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圖片來源Science

撰文 | 何東明

責編 | 葉水送

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地球已激增至上百億人口，如何解決這龐大人口的溫飽問題？是我們當前要解決的人類迫在眉睫的巨大挑戰(zhàn)。

近日，《自然·生物技術》刊發(fā)了一篇綜述，分析了如何通過多種技術實現(xiàn)作物的高效低成本的快速育種（speed breeding）以提高產(chǎn)量改進品質， 顯示了科技的強大力量。

繪圖來自程莉

人類作物培育的發(fā)展史，圖片截自自然生物技術

在人類漫長的發(fā)展過程中，通過馴化與雜交、授粉、嫁接等手段，獲得了水稻、小麥、玉米等主糧作物，人類對天然優(yōu)良性狀進行簡單的反復多代留選，獲得一些有高產(chǎn)等性狀的品系，不過這些都是靠天吃飯，隨著人類對作物生長規(guī)律的科學知識累積與技術進步，如大棚種植、分子克隆、基因工程，再到高通量測序、基因編輯等許多技術，使高產(chǎn)優(yōu)質作物（高產(chǎn)、抗蟲害、抗鹽堿逆性、高營養(yǎng)等）的選育，進入了一個全新的快速發(fā)展階段。

快速育種有廣闊的發(fā)展前景。通過提供良好的生長環(huán)境（人工關照、溫濕度等），加速光合作用和開花進程，且提早收獲種子以縮短培育時間。與傳統(tǒng)選育相比，快速育種可廣泛應用于多個不同品種，且可顯著降低成本（如不需大面積的室外試驗田）。結合經(jīng)典的雜交，現(xiàn)代高通量分子標記、表型分類、基因編輯等技術，快速育種可顯著加快優(yōu)質性狀的交叉與組合。

基因編輯技術顯著加速作物育種，圖片截自自然生物技術

2017年，美國冷泉港實驗室的科學家就通過結合多種技術，快速培育出高產(chǎn)好味道的番茄新品種。通過快速育種，加快谷物休眠基因的集聚以產(chǎn)生高蛋白的小麥粒，研發(fā)出第一個春小麥品種DS Faraday。除此之外，經(jīng)典的抗棉鈴蟲轉基因棉花等經(jīng)濟作物的培育可顯著減少農藥使用，半矮化（基因SD1）育種的水稻掀起的第一次綠色革命帶來全球水稻小麥產(chǎn)量翻一番。

種植轉基因玉米能大大減少殺蟲劑的使用量，圖片來源Science

科技一直在不斷推動社會發(fā)展，而如今的全基因組選育、精準基因編輯技術能快速培育更多的高抗逆性、高產(chǎn)、高品質的優(yōu)良作物，為人類解決糧食安全問題提供了強有力的支持。

參考資料

Breeding crops to feed 10 billion, Nature Biotechnology. https://doi.org/10.1038/s41587-019-0152-9.

作物馴化一萬年：從馴化、轉基因到分子設計育種-深度-知識分子 http://www.sx80fy.cn/depth/depth/4955.html