育种，科学还是艺术

      种业新说开设以来，陆续收到了一些带着思考的投稿。有些看品种，有些聊市场，有些谈趋势。

      今天这篇，视角不太一样。它问了一个老问题：育种，到底是科学，还是艺术？问题不新鲜，但极少有人真正把它说透。把这篇文章分享出来，也是想传递一种信号：真正有价值的思考，从来没有停止过。

      感谢为我们打开另一个视角的作者：范永田

      （欢迎更多有真知灼见的伙伴，与我们栏目交流。）

      从事育种这一行业长了，不免常常思考这一问题：育种，从学科角度来说，是属于科学还是归于艺术呢？植物育种这一行业，整天和土地庄稼打交道，一身汗、两脚泥，不是在田里，就是在去田里的路上。有同行自嘲的说，远看像逃难的，近看像要饭的，上前一问原来是搞育种的。也有同行形象地总结自己的工作：一把尺子一杆秤，用牙咬用眼瞪。在许多人看来，育种就是种种子、量株高、记病害、称重量，然后选品种。

      然而作物育种，这一看起来很“土”的行业，而实际上关系着国计民生。在这一行业，深耕育种领域的科研人员，凭借多项突破性成果屡次荣获国家、省级科技奖项。育种领域中，袁隆平因杂交水稻研究获 2001 年国家最高科学技术奖；小麦育种上，李振声获 2006 年国家最高科学技术奖。还有许多育种人如程相文等多次受到国家领导人的接见。中国科学院院士傅向东说过，育种家都是艺术家。中国农业科学院蔬菜花卉研究所的金黎平研究员说：“育种是一件颇具艺术气息的事情。”上海师范大学黄学辉教授说，当生物学家千辛万苦爬到山顶时，育种家已经在此等候多时了。育种家，究竟做出了什么贡献，能让国家和社会给与如此荣誉和地位；育种家，到底有什么魅力，能让这些科学大咖有如此之高的评价。育种这一职业，终究有什么诱惑力，让如此多的人追光逐日、天南海北、乐此不疲呢？这一切，还得从育种是科学还是艺术说起。

      育种是指通过人为干预，利用优良的遗传资源进行自然或人工选择，培育出符合特定需求的新品种的过程。育种的目的是通过改良种质，提高作物和动物的产量、抗逆性和品质，以适应现代农业生产的需要。育种的基本原理是遗传变异和遗传选择。通过变异的产生，选择出有益的遗传特性，逐步改良种质。遗传变异是育种成功的前提，而遗传选择是引导变异朝着有益的方向变化，实现育种目标的关键。育种本质是对生物遗传规律的系统性应用，育种的内核是科学，其科学性体现在三个层面：

      遗传学和生物化学与分子生物学等学科是理论基础

      遗传学方面

      从孟德尔的豌豆杂交实验揭示基因分离定律，到摩尔根的果蝇实验揭示了基因连锁与互换定律，再到分子生物学时代的CRISPR-Cas9基因编辑技术，育种始终以遗传学、分子生物学、生物化学等学科为基础。孟德尔遗传定律（分离定律和自由组合定律），是杂交育种、回交育种的核心依据，可以帮助育种家预测性状遗传规律，有目的地组合优良基因。连锁互换定律，解释了基因在染色体上的连锁现象，有经验的育种工作者可以根据材料的连锁性状选择目标性状，如玉米自交系的长雄穗与此自交系果穗长度正相关，分枝多少与果穗穗行数正相关，因此可根据雄花主枝的长度来判断该自交系果穗是长穗还是短穗，根据雄花分枝多少来判断来判断果穗是穗行数多或者少。连锁互换定律还可以为基因标记辅助育种、分子设计育种提供理论支撑，能更精准地追踪目标基因。基因突变理论：自发或诱导基因突变是诱变育种的核心，通过物理、化学或生物手段诱发基因变异，创造新的遗传资源。 细胞质遗传与雄性不育理论：为杂交制种提供了关键技术路径，比如水稻、玉米的三系法杂交育种，利用细胞质雄性不育系简化制种流程。

      进化论方面

      自然选择与人工选择：育种是人工选择的过程，通过筛选符合人类需求的性状，定向培育品种，本质是让人类需求替代自然环境成为选择压力，缩短生物演化进程。物种形成与遗传多样性：育种依赖丰富的遗传多样性资源，从野生近缘种或地方品种中挖掘优异基因，拓宽栽培品种的遗传基础。

      分子生物学方面

      中心法则：揭示了遗传信息的传递规律，为转基因育种、基因编辑育种提供了技术原理，实现对特定基因的精准操作。 基因组学与生物信息学：通过解析生物全基因组序列，挖掘控制重要性状的关键基因，为分子设计育种提供精准靶点。

      科学严谨的品种试验方案

      试验有明确研究目标。需清晰界定试验要解决的问题（如品种产量对比、抗性筛选等），避免目标模糊导致数据无效。例：若筛选耐涝玉米品种，需明确关键指标（如淹水后存活率、恢复生长速度）。

      控制变量与随机化：除处理因素（如品种、施肥量）外，其他条件（土壤、光照、管理措施）需保持一致。为适配农业环境的异质性，保障品种的真实性，降低品种推广风险出发，进行多点鉴定。在品种试验中应用生物统计试验三原则：随机、重复、局部控制。

      试验设计类型选择

      田间实施关键步骤

      小区规划：明确小区面积、株行距、重复次数，避免边际效应（如小区边缘植株单独标记）。

      数据采集：制定标准化记录表格，包括生育期（如抽雄期）、农艺性状（株高、穗长）、抗性指标（病虫害发生率）等。

      质量控制：定期核查试验田管理一致性，避免人为操作误差（如施肥量、灌溉时间）。

      统计分析与结果验证

      采用方差分析（ANOVA）比较多个品种/处理间的差异显著性后，通过Duncan法、LSD法或Tukey法进行组间两两比较，明确具体差异组合，再用回归分析建立性状与环境因子（如纬度、海拔、降雨量）的关联模型，预测品种适应性。结果验证：同一试验在不同年份、不同地点重复进行，验证结果的稳定；通过多点多年份试验鉴定，验证品种在不同生态区的稳定性。当然，如果有条件，还可以结合分子标记、表型组学等技术，来提升结果的科学性和准确性。

      总之，科学的品种试验方案确保试验方案详细记录，确保他人可复现结果。可根据试点环境（如东北春玉米区低温条件）灵活优化设计，兼顾适应性评价。并且在保证精度的前提下，通过增广设计、间比法等减少资源浪费（如节省15%-20%试验田面积。

      不断突破的技术

      从传统杂交育种到转基因技术、DH系育种（双单倍体育种）、基因编辑、合成生物学和智能育种技术，科学工具的革新不断拓展育种边界。例如，抗虫棉通过导入Bt毒蛋白基因实现对棉铃虫的抗性，其原理基于昆虫肠道受体与Bt蛋白的特异性结合机制，是分子生物学与农业科学的交叉成果。DH系育种通过花药培养、花粉培养或诱导孤雌生殖等方式，使植物的配子体直接发育成单倍体植株，再经过染色体加倍获得纯合二倍体（DH系）。可在短时间内获得完全纯合的育种材料，大幅缩短育种周期，目前在玉米、小麦、油菜等作物育种中广泛应用。基因编辑借助CRISPR/Cas9等基因编辑工具，对作物基因组进行精准定点修饰，能精准改良单个或多个性状，且获得的品种不含外源基因，更易被市场接受。合成生物学育种：通过人工设计和合成基因线路、代谢途径，甚至人工合成基因组，对生物体进行定向改造或创造全新的生物系统。在育种中可用于设计具有特定性状的作物，如提高光合效率、合成特殊营养物质的工程植株，还能通过改造微生物菌群辅助作物生长，是未来育种的前沿方向。智能育种利用覆盖全基因组的分子标记，对育种材料的育种值进行预测，结合大数据、机器学习、计算机视觉和人工智能等技术，对育种过程中的表型数据、基因型数据、环境数据进行整合分析，优化育种方案，精准预测品种表现，加速育种进程。

      如果说科学是育种的“骨架”，那么艺术则是育种的“灵魂”。育种的艺术表现在：在限制中创造可能。我们总是受各种各样的因素制约：优质育种材料匮乏、育种周期太长、气候变化无常、育种成本（先进技术的应用需要大量资金、设备和专业人才支持，土地资源紧张、劳动力成本上升）太高、市场需求变化太快等。正是这些因素的限制，才让育种家有了艺术发挥的空间。育种的艺术表现在：

      表型选择的审美与直觉

      面对成千上万的育种材料，育种家需凭借经验判断“潜在优秀个体”。例如，小麦育种中对株型（叶片角度、分蘖数）的选择，不仅考虑光能利用效率（科学），也依赖于对“理想株型”的审美判断（如叶片上冲、茎秆坚韧的视觉协调性）。这种选择如同雕塑家从石材中“发现”形态，蕴含着主观创造力。李振声院士培育的小偃系列品种，成功将长穗偃麦草的抗病、抗逆基因导入小麦，就是一个很好的例子。李振声针对当时小麦条锈病严重、现有品种抗性丧失快的问题，从800余种牧草中筛选出长穗偃麦草作为核心杂交亲本。这种偃麦草对条锈病免疫，且具有耐旱、耐瘠薄等优良性状，能为小麦提供急需的抗逆基因。用反复授粉法等方法突破远缘杂交不亲和障碍，用回交复育法等方法解决杂种不育问题。在杂种后代中，坚持“抗病性优先，兼顾农艺性状”的选择标准，每年从成千上万株杂种中筛选出符合要求的个体，经过连续多代种植和鉴定，使优良性状逐渐稳定。1964年，试验田遭遇连续阴雨后暴晴，大部分杂种因青干死亡，唯独一株杂种小麦长势良好且无病斑。李振声抓住这个机遇，以此为核心材料，经过多代杂交改良，最终培育出“小偃6号”的原始材料。李振声院士运用他那天才的构想，用他那艺术的选择，开创了我国小麦远缘杂交育种大面积应用的先河。

      生态适应性的平衡艺术

      育种如同创作一件雕塑，要在不同性状间找到美学平衡点。比如培育玉米品种，既要保证其耐高温、抗旱的生态适应性，又要优化其耐阴雨寡照、抗倒伏的生态适应性。再比如果树育种中，既要保证果实甜度（可溶性固形物含量），又要兼顾耐贮运性（果皮厚度、硬度），还要适应不同气候带的温差与光照——这如同调配色彩，需在对立属性中找到和谐平衡点。育种不仅需兼顾目标性状与关联性状的协调，还要兼顾目标性状与对立性状的协调；如果过于追求某一点，可能会导致生态适应性下降，综合性状不过关，反而失去价值。其次，育种追求生长性状与抗逆性状的平衡：作物育种中，高产与抗病、抗旱性状常常存在负相关，育种师如同画家在构图中平衡主次元素，需通过杂交、回交甚至需借助基因编辑等技术打破负相关，实现“高产且抗逆”的和谐统一。最后，作物育种还要注意短期适应性与长期适应性的平衡：既要培育能快速适应当前环境的品种，也要为未来环境变化预留遗传弹性。如同作曲家创作变奏曲，在保留主旋律的基础上加入变奏元素，育种师需在品种中保留一定的遗传多样性，以应对未来的气候变化、病虫害进化。

      文化与需求的融合

      育种成果需契合人类审美与文化偏好。随着人们对生态环境的重视，育种者会培育适合生态农业发展的作物品种，推动生态文化的传播和发展。比如培育脱水快的机收品种，培育耐贫瘠、抗病虫、耐低氮的作物品种，减少化肥、农药的使用，保护生态环境。彩色玉米、紫色马铃薯的培育，突破了传统作物的颜色认知，满足了消费者对“新奇性”的需求；随着人们对个性化产品需求的增加，育种者会根据不同地区、不同民族、不同消费群体的文化和需求，培育定制化的作物品种。比如水稻育种上，培育含直链淀粉高的（做米线/米粉）专用稻、含支链淀粉高的（做黄酒）酿酒专用稻、有色功能型特用稻：紫米、黑米、红米、黄米；还有健康功能型特种稻：低镉稻、低糖功能型水稻（低糖大米），因为低糖大米抗性淀粉丰富，食用后血糖上升缓慢，适合糖尿病患者和中老年人群食用。这些品种的选育，大大丰富和改善了人们的生活质量。

      审美需求驱动科学探索，艺术创意拓宽了科学边界，艺术为科学指明了方向，赋予科学人文温度；科学为艺术提供支撑，实现艺术落地。科学规律保障艺术性状稳定，科学技术破解艺术创作瓶颈。袁隆平院士曾描述“水稻长得比高粱高，穗子比扫帚长，籽粒比花生米大”的理想场景，这一浪漫构想（艺术）的实现，依赖于对水稻株高基因（如SD1）的科学调控——通过降低株高防止倒伏，同时维持大穗特性。科学为梦想划定边界，艺术则驱动突破边界的勇气，二者共同谱写了育种史上的传奇。

      育种是“戴着镣铐跳舞”的创造性科学。育种以遗传规律为“镣铐”（科学限制），以人类需求为“舞台”（艺术表达），在严谨与创造的张力中推动生物进化，推动人类社会发展。正如育种家诺曼·博洛格（绿色革命之父）所言：“育种是科学的艺术，也是艺术的科学。”  

      后记

      其实写这篇文章，我特别想引用军事和书法来举例，治大国如烹小鲜，军事上也有育种值得参考学习的地方。顶层设计上,从“战略规划”到“品种定位”；情报分析上，从“敌我分析”到“种质资源分析”；从“战术部署”到“资源调度组配”，都有相似相通之处。《孙子兵法》的"五事七计"、克劳塞维茨的"战争阻力"理论，我相信许多上过军校的将官都懂，但理论无法覆盖所有战场变量，优秀将领需在理论基础上"临机决断"。例如毛泽东“四渡赤水”，在"避实击虚"理论指导下，3万对40万，没有后方，没有后勤，通过灵活机动将运动战艺术发挥到极致，跳出国民党军重重包围圈。

      直到晚年，主席谈起他的军事生涯认为他的军事指挥巅峰就是“四渡赤水”，而不是辽沈、平津和淮海三大战役。教员只是湖南师范毕业，没有读过军校，他一生战胜了多少黄埔名将。这就是战争的艺术。

      在种子行业，大公司有大公司的玩法，小公司有小公司的打法。大公司的老板你也别傲气，历史上能指挥大兵团作战的名将寥寥无几；小公司的老板你也别丧气，历史上许多名将的成名，都是创造了以少胜多的战役。再谈谈书法，王羲之在书写《兰亭集序》时，情感随着书写的进程而变化，笔法也随之发生改变。文章开头，王羲之的心情较为轻松愉悦，笔法轻盈灵动；随着文章的推进，王羲之的情感逐渐变得深沉，笔法也变得厚重沉稳；文章结尾，王羲之的情感达到高潮，笔法奔放洒脱，将自己的内心世界淋漓尽致地展现了出来。

      王羲之的字充满了奇异性，打破了传统书法结构的束缚，如“亭”字，上半部分的“亠”向右倾斜，下半部分的“丁”向左倾斜，部首与部首的“镶嵌”形成了一种动态的平衡，字与字间的“留白”都形成了一种美，这些给人一种新奇独特的感觉。《兰亭集序》中的字与字之间、行与行之间都存在着微妙的呼应关系，如“群贤毕至”中的“群”字与“贤”字，在结构上相互呼应，“群”字的左边部分向右伸展，“贤”字的右边部分向左伸展，形成了一种顾盼生情的效果。《兰亭集序》里面也存在多处涂改，这些涂改不仅没有影响它的艺术地位，反而成为它"天下第一行书"的一部分。

      现在如果我们用软件程序，把《兰亭集序》的字抠出来，另成一文，看看还有原来的韵味没有。这就是艺术的魅力。我引用王羲之的《兰亭集序》想说明一种观点：艺术成就经典，经典无法超越。玉米品种郑单958和先玉335就是很好的例子。郑单958的缺点是后期抗倒性较差、脱水慢；先玉335的缺点是前期抗倒性差、感大斑病。但这两个品种取得的成就，后来者无法望其项背。也许有人说，未来我们科技无限发达，是不是人类的作品中就没有了艺术成分了呢？我们可以这样思考：根据哲学上的对立统一规律，万事万物都有矛盾，矛盾无处不在，无时不有。有矛盾的地方就有限制因素，有限制因素的地方就有艺术发挥的空间。就拿DH技术来说，有秋水仙素加倍的，有除草剂加倍的。这个团队做的和那个团队做的，肯定是不一样的。有人又说，那又这样，有1%的差距吗？我要说的是，也许0.01%的差距，有的能活下来，有的就会倒闭。有时，良好与优秀就差一点点艺术。

      作者简介：范永田，河南浚县人，出生年月：1976年9月。农科：农学专业，理科：生物化学与分子生物学专业。现从事玉米育种和玉米试验工作。