玉米的前世今生

玉米的前世今生1492年哥倫布在美洲發(fā)現(xiàn)印第安人以玉米為食物，于是將其帶回歐洲,隨后傳播種植到世界各地。中國(guó)則在明代將玉米引進(jìn)。玉米是一種馴化作物。與小麥、水稻有明顯的野生近緣種不同，人們很難找到果實(shí)顆粒分排密布在玉米軸上的野生品種。玉米的起源有多種說(shuō)法，目前認(rèn)可較多的一種說(shuō)法是，其祖宗是墨西哥的大芻草，又稱(chēng)為類(lèi)蜀黍。其植株形態(tài)和果實(shí)形態(tài)均與現(xiàn)代玉米有較大出入。大約一萬(wàn)年前，在墨西哥區(qū)域居住的古代農(nóng)民開(kāi)始選育玉米，他們選擇了其中或較大的，或味道較好的，或更容易磨碎的種子來(lái)播種。最終玉米棒變得更大顆粒更多，成為現(xiàn)代玉米的模樣?，F(xiàn)今玉米的無(wú)稃（果實(shí)硬殼）以及果穗外包厚厚苞葉便是人們長(zhǎng)期選育的結(jié)果。通過(guò)遺傳學(xué)分析，大芻草的果實(shí)與玉米有著相同數(shù)目的染色體和類(lèi)似的基因序列。事實(shí)上，大芻草與現(xiàn)代玉米可以雜交，自然繁殖為新的品種。但這就引發(fā)在進(jìn)化上一個(gè)巨大難題。因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為進(jìn)化始終是緩慢而漸進(jìn)的，緣何玉米會(huì)突然出現(xiàn)在大芻草的進(jìn)化舞臺(tái)上？這難倒了科學(xué)家。圖：考古學(xué)者發(fā)現(xiàn)的玉米樣本，自古至今它們有著驚人的相似。人們最終推倒了原來(lái)的進(jìn)化認(rèn)識(shí)，轉(zhuǎn)而傾向于認(rèn)為在玉米馴化最早的時(shí)候，單個(gè)基因的微小變化而產(chǎn)生了戲劇性結(jié)果?？茖W(xué)家想弄清楚兩者雜交的歷史過(guò)程，以便了解其DNA水平的變化詳情。如今結(jié)合遺傳學(xué)研究和考古記錄，人們已經(jīng)拼湊出玉米演化的故事。大芻草中的tga1基因使得其籽粒被較長(zhǎng)的堅(jiān)硬稃殼包裹，而玉米中的tgal則使得玉米顆粒無(wú)殼且柔軟。科學(xué)家將玉米的tgal基因轉(zhuǎn)移到大芻草后，發(fā)現(xiàn)其外殼變小且轉(zhuǎn)變?yōu)榘氚鼱顟B(tài)，而兩者tgal基因之間僅一個(gè)核苷酸的差異。TeosintekernelsareenclosedinathickthardcasetTeosintekernelsareenclosedinathickthardcaset計(jì)hilEmaizekernelsaresoft且ndaccessibEe-KernelTeosinteMaize圖：大芻草（左）種子有堅(jiān)硬的外殼顆粒也少。另外一個(gè)重要基因則是tbl,與玉米分蘗有關(guān)。這個(gè)基因在大芻草中被抑制，結(jié)果產(chǎn)生許多分蘗,而在玉米中表達(dá)更多結(jié)果則是無(wú)分蘗或少分蘗。一個(gè)依據(jù)是科學(xué)家將大芻草的tbl轉(zhuǎn)移到玉米中,導(dǎo)致玉米的分蘗陡增。玉米具有分蘗的特點(diǎn),但分蘗會(huì)會(huì)消耗自身營(yíng)養(yǎng),減弱主莖的生長(zhǎng)發(fā)育,分蘗一般難以發(fā)育成果穗,從而影響最終產(chǎn)量。因此大芻草在人類(lèi)長(zhǎng)期栽培馴化后變得無(wú)分蘗或少分蘗。plantshavemanybranches.whilemarzcplantshavejust勒f(shuō)ewshortbrancheswithearsatthetips,plantshavemanybranches.whilemarzcplantshavejust勒f(shuō)ewshortbrancheswithearsatthetips,Maize?￡intc遊圖：大芻草和玉米的分蘗區(qū)別在于tb1基因。這正說(shuō)明，某個(gè)基因的微小變化可以產(chǎn)生劇變，這也就也解釋了玉米為何會(huì)突然出現(xiàn)。也就是說(shuō)，進(jìn)化并不總是漸變的。當(dāng)然，玉米進(jìn)化會(huì)涉及許多基因，只是其基因效應(yīng)相對(duì)較弱。如淀粉類(lèi)型和含量，不同氣候和土壤的適應(yīng)能力，果實(shí)顆粒的長(zhǎng)度和數(shù)量，顆粒的大小、性狀和顏色，抗蟲(chóng)性等等，這些變化正應(yīng)傳統(tǒng)進(jìn)化論的看法：進(jìn)化是漸進(jìn)緩慢的。選育還不止如此，野生植物的馴化并非易事。已有實(shí)驗(yàn)證明，從墨西哥類(lèi)蜀黍到玉米要經(jīng)歷不到20代植物的馴化。野生谷物為了更大范圍傳播其種子以求較高存活性，其種子成熟時(shí)便自動(dòng)脫落但這個(gè)植物天生的求生本能卻導(dǎo)致農(nóng)民不能充分收獲種子，只有這些種子留在穗上等到所有種子成熟方能充分收獲。要成為糧食作物，這些野生谷物便要減弱其落粒性，我們的祖先一直在馴化谷物的低落粒性。人們?cè)诓杉臅r(shí)候傾向于采集那些不易于脫落的種子,這種無(wú)意識(shí)的選擇馴化的長(zhǎng)期結(jié)果便是產(chǎn)生不落粒品種。另外，與其它多數(shù)作物不同，玉米被人類(lèi)馴化得失去了自然繁衍的能力，必須靠人為手段才能得以繁衍。研究還顯示，作物馴化并非快速、本地化的過(guò)程，而可能是在不同區(qū)域進(jìn)行很長(zhǎng)時(shí)期的不斷試錯(cuò)過(guò)程。當(dāng)然，到現(xiàn)在玉米育種早已不再是自然