你在种小麦吗？不，我在进行一场修行

2021-07-06 09:56:23　来源: 中科院中国科普博览
举报
分享至
分享至好友和朋友圈
　　
　　
(
)
　　
监制：中国科学院计算机网络信息中心
　　2021年6月10日4点30分，太阳刚爬上地平线，一群研究生便早早地出现在田间地头，开始了他们紧张而又平凡的一天。
　　
今天的工作主题是收获，任务量是在中午之前拔两万小麦单株。
　　
　　△收麦的季节，朝阳是那么明媚（图片来源：作者）
　　什么？拔？？
　　相信你一定没错过这个字眼，相信你一定有些困惑。
　　2021年了，身为一名研究生，不在实验室里专心做研究，跑到农田拔麦子？是农业机械化覆盖面太小，还是生来一副铁掌非要试试麦芒？
　　其实，对于所有育种人来说，这样的一天，既是小麦成熟收获的季节，更是他们筛选、观察小麦的最佳黄金时间。
　　
　　
　　△小麦的进化简史（图片来源：作者）
　　我们现在吃的普通小麦是六倍体（基因组可以用AABBDD来表示），而最初，小麦的祖先是单倍体。普通小麦的起源进化是巧合且复杂的过程，它经历了两次异源多倍化进程。
　　第一次发生在约30-50万年以前，乌拉尔图小麦（A基因组供体）和拟斯卑尔脱山羊草或其近缘种（B基因组供体）杂交，染色体天然加倍形成野生二粒小麦（四倍体，基因组可以用AABB来表示）。野生二粒小麦经过驯化，逐渐演变成栽培二粒小麦；第二次异源多倍化发生在约8000年前，栽培二粒小麦和粗山羊草（D基因组供体）杂交，染色体天然加倍，形成六倍体普通小麦。
　　
　　△不同进化时期的小麦形态：左上，斯小麦；右上，野生二粒小麦；左下，栽培二粒小麦；右下，普通栽培小麦（图片来源：作者实验室）
　　随着人口的日益增加，人们对小麦产量的需求也日益增多，因此，人类开始驯化小麦，也就是早期的“育种”。我们今天所种植的农作物，都不是“纯天然”的，全都是根据需要，经过筛选和培育才诞生的，这些工作也就是咱们常说的“育种”。
　　回到开头的一幕，大家可能会觉得，育种就育种，为什么非到农田里拔麦子？说到底，小麦育种对于所有科研人员、科研团队来说是个非常艰辛且漫长的过程，而
拔麦子，只不过是育种人进行田间试验的一个环节。
　　
小麦育种分几步？
　　如果要培育一个小麦新品种，首先就需要了解，什么叫单株？什么叫品种？
　　
单株可理解为一粒种子经过生长发育至成熟的完整植株，下图为四个单株。（只有拔多了才看得出，它们四个相互都有差异）
　　
　　一般来说，
品种是指：在一定的生态和经济条件下，经过人工选育，通过品种审定的，具有优良性状且遗传性稳定的群体。
　　这里面有两个关键点，一是优良性状（比如高产、抗病，适应性好），二是性状能够稳定遗传。
　　
　　△小麦系谱（类似于人的家族谱）（图片来源：胡铁柱）
　　通常，我们会先从
“实验材料”中广泛寻找优良的性状（上图），比如抗病、早熟、大粒、抗寒、耐旱多粒等等，然后想办法将这些优良性状汇聚到一个
“育种材料”身上，最终获得具有遗传性稳定且性状优良的品种。
　　
例如：河南科技学院茹振钢教授和他带领的团队历经30年呕心沥血育成的高产多抗小麦品种“矮抗58”，具有高产稳产、矮秆抗倒、抗逆抗病适应性广、优质、稳定性好等品种优势。
　　
　　
不会种地的人 摸不着育种的门
　　那么，育种过程中的田间试验具体都要做什么呢？
　　
　　△小麦育种田间试验步骤（图片来源：作者）
　　首先，我们根据研究目的，结合小麦的生长发育时期，开展每年的
小麦田间试验工作，到农田（我们一般称为“大田”）中去干“农活”。
　　只不过，为了研究，这些农活干起来要精细得多。小麦的田间试验不只有拔麦子，还有其他很多工作，从计划、田间管理、播种、性状调查到收获、脱粒入库保存，是一个完整的育种流程。所以说，不去“种地”的话，根本摸不到育种的门。
　　接下来，我就结合这几个阶段的经历，和大家分享我作为小麦育种人的“种地”心得。不妥之处，敬请指正为谢！
　　
一、 种地之前，先做种植计划
　　我们平时在大田里的种植的植株可以分为两种，
育种材料与
实验材料。
　　计划什么呢？计划育种材料和实验材料的种植规模和种植方式，也就是
“种什么”和“怎么种”。
　　首先我们先得区别一下两类种植材料。
　　
1. 育种材料
　　（育种材料的梦想就是有朝一日成为一个好的品种!）
　　
综合性、
稳定性。一般来源于已知的品种与品种间，品种与育种材料间，育种材料和育种材料间杂交后选育而来。
　　因此，在种植、选育育种材料时，要做到举重若轻，纵览全局，要求株系的株高、粒重、抗逆性、适应性等多维度性状的综合性好。
　　
　　实验材料
主要用于研究某一特定的性状。比如研究小麦抗病性时，若在大田里发现一株不同于旁边“生病”的材料，其株系叶片等表现为健康。它便可以成为我们的实验材料。因此调查性状时要做到精确到某一植株的个体变化情况，也就是举轻若重。但研究实验材料最终的目的也是服务于育种材料，使得优异的性状能聚合在育种材料中。
　　
实验材料来源广泛，不论国家审定品种还是农家种或者野生种，只要在某一方面有特定的优良性状即可，
讲求特异性、多样性、精确性。
　　
二、 收获、播种双精细
　　试验设计完毕后，每年9月底到10月中旬，我们就开始田间播种工作。
　　
整地开沟-划渠起垄-测距拉线-插牌发袋-播种覆土，整个播种过程一气呵成！
　　
　　△田间播种（图片来源：作者）
　　在研究过程中，不同的袋子之间、同一个袋子里不同的种子之间都会有一定差异，为了精确地研究其遗传特性，在播种前要先插牌对每一沟做好编号，播种时需要做到每一个袋子对应每一沟，每一个袋子里的种子要尽量均匀或等距地播种在对应的沟渠里。
　　
三、日常田间调查，以及采集小麦样品——精确调查，精确取样
　　
播种完毕后，不同的时期还需要对小麦田间性状、抗病性情况做调查并采集叶片用于实验室研究。
　　比如说，我们要调查小麦病害的情况，
常见的小麦病害有条锈病、叶锈病、秆锈病、赤霉病等。
　　
　　△条锈病是小麦生产上危害性最高的病害之一，由小麦条锈病菌引发。图左边为感条锈病小麦，右边为抗锈病小麦（图片来源：作者）
　　如上图所示，一般来说，右边的小麦之所以能抗条锈病，是因为它里面含有一个或多个有抗性的抗条锈病基因。我们的研究目的，就是将抗病基因从这些抗病材料中克隆出来，然后导入到育种材料或品种中，使其拥有抗病性，以满足增加粮食产量迫切的需求。
　　然而，病菌也很聪明，也在不断地进化变异，导致我们的抗病基因有时候少则几年就失去了抗性，这便为我们育种工作提出了更高的要求，要求我们要不断地寻找更多样、抗性好的抗病基因。
　　田间地头，当你看见一群研究生们这里瞅瞅、那里看看，甚至有的人扶着麦苗、端详麦穗，正是大家认真、细致找寻具有特别表征小麦麦苗的时候，比如说“抗病”的、“感病”的，“高”的、“矮”的……在它们的身上，可都携带着对应的生物密码（基因）。
　　
　　△分子标记检测（图片来源：作者）
　　而当锁定了一些特别表征的小麦后，我们会采集对应的叶片，回到实验室，提取DNA，通过实验手段如分子标记检测等，定位并克隆这些表征所对应的基因。
　　总结一下，我们的田间工作目的
就是寻找、并确定表型（如抗条锈病）→实验室里找到、克隆基因→将基因导入到育种材料或品种中。
　　那么问题来了
，为什么不直接在实验室种植小麦、找到目标基因？
　　答案是：不可能。
　　
就拿研究小麦条锈病来说，小麦条锈病菌是一种寄生真菌，必须依附在活体小麦之上才能存活。条锈菌的繁殖体夏孢子可随高空气流远距离传播，并反复感染小麦，在小麦上完成周年的侵染循环，其侵染循环可分为越夏，侵染秋苗，越冬及春季流行四个环节。小麦收获后，条锈菌会转主寄生在小檗上。
在条锈菌没有传播的地区（比如实验室里），就观测不到小麦感条锈病，也就无法找到对应基因。
　　
四、收获的季节，其实我们也有收割机
　　每年的小麦收获，正是一年当中最热闹的时间段。课题组的全体人员顶着酷日、集体下地，欢聚一堂，并对收获和农用车驾驶技术进行充分、全面的锻炼。
　　下图佐证：
　　
　　△笔者所在的课题组拍摄于石家庄高邑县
　　
相信现在大家也开始明白我们在收获材料时，为什么要“下地拔麦子”了。
　　这是因为，我们学习小麦育种的方法后，还要通过精细地研究小麦农艺性状、抗病性的遗传规律，以期将优异的遗传性状应用到实际生产中。
　　为此，我还总结了近一、两年收获实验材料——
拔麦子的四种常见方法，希望对大家特别是对拔麦的初学者有所帮助。
　　
姿势一：弯腰式——田间最常见的拔麦方式，缺点是不适合身高太高的人，费腰。
　　
　　
姿势二：曲膝式——精髓在于曲膝、提臀、用背部发力。优点是能锻炼背部力量，适合健身爱好者。
　　
　　
姿势三：蹲式——优点在于省力且速度快，缺点在于长时间蹲着腿容易麻，猛地站起容易跌倒，建议与弯腰式轮换。
　　
　　
姿势四：站立式——站立比较轻松，但对小麦高度有要求，拔的时候需要气沉丹田，集中发力，不然容易断根，伤害材料完整性。
　　
　　
轮到育种材料小区收获时，情况就不同了。
　　那是一个风和日丽的下午，具体时间为2021年6月19日14点10分，任务是收获育种小区。
与往常不同，今日的三大防晒法宝：帽子、云、口罩里，没有云。
　　
　　△太阳是那么灿烂，也是那么毒辣（截图自当日天气）
　　因为实验材料是按行种植，而大部分育种材料是按小区种植，因此育种材料与实验材料的收获要求和方式有所不同，开心地开上了百万级机械收割机。（实际是跟在收割机后面将种子袋装车)
　　
　　△机械收获育种材料（图片来源：作者）
　　我们按照不同的种植小区（图中一块一块间隔的区域就是小区）收割，收割后脱粒的种子会被分装入编有不同标签的袋子。
　　
五、材料的脱粒、装袋与入库
　　那些收获（拔）时是按行种植的实验材料和育种材料的单株，都需要单株脱粒，脱粒后按编号装进对应袋，入库以备使用。
　　
或许还有人疑惑，既然实验材料要一一对应，那为什么在收材料的时候，有时拔的单株小麦并没有挂牌？
　　
　　△（图片来源：作者提供）
　　其实，有没有标志牌要看情况，有时候为了提高收获效率，在农忙时为抢收种植材料，一些材料（如遗传和突变体等群体）会全部收获后分单株脱粒，在脱粒时，对装入的袋子进行标号即可。
　　
田间试验，是一场属于育种人的修行
　　在田间试验阶段，还有很多好玩的事，比如杂交、诱变、人工接菌等，这里就不再一一和大家分享啦，有兴趣的朋友可以联系我们，共同交流。
　　
可是难免还是会有人疑惑，这些田间试验，为什么一定要学生来干？为什么连博士都需要下地？
　　
首先，实验材料不是从天上掉下来的，常常是一种传承。一个研究群体的配置常常需要数年，我的实验材料就来自师兄师姐们的辛勤培育。而且，有的性状在实验室观测不到，即使在实验室能调查，也应该以大田为主，因为在育种实验室中一切科学手段的检测和分析，最终也要通过在大田里的表型来验证。
　　
另外，小麦表型的鉴定和育种并不是件容易的事，需要多年的经验积累，而且每个人的研究目的不同，对材料了解程度不同。自己的课题自己鉴定，本就是理所应当的，就连那些年近70高龄的育种家们仍热衷活跃于田间地头，乐在其中。
　　
可以说，田间试验，是一场属于育种人的修行。只有经过酷暑严寒、倾其所能的钻研，本科生才能认识到自己是否适合读硕士，硕士生才能感受到自己是否适合读博，博士生才能清楚自己是否适合搞科研和育种。
　　不经过繁重实验的考验，不经过酷暑中开展田间试验的磨炼，只是站在门槛外空想，恐怕不少人都会以为自己是拯救科研界和育种界的天选之子。
　　在育种这件事上，选择是相互且残酷的，
你在选育材料，材料也在选择你。
　　
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
/阅读下一篇
/

Related Keywords

China ,Vietnam ,Republic Of ,Henan ,Sri Lanka , ,Technology College ,Missiona Harvest ,Research It ,Task Force ,Usa Research ,Yang China Academy ,Institute Producer China Academy ,Harvest Mission ,Research Run ,Brief History ,Henan Science ,Overview Global ,Start Field ,Master ,சீனா ,வியட்நாம் ,குடியரசு ஆஃப் ,ஹேநான் ,ஸ்ரீ லங்கா ,தொழில்நுட்பம் கல்லூரி ,ஆராய்ச்சி அது ,பணி படை ,அறுவடை பணி ,ஆராய்ச்சி ஓடு ,சுருக்கமான வரலாறு ,ஓவர்‌வ்யூ உலகளாவிய ,குரு ,