杂种优势是怎么回事？

科普界有个笑话，叫做“遇事不决，量子力学；机制难寻，肠道菌群”。大意是说，如果有个自然现象找不到好的解释，那么只要请出量子力学或者肠道菌群就能蒙混过关了。

这句话当然有调侃的成分，但肠道菌群确实是最近这10年来生物医学研究领域最热门的话题之一。从消化不良到自闭症，从癌症到免疫功能紊乱，几乎所有的身体不适都能和肠道菌群拉上关系。

这股风甚至刮到了植物界，和“杂种优势”（Heterosis）联系到了一起。关心农业问题的人都知道，如今大部分粮食作物用的都是杂交种。育种者用两个高度自交的品种作为父本和母本，杂交后结出的第一代种子就是杂交种子。用杂交种子种出来的农作物体形更大，产量更高，抗逆性也更好。但是，如果让第一代杂交种子再相互交配，结出的第二代种子就没那么好了，所以种子公司非常喜欢杂种优势，这是他们的金饭碗。

当然了，种子公司靠这个优势卖种子是没问题的。美国农民自上世纪40年代开始大规模种植杂交玉米，产量很快实现了翻番，农民买种子所花的钱有了巨额回报。

写出《物种起源》的查尔斯·达尔文很可能是最早研究植物杂种优势的科学家之一，他于1876年出版过一本名为《植物界异花授粉和自花授粉的效果》的书，得出了“杂交对植物有益，自交对植物有害”的结论。但杂交为什么会对植物有益呢？他也不知道答案。

关于杂种优势背后的机理，目前有两种假说最为流行：一种叫“显性假说”，认为显性基因大都是有利于植物生长发育的，隐性基因则正相反。自交品种很容易把两个隐性基因凑在一起，而杂交品种则大概率会把显性基因和隐性基因凑在一起，于是显性基因的优势就体现出来了。

另一种假说叫做“超显性假说”，这一派的支持者不认为显性基因一定好于隐性基因，而是相信两个不同的等位基因天生就要比两个相同的等位基因更有利。换句话说，他们相信A1A2肯定要比A1A1或者A2A2更好。

这两种假说各有优缺点，没有一种假说能圆满地解释所有的杂种优势现象。受肠道菌群热潮的启发，美国堪萨斯大学的植物学家玛吉·瓦格纳（Maggie Wagner）决定另辟蹊径，研究一下土壤菌群对杂交玉米的影响。她和同事们把杂交玉米和自交玉米种在特制的育种袋里，里面装的不是土壤，而是一种灭过菌的土壤类似物。发芽之后，研究人员将7种玉米根系常见的共生菌菌株加入到育种袋内，结果发现杂交种长得明显要比自交种好，根须的总重量增加了20%。但是，如果一直不加入共生菌的话，杂交种和自交种就一样了，看不出任何差别。

研究人员又用土壤浸出液（含有各种土壤微生物）重复了这一实验，得出了类似的结果。

瓦格纳将研究结果写成论文，发表在2021年7月27日出版的《美国国家科学院院报》（PNAS）上。文章认为，杂种优势很可能不是因为杂交玉米提升了植物的性状，而是自交玉米的免疫系统反应过激，妨碍了土壤益生菌和玉米根系的共生。

这是个很新颖的结论，有待科学家们进一步验证。不过，这篇论文给育种学家们提了个醒：育种前必须研究一下当地的生态环境，把土壤微生物的影响也考虑进来。 植物杂种