研究人员利用基因工程制造了一种不含对人类有毒物质的棉籽。现在人类可以食用这些棉花种子，它们是蛋白质和纤维的重要来源。学分：贝丝·卢德克
你的早餐麦片或燕麦片。你三明治上的面包。玉米片做点心，饼干做甜点。用最不起眼的成分：种子是不可能的。
小麦、大米和玉米等种子直接提供了人们每天摄入的热量的约 70%。他们最终提供了几乎每一口食物，要么为牲畜提供饲料，要么被种植成水果和蔬菜。毫不夸张地说，没有种子就不可能有文明。
但是种子需要我们的帮助。他们承受着气候变化的压力，并且承受着养活不断增长的人口的压力。
许多敬业的科学家在他们的职业生涯中致力于改进种子。他们正在利用最新的科学进展使种子更大、更有营养、更能抵御压力。
Rodomiro Ortiz 研究植物育种如何帮助实现这些目标。他的研究最近发表在作物科学 , 美国作物科学学会的期刊。
一个科学家团队研究如何培育藜麦以使其更耐热，因为一些地区的温度缓慢升高或更频繁和极端的温度峰值。即使在恶劣的条件下，这些耐受的藜麦品种也会产生种子。图片来源：凯文墨菲
作为种子改良背后的科学，植物育种是确保农业满足人类需求的基础。
“植物育种产生的种子具有理想的特性，可以提高生产力、减少人类营养不良、改善生态系统的遗传多样性，并在全球变暖的阴影下确保可持续的粮食生产，”Ortiz 说。
经典的植物育种不会像基因工程那样添加额外的 DNA。取而代之的是，植物育种者将每种植物都具有独特的强大特征进行杂交，以创造出具有多种有益特征的新植物。几千年来，农民和科学家一直在使用相同的过程来生产更好的作物。
但是今天，植物育种者可以获得比以往更多的信息和更多的工具。例如，DNA 测序的广泛使用为植物育种者提供了大量有用基因的数据。通过弄清楚哪些基因会产生哪些有用的性状，植物育种者可以更快地开发出新的作物品种。
“来自基因组的种子生物学知识可以提高作物生产力，通过植物育种改善食物和营养供应，”Ortiz 说。
干豆是全世界蛋白质的重要来源。研究人员利用作物育种开发了一种新品种的斑豆，它比传统的斑豆变暗更慢，这是消费者的理想选择。图片来源：胡安·奥索尔诺
但基因只是拼图的一部分。像奥尔蒂斯这样的科学家需要知道这种植物是如何生长的以及它的样子。在过去，科学家们可能能够轻松地观察并判断出一种植物有例如较大的种子。但是今天，改良种子需要更多的细节。
进入表型分析，测量科学。植物的表型是其基因在其环境中的全部表达。植物的高度和颜色。它的种子的重量和形状。它倾向于抵抗或屈服于疾病——这些都是表型。
捕获这些信息是耗时的。其中一些特征是人类甚至无法看到的。尤其是种子非常小，用手测量它们是不现实的。技术来拯救。
“对种子性状进行表型分析是系统分析种子变异的主要瓶颈，”Ortiz 说。 “数字成像技术的进步可以利用种子的高分辨率图像自动测量各种形状参数。”
有了这些工具，植物育种者可以比以往更快地改良种子和开发新的作物品种。 Ortiz 设想将种子做得更大，这样每颗种子就有更多的卡路里来养活人们。更大的种子还可以帮助下一代农作物在田间快速生长，准备好大丰收。植物育种者正试图使种子蛋白质更有营养，或者使种子内的脂肪足够稳定，以便在杂货店货架上存放更长时间。
这些改进中的每一项都意味着为更多人提供更强壮的种子和更好的食物。因此，在下一勺耐嚼燕麦片时，想想每一口背后的不起眼的种子——以及先进的技术和诀窍。
参考：Sangam L. Dwivedi、Charles Spillane、Francesca Lopez、Belay T. Ayele 和 Rodomiro Ortiz 撰写的“首先是种子：提高作物生产力和粮食安全的种子科学基因组学进展”，2020 年 11 月 4 日，作物科学 .
DOI：10.1002/csc2.20402
Rodomiro Ortiz 是瑞典农业科学大学植物育种教授。这项工作得到了爱尔兰科学基金会、爱尔兰研究委员会、加拿大自然科学和工程委员会以及马尼托巴小麦和大麦种植者协会的支持。
