的特性不一样。
了解基因的概念后，作物驯化育种的过程就好理解了。
首先，祖先玉米分很多杈，分出很多杆，而现代玉米只有一个杆。其次，现在的玉米一般只长一个棒子，而祖先玉米就能结出多个棒子。此外，现代玉米的玉米粒就长在一个玉米棒上，而且外面是没有壳的，抠下来直接就可以吃，而祖先玉米的玉米粒外面有一个很硬的壳，不能直接吃。
祖先玉米在驯化过程中是怎么变成现在的这个样子呢？
这就要提到美国著名遗传学家George Beadle（乔治·比德尔），他因发现一个基因一个酶而获得1958年诺贝尔奖。退休以后，乔治就到农场做了一个很有意思的实验。经过实验以后他提出了一个假说，认为从祖先玉米到现代玉米只要约五个基因发生了变化。1998年，这个假说被另外一位科学家John Doebley证明。他证明了从祖先玉米到现代玉米的转变可能就只是几个基因的作用，当然不一定是五个。
玉米棒子从古代到现代慢慢演变的过程，从不同年代的化石中都能找到证据。科学家最关键的实验最后证明，祖先玉米和现代玉米主要的性状差异和6个基因有关，也就是说这6个基因的变化使得祖先玉米变成了我们现在看到的玉米的样子。每一个基因的变化都非常小，但其带来的总体影响却是很大的。一个基因能够把玉米的多个分杈变成一个分杈，准确地说，那个基因并没丢失也没有被破坏，只是活性被稍微调低了。
水稻从原始到现代，也有一个从趴着到站着的转化过程，科学家最近的研究发现，从野生稻趴在地上生长变成栽培稻直立生长，实际也是由于一个基因活性的改变造成的，却是水稻的一个非常重要的性状改变。水稻站起来的过程，还伴随着许多其它性状的改变。原始的野生水稻籽粒成熟一粒掉一粒，仔细想想这实际上对一个物种是有利的，水稻生长在地球上，其目的不是被我们吃，而是作为一个物种繁衍后代。
我们把水稻作为粮食来专门填饱我们的肚子，目标改变了，所以对它的要求也不一样，我们要求它变成现在的这个样子：直立生长，不易落粒，还要产量高，穗要紧凑，穗太散了不利于高产。现在的栽培水稻籽粒，单纯触碰它是掉不下来的，还需要收割后人工脱粒，这样收粮食时才不会损失。从落粒到不落粒，这完全是为了解决人类的吃饭问题。
科学家发现，这个性状的转变也是由于一个基因中的一个碱基的变化造成的，这个变化在自然界中偶然巧合地发生，造成了性状的改变后我们的祖先便把它收留并传下来了。
在穗型方面，很发散的穗型要高产是不可能的。穗型从发散到紧凑的原因也被研究清楚了，同样是因为一个基因里面的一个碱基发生了变化。此外，栽培稻的演化过程中，还有一个性状发生了明显的改变。
现在的水稻没有芒或者芒很短，而野生稻的芒是现代栽培稻的几十倍长，芒上面还有很多刺。野生稻为什么有这么多芒？首先，有了芒，鸟就不敢吃了，因为吃了以后芒会扎它的脖子和喉咙。其次，一个带芒的籽种掉下地就像炸弹落地一样，有一个头、一个尾，就知道哪一头先着地，而且每一次情况都相同，这样它在土里扎的深，不容易水一淹就漂走了。
芒还有一个好处，就是帮助籽粒粘附在动物身上被动物带走，从而广泛传播，所以野生稻的这种性状是有利于其传宗接代的。而现代栽培稻无芒或短芒的特征却有利于种子的收获、储藏和加工，从而提高了稻米产量。
上世纪五六十年代，在农作物育种历史进程中发生了一件对人类生存影响深远的大事情，那就是众所周知的“绿色革命”。在这场革命中，美国著名育种家诺曼·布劳格起到了非常重要的作用。
1953年，诺曼·布劳格培育出了矮杆、半矮杆小麦，这些矮个子小麦茎秆粗壮，植株在比较矮的时候就进入开花结实的阶段，可以使植株把更多的营养用在结籽上，高度降低也不易发生倒伏，产量得到了大大的提高。随后，国际水稻研究所也进行了矮杆水稻的培育和种植。这些矮杆作物被逐渐推广到世界许多国家和地区后，几十年内，世界粮食产量因此翻番，从根本上扭转了上世纪后半时期全球饥荒的局面，拯救了许多人的生命。
这个过程因此被称为“绿色革命”，诺曼·布劳格也被称为“绿色革命之父”，他因此于1970年拿到诺贝尔和平奖。
除了上面所提到的主粮作物的驯化与育种外，其它作物的驯化过程也和基因的改变密切相关。我们在世界各地的超市中见到各式各样的西红柿，它们具有不同颜色、不同形状和不同大小。而实际上，所有的西红柿都是从同一个祖先进化过来的。
可能在我们祖先的培育过程中，西红柿的某一个基因稍微改变了，它的某一个地方就又不一样了。和祖先西红柿相比，现在的西红柿有很多不一样的性状，有圆的、有葫芦样的，有大的、有小的，有黄色的、有橙色的，还有叶子不一样的，有的可以几年不死，一直生长，有的植株长到某一个阶段顶端就没了，就成熟了，等等。每一个重要的变化都是由一个或者几个基因造成的——记住这点非常重要。
植物（包括农作物）有3万到十几万个基因，比人的基因还多（人只有2万多个基因）。遗传学的规律就是基因决定性状，因此“种瓜得瓜、种豆得豆”，这是我们祖先几千年来总结出的规律。现在世界上很多奇特的植物，无论是漂亮的或者难看，它的性状都是由它的基因决定的，很多个基因的组合就决定了它们的样子，而且这些基因传给下一代，下一代还是长成这个样子，也就是说，它能记住自己的样子。
然而，基因的一个很小很简单的的改变，就可能产生我们肉眼看到的巨大变化。所以，基因在农作物驯化过程中起着决定性作用。作物最初的育种是从驯化开始的，驯化就是我们的老祖宗挑自己喜欢的作物，每年这么挑，但是不知道作物为什么会这么变。现在，我们对作物就有了各种要求，需要什么？想找什么？育种逐渐变成职业性的工作。而且我们知道了不管性状怎么变，都是基因改变的结果。
所以，我们要做的所有这些事情本质上都是对基因进行一些改变。当然，改变基因有不同的方法，对应的就有不同的育种方式，随着科学技术的进步，人类通过改变基因来改造作物的方式也在不断改进。
早在1761年，有些科学家就开始把属于同一个物种但是性状不同的植物品系通过雌蕊、雄蕊进行杂交，从杂交后代中寻找性状不同的作物，这个方式叫作常规杂交育种。也就是说，这个品系有一个好的性状，那个品系有另一个好的性状，把它们拿来杂交以后形成一个新的品种，里面兼具了这两个品系好性状的优势。这种育种方式只有亲本原来分别具有不同的优良性状时才可行，而且育种时间长，下一代是否符合要求也是随机的，因此很有局限性。
依靠自然的变化太慢了，我们祖先经过几千上万年，才把水稻产量提高到亩产100多斤。到了上世纪30年代，一种叫做诱变育种的育种方式开始出现。通过诱变育种，现在的育种家几十年就把水稻产量从100多斤提高到了1000多斤，有的还达到了1000多公斤。这个加速的过程，说白了就是基因加速变化的过程。
先用一个办法让基因高倍变化，百万倍或者亿万倍地变化，基因变完之后，育种家们在这些因基因而改变了的众多性状中选我们所需要的，这样就把可选性状的范围大大提高了。这点对我们现在的育种非常重要，因为有很多诱变后新出现的性状是以前没有的。
转基因育种是上世纪70年代末80年代初出现的一种新的育种方式。前面两种育种方式都是利用现有的植物中的基因，而转基因育种是我们可以引入一个植物中本来没有的基因。
除了在植物之间进行转基因外，我们甚至可以把动物或者细菌中对人类有利的基因转到植物里面，从而可以跨物种利用基因。农杆菌实际是上个世纪初期有人开始研究植物肿瘤时发现的。植物在根和茎交界的地方经常长瘤子，和人的癌症一样，是细胞没有控制地分裂的结果，称为植物根瘤，即植物癌症。当时，美国研究植物癌症、动物癌症、人的癌症的科学家都是在一个癌症协会——美国癌症协会，主席是研究植物癌症的。
科学家在研究过程中发现了很多有意思的现象。例如，植物根瘤肿块是由一种叫农杆菌的细菌引起的，有意思的是，植物的肿块长出来后细菌就不见了，但是没有细菌后肿块自身还可以长。这是怎么回事？
原来，农杆菌个子长长的，像杆子一样，它有一个神奇的功能，就是它能把自己的一小段环形DNA从自身一个细胞里面转移出来，然后转入植物细胞，经过植物细胞的细胞壁、细胞膜，一直送到植物的细胞核里面，最后把这段DNA整合到植物的基因组里面，也就是植物的染色体DNA上面去。
上世纪80年代初，经过多方面合作，成功实现了转基因产业化，抗除草剂大豆是第一个真正大面积推广的转基因作物。
后来，抗虫转基因玉米、转基因大豆和转基因马铃薯也成功开发并得到推广利用，使杀虫剂的使用量大大减少。有人会问，现在我们的常规育种手段为什么不能达到抗虫目的，而一定要通过转基因手段才能实现呢？实际上，作物的一些虫害，用传统的方法也可以对抗，但是对某些虫害，不一定能找到一个好的方法解决。有些虫害是在农作物大面积种植过程中产生的。
野生植物例如野生小麦、野生水稻可能根本就没有那种害虫，因为长的面积小，害虫也繁殖不起来。但如果每年都种，有一些虫子专门喜欢人工种植的玉米或者小麦，它们就有了一个非常好的繁殖方式和场所，所以慢慢就变成作物最大的虫害了。
2013年又出现了一个重大的科学技术进步，导致一个全新育种方式即基因编辑育种的出现。
之前诱变育种中的基因诱变都是随机的，有数以兆计的碱基变化，哪个变哪个不变控制不了，而2013年以后就可以控制了。推测某一个基因的作用后，就可以用基因编辑的方法精准调控，让这个基因的特定碱基发生改变，向着我们需要的性状的方向改变，这就叫基因编辑育种。
这样的育种方式的改变是翻天覆地的，而且用起来更简单，比转基因育种用起来还简单一些，而且用完以后不留下任何痕迹，只是某个基因或者某一个碱基变了，没有任何别的东西在新的品种中留下来，是非常安全的。
从1998年开始，随着对基因的了解增多，出现了分子辅助育种。
以前我们看到一个新的性状要等植物开花结果了才知道它好不好，现在通过分子标记，在种子阶段或者苗期阶段就能知道性状的好坏，就能进行育种了，这样节省了很多时间。十多年前，科学家又提出分子设计育种的设想。我们知道关于植物和基因一定的知识以后，现在我们想要什么东西，希望作物（例如水稻）长成什么样子，就可以进行设计了。
因为我们需要的性状中每一个都由某一个基因的状态决定，把这几个基因组合起来，从而在一个作物里面同时实现我们所需要的各个性状，这个作物就是我们想要的品种。
通过上面的介绍，我们知道，作物驯化的过程实际上是一个作物中基因改变的过程，这个过程贯穿在人类千万年的农作物育种中。以前我们的祖先只能采用传统的育种方式，只看到了改变的结果，不知道改变的原因。
现在，我们知道改变控制性状的基因后，就有了许多新的育种技术，这些建立在现代生物技术之上的育种方法是一个大的趋势。但是，这些育种新技术都是建立在老技术基础上的，所做的还是同一件事，还是在育种，实施过程中还需要在田里进行筛选、杂交——这些事情和我们从几个世纪前就开始的杂交育种是同一个套路。只是那个时候我们也不知道什么能成，就试一下，碰到了找到的就成名致富了，找不到就被别人遗忘了。
而现在我们有很多新手段新方法，获得新的、好的农作物品种的时间大大缩短了。我们期待科学技术进步所引导的作物育种的进步，在不久的将来能为人类带来新的革命性的变化。