出品：科普中國 

　　製作：楊翼駿(中國科學院遺傳(chuan) 與(yu) 發育生物學研究所) 

　　監製：中國科學院計算機網絡信息中心 

　　2021年6月10日4點30分，太陽剛爬上地平線，一群研究生便早早地出現在田間地頭，開始了他們(men) 緊張而又平凡的一天。 

　　今天的工作主題是收獲，任務量是在中午之前拔兩(liang) 萬(wan) 小麥單株。 

　　收麥的季節，朝陽是那麽(me) 明媚（圖片來源：作者）

　　什麽(me) ？拔？？ 

　　相信你一定沒錯過這個(ge) 字眼，相信你一定有些困惑。 

　　2021年了，身為(wei) 一名研究生，不在實驗室裏專(zhuan) 心做研究，跑到農(nong) 田拔麥子？是農(nong) 業(ye) 機械化覆蓋麵太小，還是生來一副鐵掌非要試試麥芒？ 

　　其實，對於(yu) 所有育種人來說，這樣的一天，既是小麥成熟收獲的季節，更是他們(men) 篩選、觀察小麥的最佳黃金時間。 

　　說育種，先從(cong) 小麥的起源說起 

　　小麥的進化簡史（圖片來源：作者）

　　我們(men) 現在吃的普通小麥是六倍體(ti) （基因組可以用AABBDD來表示），而最初，小麥的祖先是單倍體(ti) 。普通小麥的起源進化是巧合且複雜的過程，它經曆了兩(liang) 次異源多倍化進程。 

　　第一次發生在約30-50萬(wan) 年以前，烏(wu) 拉爾圖小麥（A基因組供體(ti) ）和擬斯卑爾脫山羊草或其近緣種（B基因組供體(ti) ）雜交，染色體(ti) 天然加倍形成野生二粒小麥（四倍體(ti) ，基因組可以用AABB來表示）。野生二粒小麥經過馴化，逐漸演變成栽培二粒小麥；第二次異源多倍化發生在約8000年前，栽培二粒小麥和粗山羊草（D基因組供體(ti) ）雜交，染色體(ti) 天然加倍，形成六倍體(ti) 普通小麥。 

　　△不同進化時期的小麥形態：左上，斯卑爾脫小麥；右上，野生二粒小麥；左下，栽培二粒小麥；右下，普通栽培小麥（圖片來源：作者實驗室） 

　　隨著人口的日益增加，人們(men) 對小麥產(chan) 量的需求也日益增多，因此，人類開始馴化小麥，也就是早期的“育種”。我們(men) 今天所種植的農(nong) 作物，都不是“純天然”的，全都是根據需要，經過篩選和培育才誕生的，這些工作也就是咱們(men) 常說的“育種”。 

　　回到開頭的一幕，大家可能會(hui) 覺得，育種就育種，為(wei) 什麽(me) 非到農(nong) 田裏拔麥子？說到底，小麥育種對於(yu) 所有科研人員、科研團隊來說是個(ge) 非常艱辛且漫長的過程，而拔麥子，隻不過是育種人進行田間試驗的一個(ge) 環節。 

　　小麥育種分幾步？ 

　　如果要培育一個(ge) 小麥新品種，首先就需要了解，什麽(me) 叫單株？什麽(me) 叫品種？ 

　　單株可理解為(wei) 一粒種子經過生長發育至成熟的完整植株，下圖為(wei) 四個(ge) 單株。（隻有拔多了才看得出，它們(men) 四個(ge) 相互都有差異） 

　　單株（圖片來源：Luo et al., 2021）

　　一般來說，品種是指：在一定的生態和經濟條件下，經過人工選育，通過品種審定的，具有優(you) 良性狀且遺傳(chuan) 性穩定的群體(ti) 。 

　　這裏麵有兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵點，一是優(you) 良性狀（比如高產(chan) 、抗病，適應性好），二是性狀能夠穩定遺傳(chuan) 。 

　　小麥係譜（類似於(yu) 人的家族譜）（圖片來源：胡鐵柱）

　　通常，我們(men) 會(hui) 先從(cong) “實驗材料”中廣泛尋找優(you) 良的性狀（上圖），比如抗病、早熟、大粒、抗寒、耐旱多粒等等，然後想辦法將這些優(you) 良性狀匯聚到一個(ge) “育種材料”身上，最終獲得具有遺傳(chuan) 性穩定且性狀優(you) 良的品種。 

　　例如：河南科技學院茹振鋼教授和他帶領的團隊曆經30年嘔心瀝血育成的高產(chan) 多抗小麥品種“矮抗58”，具有高產(chan) 穩產(chan) 、矮稈抗倒、抗逆抗病適應性廣、優(you) 質、穩定性好等品種優(you) 勢。 

　　矮抗58（圖片來源：胡鐵柱）

　　不會(hui) 種地的人 摸不著育種的門 

　　那麽(me) ，育種過程中的田間試驗具體(ti) 都要做什麽(me) 呢？ 

　　小麥育種田間試驗步驟（圖片來源：作者）

　　首先，我們(men) 根據研究目的，結合小麥的生長發育時期，開展每年的小麥田間試驗工作，到農(nong) 田（我們(men) 一般稱為(wei) “大田”）中去幹“農(nong) 活”。 

　　隻不過，為(wei) 了研究，這些農(nong) 活幹起來要精細得多。小麥的田間試驗不隻有拔麥子，還有其他很多工作，從(cong) 計劃、田間管理、播種、性狀調查到收獲、脫粒入庫保存，是一個(ge) 完整的育種流程。所以說，不去“種地”的話，根本摸不到育種的門。 

　　接下來，我就結合這幾個(ge) 階段的經曆，和大家分享我作為(wei) 小麥育種人的“種地”心得。不妥之處，敬請指正為(wei) 謝！ 

　　一、 種地之前，先做種植計劃 

　　我們(men) 平時在大田裏的種植的植株可以分為(wei) 兩(liang) 種，育種材料與(yu) 實驗材料。 

　　計劃什麽(me) 呢？計劃育種材料和實驗材料的種植規模和種植方式，也就是“種什麽(me) ”和“怎麽(me) 種”。 

　　首先我們(men) 先得區別一下兩(liang) 類種植材料。 

　　1. 育種材料 

　　（育種材料的夢想就是有朝一日成為(wei) 一個(ge) 好的品種!） 

　　育種材料講求整體(ti) 性、綜合性、穩定性。一般來源於(yu) 已知的品種與(yu) 品種間，品種與(yu) 育種材料間，育種材料和育種材料間雜交後選育而來。 

　　因此，在種植、選育育種材料時，要做到舉(ju) 重若輕，縱覽全局，要求株係的株高、粒重、抗逆性、適應性等多維度性狀的綜合性好。 

　　2. 實驗材料 

　　實驗材料主要用於(yu) 研究某一特定的性狀。比如研究小麥抗病性時，若在大田裏發現一株不同於(yu) 旁邊“生病”的材料，其株係葉片等表現為(wei) 健康。它便可以成為(wei) 我們(men) 的實驗材料。因此調查性狀時要做到精確到某一植株的個(ge) 體(ti) 變化情況，也就是舉(ju) 輕若重。但研究實驗材料最終的目的也是服務於(yu) 育種材料，使得優(you) 異的性狀能聚合在育種材料中。 

　　實驗材料來源廣泛，不論國家審定品種還是農(nong) 家種或者野生種，隻要在某一方麵有特定的優(you) 良性狀即可，講求特異性、多樣性、精確性。 

　　二、 收獲、播種雙精細 

　　試驗設計完畢後，每年9月底到10月中旬，我們(men) 就開始田間播種工作。 

　　整地開溝-劃渠起壟-測距拉線-插牌發袋-播種覆土，整個(ge) 播種過程一氣嗬成！ 

　　田間播種（圖片來源：作者）

　　在研究過程中，不同的袋子之間、同一個(ge) 袋子裏不同的種子之間都會(hui) 有一定差異，為(wei) 了精確地研究其遺傳(chuan) 特性，在播種前要先插牌對每一溝做好編號，播種時需要做到每一個(ge) 袋子對應每一溝，每一個(ge) 袋子裏的種子要盡量均勻或等距地播種在對應的溝渠裏。 

　　三、日常田間調查，以及采集小麥樣品——精確調查，精確取樣 

　　播種完畢後，不同的時期還需要對小麥田間性狀、抗病性情況做調查並采集葉片用於(yu) 實驗室研究。 

　　比如說，我們(men) 要調查小麥病害的情況，常見的小麥病害有條鏽病、葉鏽病、稈鏽病、赤黴病等。 

　　△條鏽病是小麥生產(chan) 上危害性最高的病害之一，由小麥條鏽病菌引發。圖左邊為(wei) 感條鏽病小麥，右邊為(wei) 抗鏽病小麥（圖片來源：作者） 

　　如上圖所示，一般來說，右邊的小麥之所以能抗條鏽病，是因為(wei) 它裏麵含有一個(ge) 或多個(ge) 有抗性的抗條鏽病基因。我們(men) 的研究目的，就是將抗病基因從(cong) 這些抗病材料中克隆出來，然後導入到育種材料或品種中，使其擁有抗病性，以滿足增加糧食產(chan) 量迫切的需求。 

　　然而，病菌也很聰明，也在不斷地進化變異，導致我們(men) 的抗病基因有時候少則幾年就失去了抗性，這便為(wei) 我們(men) 育種工作提出了更高的要求，要求我們(men) 要不斷地尋找更多樣、抗性好的抗病基因。 

　　田間地頭，當你看見一群研究生們(men) 這裏瞅瞅、那裏看看，甚至有的人扶著麥苗、端詳麥穗，正是大家認真、細致找尋具有特別表征小麥麥苗的時候，比如說“抗病”的、“感病”的，“高”的、“矮”的……在它們(men) 的身上，可都攜帶著對應的生物密碼（基因）。

　　分子標記檢測（圖片來源：作者）

　　而當鎖定了一些特別表征的小麥後，我們(men) 會(hui) 采集對應的葉片，回到實驗室，提取DNA，通過實驗手段如分子標記檢測等，定位並克隆這些表征所對應的基因。 

　　總結一下，我們(men) 的田間工作目的就是尋找、並確定表型（如抗條鏽病）→實驗室裏找到、克隆基因→將基因導入到育種材料或品種中。 

　　那麽(me) 問題來了，為(wei) 什麽(me) 不直接在實驗室種植小麥、找到目標基因？ 

　　答案是：不可能。 

　　就拿研究小麥條鏽病來說，小麥條鏽病菌是一種寄生真菌，必須依附在活體(ti) 小麥之上才能存活。條鏽菌的繁殖體(ti) 夏孢子可隨高空氣流遠距離傳(chuan) 播，並反複感染小麥，在小麥上完成周年的侵染循環，其侵染循環可分為(wei) 越夏，侵染秋苗，越冬及春季流行四個(ge) 環節。小麥收獲後，條鏽菌會(hui) 轉主寄生在小檗上。在條鏽菌沒有傳(chuan) 播的地區（比如實驗室裏），就觀測不到小麥感條鏽病，也就無法找到對應基因。 

　　四、收獲的季節，其實我們(men) 也有收割機 

　　每年的小麥收獲，正是一年當中最熱鬧的時間段。課題組的全體(ti) 人員頂著酷日、集體(ti) 下地，歡聚一堂，並對收獲和農(nong) 用車駕駛技術進行充分、全麵的鍛煉。 

　　下圖佐證： 

　　筆者所在的課題組拍攝於(yu) 石家莊高邑縣

　　相信現在大家也開始明白我們(men) 在收獲材料時，為(wei) 什麽(me) 要“下地拔麥子”了。 

　　這是因為(wei) ，我們(men) 學習(xi) 小麥育種的方法後，還要通過精細地研究小麥農(nong) 藝性狀、抗病性的遺傳(chuan) 規律，以期將優(you) 異的遺傳(chuan) 性狀應用到實際生產(chan) 中。 

　　為(wei) 此，我還總結了近一、兩(liang) 年收獲實驗材料——拔麥子的四種常見方法，希望對大家特別是對拔麥的初學者有所幫助。 

　　姿勢一：彎腰式——田間最常見的拔麥方式，缺點是不適合身高太高的人，費腰。 

　　姿勢二：曲膝式——精髓在於(yu) 曲膝、提臀、用背部發力。優(you) 點是能鍛煉背部力量，適合健身愛好者。 

　　姿勢三：蹲式——優(you) 點在於(yu) 省力且速度快，缺點在於(yu) 長時間蹲著腿容易麻，猛地站起容易跌倒，建議與(yu) 彎腰式輪換。 

　　姿勢四：站立式——站立比較輕鬆，但對小麥高度有要求，拔的時候需要氣沉丹田，集中發力，不然容易斷根，傷(shang) 害材料完整性。 

　　輪到育種材料小區收獲時，情況就不同了。 

　　那是一個(ge) 風和日麗(li) 的下午，具體(ti) 時間為(wei) 2021年6月19日14點10分，任務是收獲育種小區。與(yu) 往常不同，今日的三大防曬法寶：帽子、雲(yun) 、口罩裏，沒有雲(yun) 。 

　　太陽是那麽(me) 燦爛，也是那麽(me) 毒辣（截圖自當日天氣）

　　因為(wei) 實驗材料是按行種植，而大部分育種材料是按小區種植，因此育種材料與(yu) 實驗材料的收獲要求和方式有所不同，開心地開上了百萬(wan) 級機械收割機。（實際是跟在收割機後麵將種子袋裝車) 

　　機械收獲育種材料（圖片來源：作者）

　　我們(men) 按照不同的種植小區（圖中一塊一塊間隔的區域就是小區）收割，收割後脫粒的種子會(hui) 被分裝入編有不同標簽的袋子。 

　　五、材料的脫粒、裝袋與(yu) 入庫 

　　那些收獲（拔）時是按行種植的實驗材料和育種材料的單株，都需要單株脫粒，脫粒後按編號裝進對應袋，入庫以備使用。 

　　或許還有人疑惑，既然實驗材料要一一對應，那為(wei) 什麽(me) 在收材料的時候，有時拔的單株小麥並沒有掛牌？ 

　　（圖片來源：作者提供）

　　其實，有沒有標誌牌要看情況，有時候為(wei) 了提高收獲效率，在農(nong) 忙時為(wei) 搶收種植材料，一些材料（如遺傳(chuan) 和突變體(ti) 等群體(ti) ）會(hui) 全部收獲後分單株脫粒，在脫粒時，對裝入的袋子進行標號即可。 

　　田間試驗，是一場屬於(yu) 育種人的修行 

　　在田間試驗階段，還有很多好玩的事，比如雜交、誘變、人工接菌等，這裏就不再一一和大家分享啦，有興(xing) 趣的朋友可以聯係我們(men) ，共同交流。 

　　可是難免還是會(hui) 有人疑惑，這些田間試驗，為(wei) 什麽(me) 一定要學生來幹？為(wei) 什麽(me) 連博士都需要下地？ 

　　首先，實驗材料不是從(cong) 天上掉下來的，常常是一種傳(chuan) 承。一個(ge) 研究群體(ti) 的配置常常需要數年，我的實驗材料就來自師兄師姐們(men) 的辛勤培育。而且，有的性狀在實驗室觀測不到，即使在實驗室能調查，也應該以大田為(wei) 主，因為(wei) 在育種實驗室中一切科學手段的檢測和分析，最終也要通過在大田裏的表型來驗證。 

　　另外，小麥表型的鑒定和育種並不是件容易的事，需要多年的經驗積累，而且每個(ge) 人的研究目的不同，對材料了解程度不同。自己的課題自己鑒定，本就是理所應當的，就連那些年近70高齡的育種家們(men) 仍熱衷活躍於(yu) 田間地頭，樂(le) 在其中。 

　　可以說，田間試驗，是一場屬於(yu) 育種人的修行。隻有經過酷暑嚴(yan) 寒、傾(qing) 其所能的鑽研，本科生才能認識到自己是否適合讀碩士，碩士生才能感受到自己是否適合讀博，博士生才能清楚自己是否適合搞科研和育種。 

　　不經過繁重實驗的考驗，不經過酷暑中開展田間試驗的磨煉，隻是站在門檻外空想，恐怕不少人都會(hui) 以為(wei) 自己是拯救科研界和育種界的天選之子。 

　　在育種這件事上，選擇是相互且殘酷的，你在選育材料，材料也在選擇你。

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