谷子|从狗尾草变身谷子新种 生物育种“魔法”如何实现?

作者:冯佰利(西北农林科技大学 教授)
说到狗尾草 , 人们最初印象便是将其叼在嘴里玩过 , 嬉戏时拿狗尾巴草相互挠过痒 。那种美好的感觉是不是记忆犹新!殊不知 , 它可是栽培谷子的祖先 。
我们熟知关于狗尾草与谷子的成语 , 例如“良莠不齐” , 就是指正常的谷子田里 , 参差地长着狗尾草 。狗尾草在古代称作“莠” , 因而有学者认为“稂莠不齐”是成语最初的形式 。

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实验室中的狗尾草(张卉供图)

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狗尾草果穗特写(张卉供图)
狗尾草 , 因其成熟后长出一根细长的果穗 , 挂满千万颗籽粒 , 毛茸茸地在风中摇曳 , 仿佛调皮的小狗在抖动尾巴 , 故而得名 。狗尾草属禾本科、狗尾草属 , 是全国各地都非常常见的一类杂草类植物 。

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谷子穗(田礼欣供图)
谷子也属于禾本科、狗尾草属的一年生植物 。与狗尾草相比 , 谷子茎秆粗壮、分蘖少 , 狭长披针形叶片 , 具有细毛;穗状圆锥花序 , 每穗结实数百至上千粒 , 谷穗一般成熟后金黄色 , 卵圆形籽实 , 粒小多为黄色 。谷子去皮后俗称小米 。
在夏商周时期 , 谷子被誉为“百谷之长” , 一度是最重要的粮食作物 。直至1950年 , 我国谷子的栽培面积仍然有1.5亿亩 。时至今日 , 小米干饭、小米粥、小米发糕等食品仍经常出现在我们的餐桌上 。

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小米发糕(范光宇供图)
最早对谷子起源的研究始于20世纪40年代 , 科学家们分析了谷子和青狗尾草、法式狗尾草的杂交后代 , 确定了狗尾草是谷子的野生祖先 。20世纪90年代及以后 , 随着细胞学技术、分子生物学技术的进步 , 国内外对谷子近缘种的科学系统研究进入到快速发展阶段 , 确定了多个谷子近缘种的染色体分组和组成 , 以及狗尾草属谷子近缘种系统衍化关系 。
狗尾草向谷子的华丽转身是如何实现的呢?说起来 , 这个过程是漫长的 。
一是系统选育 , 定向选择 。普通狗尾草植株矮小、生物产量低 , 易落粒 , 不能满足人们生产和生活的需要 。但在很久之前 , 先民们发现了狗尾草的自然变异现象 , 于是从中选择植株高大、穗大、不落粒、分蘖少、香味多等高产、适于栽培的变异个体进行种植 , 经过数千年的栽培驯化和改良 , 一批高产优质、抗病抗倒伏的谷子新品种就这样诞生了 , 狗尾草就一步一步变成了现在生产中栽培的谷子品种 。
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科研人员进行谷子杂交育种(宋慧供图)

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