吃完香香的烤地瓜,来看它的甜美变身史

作者: 王红霞等

来源: 科学大院

发布日期: 2022-02-08 07:00:00

本文详细介绍了甘薯从野生种到美味佳肴的育种过程,涵盖了从原始的驯化方法到现代的基因编辑技术,展示了人类在农业科技领域的不断进步和创新。

我国产量排名前四的粮食作物是水稻、小麦、玉米和甘薯。甘薯,也就是我们常说的红薯或地瓜,原产于美洲。虽然现在甘薯很受欢迎,但最初的野生种并不美味,甚至让人望而却步。甘薯变好吃的过程,其实也是我国作物育种的一部发展史。

植物育种初期,我们的祖先就摸索出了最原始的育种方法——驯化。简单来说,就是把在灌丛中、小河边、山坡上看到心仪的野生植物带回家,进行人工栽培和繁殖。好吃的、产量高的品种留下,来年继续播种。这个过程重复几代后,作物的特征逐渐稳定,最后这些野生植物逐渐被驯化培养成各类作物。

随着科技的发展,现在我们知道这个过程主要依靠的是基因的自然突变,过程非常随机缓慢。所有动植物都是由细胞组成,每个细胞核中都含有以染色体形态存在的遗传物质,而染色体实际上就是由脱氧核糖核酸(DNA)形成的链状结构,是由四种脱氧核苷酸(简写为A、T、C、G)排列组合而成的双螺旋物质。

在了解植物的性状是由基因控制之后,植物育种开始进入新的阶段,人类开始尝试通过控制基因,来获得想要的作物。杂交育种:选择性继承爸妈优点。1865年孟德尔遗传定律的发现,让人们初窥性状和基因的联系,发现性状可以从亲代植株遗传到子代中,由此开启了辉煌的植物杂交育种时代。

育种家们将同属一个物种但是含有不同性状的品系通过人工授粉进行杂交,希望能结合两个不同亲本的优良性状,获得同时含有二者优点的改良品种。育种学家在田间工作。在这样的育种理念指导下,我国早期大量种植的甘薯品种主要为国外引进的“胜利百号”和“南瑞苕”进行杂交育种得到的优良后代。

甘薯是一种无性繁殖的作物,若无人工干预,仅靠自然变异难以产生新的优良性状。因此,诱变育种的方法便应运而生。在自然条件下,由于外界环境的变化和DNA结构的不稳定性,植物会自发突变。虽然这类突变发生的频率非常低,但仍不失为甘薯种质创新的途径之一。

已有研究证明,诱变能显著提高甘薯的淀粉含量并改善株型,还能增强甘薯抗逆性。但这种育种方式的缺点也显而易见:基因突变方向完全不可控,有利突变频率不够高,还需要处理大量的材料。

目前科学家们已通过这种育种方法,获得了象鼻虫抗性、羽状斑驳病毒抗性、除草剂抗性和胁迫耐受的转基因甘薯。相比前面两种方法,转基因育种不仅减少了育种周期,还大幅度提升了育种效率。

虽然转基因育种听上去很厉害,但科学家们对育种方法的追求并未从此止步。2013年,由CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术在植物育种上的研究结果被首次报道,让全世界的科学家为之振奋。那么,这个育种方法相比转基因育种,具有哪些优势呢?

转基因育种只能将特定的基因序列随机地插入受体植物基因组中,但基因编辑技术却能在基因组特定位置增加、删除、替换DNA序列,换句话说,就是“指哪打哪”,十分精准。这又是怎么做到的呢?

如今,我们在超市里找到的各种各样的甘薯,实际上都诞生自同一祖先。从随机且耗时的传统育种方式到基于特定基因的现代育种方式,平平无奇的甘薯,折射出人类的无穷智慧与心血,见证着科学技术的不断发展。期待在不久的将来,我们能发现更多育种方式,收获累累硕果。

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