种子大小变化（如何让种子变得更大）

植物的种子不仅对植物的繁殖起着重要作用，也是人类重要的食物来源。种子与人们的生活密切相关。我们日常食用的米、面都来自不同农作物的种子，例如大米是水稻的种子，而面粉是由小麦的种子加工而来。种子的大小直接影响作物产量，所以人们通常希望作物的种子长得越大越好。

种子一般由种皮、胚和胚乳3部分组成，有的植物成熟的种子只有种皮和胚两部分，胚乳很小或者没有。有些植物的种子外有坚硬的果皮，种皮则只是一层膜质结构。不同植物的种子大小、形状和颜色千差万别，但是同一物种的种子大小相对稳定，这是因为种子的大小受到遗传因素的控制。不同植物所携带的遗传基因不同，这些基因的协调作用形成多种信号，来调控种子生长到一定的大小就停止生长。因此要想改变种子的大小，就需要改变这些基因的组合。

人类的祖先最早是采集野生的种子作为食物的，后来人类对所采集的植物有了认识，渐渐地开始选择一些植物进行栽培。人类在栽培这些植物的过程中，也学会了有意识地选择一些优良的品种，例如种子大、产量高、生长期短等等。经过上万年的栽培和选择，现代的农作物与它们的野生祖先比起来已经大不相同了。例如我们现在吃的小米（小米是谷子的种子去皮而来），它的祖先就是野外常见的狗尾草。与它的祖先相比，现在的谷子种子大得多，产量也高得多了。但是这个培育的过程相当漫长。

为了获得更多的优良品种，现代育种家将多个品种的作物相互杂交，在杂交后代中选择和培育新的品种。被誉为“世界杂交水稻之父”的袁隆平先生就是利用这个方法培育水稻新品种的。通过杂交法培育新品种虽然加快了新品种作物的驯化过程，但是仍然难以满足不断变化的气候环境和城镇化的发展对农作物品种选育提出的新要求。

随着科技的不断发展，人们已经可以将分子生物学技术应用于育种中，大大加快育种的进程。分子育种技术可以在品种选育过程中利用特异的分子标记加快对后代性状的选择，将控制种子大小的优良基因与控制产量、品质和抗病、抗逆性状的基因选择性地聚合到一个品种中，形成种子更大、口感更好、产量更高、抗病耐逆的高产优质新品种。

利用分子育种技术的前提，是我们要了解哪些基因控制了种子大小、产量和品质，了解这些基因的作用机制。这样育种家才能通过选择和改造这些基因获得高产优质的新品种。近年来，科学家们对于种子大小调控机制的研究不断深入，鉴定了很多控制种子大小的调控基因。这些研究为分子育种提供了重要的理论基础。

2019年2月22日，中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海研究组应邀在植物学权威综述期刊Annual Review of Plant Biology上发表了题为Molecular networks of seed size control in plants的综述文章(DOI:10.1146/annurev-arplant-050718-095851)，系统总结了国内外研究者在种子大小调控机制方面的研究进展。

种子的最终大小取决于种皮、胚和胚乳的协同生长。其中，种皮来源于母体，属于母体组织，其携带的基因全部来源于母本；而胚和胚乳是由卵细胞和极核通过双受精发育而来的，属于合子组织，其携带的基因来源于母本和父本双方。因此，种子的大小不仅受母体组织和母本基因型的影响，也受合子组织和合子基因型的影响。

拟南芥和水稻种子结构示意图

目前已经鉴定的种子大小调控的关键基因根据它们的功能进行分类，分为泛素-蛋白酶体途径、MAPK信号途径、G蛋白信号、激素、转录调控和IKU途径等模块；对于每个模块内的基因，根据它们在遗传学、生物化学等方面的互作关系绘制了信号调控通路，并且讨论了不同模块之间互相“对话”调控的分子机制，形成了一个种子大小调控的分子网络。这个调控网络将来自植物体内和外界环境的信号通过基因之间的相互作用转化为生长信号，作用于母体组织（种皮）和合子组织（胚和胚乳），调控种皮、胚和胚乳的生长，进而控制种子的生长和最终大小。

此外，该综述还分析了目前种子大小研究领域存在的问题、可能的解决思路和将来的研究方向，并探讨了这些基因在高产育种中的应用情况或潜在的应用价值，为合理利用这些基因进行分子设计高产育种提供了指导思路。未来育种家们将可以针对这些基因进行分子设计育种，让种子变得更大、产量更高。

来源：中国科学院遗传与发育生物学研究所