科普中国-科普融合创作与传播 2021-07-06
出品：科普中国
制作：杨翼骏(中国科学院遗传与发育生物学研究所)
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。
说育种，先从小麦的起源说起
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，斯卑尔脱小麦；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）
单株（图片来源：Luo et al., 2021）
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。
矮抗58（图片来源：胡铁柱）
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!）
育种材料讲求整体性、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。
2. 实验材料
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，…
