在中國(guó)文化中,黍無(wú)疑是最特殊的一個(gè),從一萬(wàn)年前最早被馴化開(kāi)始,黍就成了中國(guó)文化的底色之一,從商周到漢唐,從詩(shī)歌到史冊(cè),無(wú)不印刻著它留下的痕跡。即便今天它已從主糧變成小眾的雜糧,這種發(fā)源于中國(guó)西北的作物,也依然在地球上的各個(gè)角落,承擔(dān)著大田作物不可承擔(dān)的作用。
12月1日,《自然遺傳學(xué)》發(fā)布了我國(guó)科學(xué)家的最新成果,科學(xué)家們用10年的時(shí)間,繪制了黍的泛基因組和遺傳變異圖譜,在肉眼不可見(jiàn)的微觀(guān)世界,解析藏在歷史里的馴化故事,也揭開(kāi)了這個(gè)中國(guó)文化中最重要的農(nóng)作物,一萬(wàn)年中的演化與變遷。
黍稷起源于中國(guó),大約在1萬(wàn)年前被馴化,是人類(lèi)馴化最早的作物之一。中國(guó)農(nóng)科院作科所供圖
馴化最早的作物,農(nóng)業(yè)文明的起源
黍,也叫稷,西北人呼為糜子,中原多叫黃米,在北京,人們稱(chēng)它為黍子,科學(xué)家則稱(chēng)為黍稷。
北京西郊,1萬(wàn)年前的東胡林遺址中,人們發(fā)現(xiàn)了黍的種子,河北邯鄲,1萬(wàn)年到8700年的磁山文化遺址中,發(fā)現(xiàn)了成噸的黍稷。在有史可鑒的時(shí)間里,無(wú)論商周還是漢唐,黍都是人們的主糧。
黍的種子比水稻和小麥的種子更小,古人以一粒黍稷的長(zhǎng)度為一分,十分為一寸,制定了最初的度量標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)細(xì)小的種子,還承擔(dān)著中國(guó)文化最厚重的一面,古人以稷為谷神,以社為土神,社稷之重,恰恰在最低微的塵土和最細(xì)小的種子之間。
黍與稷,原本一體,它不僅是糧食,還是中國(guó)人在遠(yuǎn)古就建立的信仰,在日常生活遵循的分寸。
《詩(shī)經(jīng)》中,黍是文明原初的寄托,3000年前,周代殷商,商宗親箕子朝周,過(guò)故殷墟,見(jiàn)宮室毀壞,遍生禾黍。悲嘆“麥秀油油兮,黍禾漸漸。彼狡童兮,不與我好兮?!币竺衤勚?,皆為流涕。300年后,代商的西周同樣遭遇傾覆的命運(yùn),周大夫過(guò)故宗廟宮室,見(jiàn)舊時(shí)廟堂,盡為禾黍,發(fā)出千古興亡之嘆,“彼黍離離,彼稷之苗……知我者,謂我心憂(yōu),不知我者,謂我何求?!?/p>
栽培黍源于野生黍,這種在野地里瘋長(zhǎng)的植物,被人類(lèi)馴化之后,依然保留著最頑強(qiáng)的生命力,農(nóng)人們?cè)谧钬汃さ耐恋厣喜ハ路N子,依然能夠獲得收成,即便遇到漫長(zhǎng)的干旱,它也會(huì)在逆境中頑強(qiáng)等待,等到大雨降臨,再一次開(kāi)始生長(zhǎng)。所以在盛唐的詩(shī)人筆下,“故人具雞黍”,是農(nóng)家豐裕的田園生活,在宋代戍邊的軍人眼里,“古道入秋漫黍稷”,是邊疆新的防線(xiàn)。
黍,從來(lái)不曾離開(kāi)過(guò)人們,即便在水稻和小麥興起,并且逐漸代替黍成為主糧的時(shí)代,它也仍然在最貧瘠的地方,守護(hù)著人們的生活。
黍稷也叫梅汁、大黃米等,營(yíng)養(yǎng)豐富,還是我國(guó)許多地方的特色美食。 中國(guó)農(nóng)科院作科所供圖
從主食變成雜糧,黍稷的千年之變
2009年,從事谷子高粱育種的中國(guó)農(nóng)科院作科所研究員刁現(xiàn)民,在西北的黃土高原和東北的漫坡上,看到了連片的黍稷。只是,人們播種在土地中的,還是數(shù)量并不多的農(nóng)家種。在現(xiàn)代科學(xué)快速改變育種模式,豐富的品種不斷出現(xiàn)的今天,黍稷,好像被留在了歷史的記憶中。
黍稷是人類(lèi)的馴化的作物中,最耐逆境的,在我國(guó)西北,每年還有近千萬(wàn)畝的黍稷種植,但它們和現(xiàn)代作物的產(chǎn)量相比,有太大的差距,四五百斤的畝產(chǎn)是常態(tài),有時(shí)候還會(huì)更少。在鄂爾多斯,刁現(xiàn)民見(jiàn)到了做黍稷雜交的育種家,但他覺(jué)得,雜交的品種并沒(méi)有太大的差別。在更多的地方,現(xiàn)代品種的缺乏,同樣是普遍的現(xiàn)象。
黍稷的命運(yùn)變化,其實(shí)早在1000年前就開(kāi)始了。宋元之際,北方的小麥、南方的水稻逐漸成為主要作物,黍稷漸漸變成了小眾作物,1000年來(lái),農(nóng)人們種植的仍然是那些為數(shù)不多的品種,對(duì)它的發(fā)掘與馴化,也同樣變得小眾和艱難。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),這些農(nóng)家品種的多樣性并不豐富,而多樣性,是現(xiàn)代雜交育種最重要的基礎(chǔ)。
刁現(xiàn)民想弄明白,中國(guó)人幾千年的主糧,為何變成了如今的小眾作物?丟失的多樣性,能否再一次尋回?藏在歷史里的秘密,揭開(kāi)后,又會(huì)帶來(lái)怎樣的變化?
現(xiàn)代生物技術(shù),為科學(xué)家們提供了更便利的工具,可以在肉眼不可見(jiàn)的基因世界里,找到那些不為人知的奧秘。
黍稷是抗逆性最好的作物,可以在貧瘠的土地上種植,圖為我國(guó)西北地區(qū)大片種植的黍稷。中國(guó)農(nóng)科院作科所供圖
在基因中找答案,探明黍稷的起源
從10年前開(kāi)始,刁現(xiàn)民和他的團(tuán)隊(duì),開(kāi)始破解黍稷基因里的秘密。從收集各種各樣不同的黍稷開(kāi)始,包括63份野生種、415份農(nóng)家品種和38份現(xiàn)代栽培種,有了這些材料,所有的工具和方法,也就有了實(shí)踐的空間。
這份工作持續(xù)了10年,從基因測(cè)序,到建立基因圖譜,再到鑒定基因,發(fā)現(xiàn)基因里的變異,通過(guò)變異找到黍稷馴化和傳播的過(guò)程。
發(fā)現(xiàn)之一,就是厘清了黍稷的起源地。大約在300年前,現(xiàn)代植物分類(lèi)學(xué)的建立者之一卡爾·馮·林奈,也曾經(jīng)研究過(guò)黍稷,他認(rèn)為黍稷起源于印度。后來(lái),也有科學(xué)家認(rèn)為,黍稷起源于阿拉伯國(guó)家,甚至還有人認(rèn)為,黍稷起源于非洲。在現(xiàn)代生物學(xué)不發(fā)達(dá)的時(shí)代,科學(xué)家們往往通過(guò)發(fā)現(xiàn)地去判斷植物的起源。但基因技術(shù)的發(fā)展,使得人們可以從基因的變化中,找到漫長(zhǎng)歷史中的每一個(gè)細(xì)微變化。
這些變化從最早馴化開(kāi)始,研究人員發(fā)現(xiàn),黍稷最早的馴化地,可能在今天的黃土高原,在當(dāng)時(shí),那里還是一片水草豐茂的膏腴之地。大約在4500年前,黍稷傳播到中亞,隨后又用了1000年左右,傳到了歐洲。
在今天,歐洲的烏克蘭、俄羅斯等,仍然是黍稷的主要生產(chǎn)國(guó)。在美洲,黍稷的種植面積同樣不小,但主要作為飼料使用。而在歐洲、印度等地,黍稷仍然作為糧食在使用。在國(guó)外,對(duì)黍稷的研究也同樣在進(jìn)行,尤其是美國(guó),早在1927年,就有兩位美國(guó)科學(xué)家,對(duì)黍稷進(jìn)行了一項(xiàng)歷時(shí)7年的研究,發(fā)現(xiàn)黍稷是所有作物中抗旱節(jié)水性能最好的。1927年,美國(guó)有兩個(gè)專(zhuān)家歷時(shí)7年對(duì)所有的禾本科作物進(jìn)行了深入的研究,得出的結(jié)論是黍稷,這種作物是最抗旱、最解水的。英國(guó)科學(xué)家則最早發(fā)現(xiàn),黍稷有四套染色體,是異源四倍體,這使得它的雜交也格外復(fù)雜。
重啟馴化的進(jìn)程,尋回詩(shī)里的作物
從單個(gè)基因圖譜,到多個(gè)品種的泛基因圖譜,再到變異圖譜,探明基因的秘密,不只是滿(mǎn)足科學(xué)家的好奇心,更為重新尋回歷史中的主糧作物,開(kāi)啟停滯的馴化之路提供了基礎(chǔ)。
刁現(xiàn)民和他的團(tuán)隊(duì),用了3年時(shí)間,在大同、呼和浩特、蘭州、赤峰、太原、齊齊哈爾、石家莊等地,種下500多份黍稷材料,這些地方,都是它的主產(chǎn)區(qū),科學(xué)家們用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),鑒定它們的株形、穗粒數(shù)、落粒性等43個(gè)表型性狀。
比如花和種子的顏色,黍稷的花有綠色的,也有紫色的,種子有黃色的、也有黑色的,到底是什么在控制著它們的顏色,同樣的植物為何有不同的顏色?再比如落粒性,落粒是植物在自然界生存和繁衍的選擇,但對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō),落粒則意味著收成的減少。
所有的一切,都在基因世界里,對(duì)科學(xué)家們展露無(wú)疑,那些關(guān)鍵基因的位點(diǎn)、作用、變異,最終表現(xiàn)在一株黍稷上,而育種的科學(xué)家們,也可以通過(guò)現(xiàn)代技術(shù),去選擇甚至促成那些對(duì)人類(lèi)有益的變化。
在研究中,刁現(xiàn)民和他的團(tuán)隊(duì),建立了一個(gè)基因組研究平臺(tái),利用這個(gè)平臺(tái),可以根據(jù)不同的需求,發(fā)掘出不同的基因,育成不同的品種,比如抗旱,比如高產(chǎn),比如優(yōu)質(zhì)。
在中國(guó)漫長(zhǎng)的農(nóng)耕文明中,黍稷代表著文明的來(lái)源。而在科學(xué)家的眼里,黍稷是潛力巨大的高產(chǎn)作物,同時(shí)還是發(fā)展空間廣闊的研究對(duì)象,更是應(yīng)對(duì)急劇變化的氣候環(huán)境、保障糧食安全的選擇之一。
在北京,1萬(wàn)年前的東胡林人在山坡上種下黍稷,1萬(wàn)年后,這里的人們?cè)谕黄恋厣希匦虏ハ峦瑯拥姆N子,收獲古老的食物。而在未來(lái)不遠(yuǎn),或許它會(huì)和所有現(xiàn)代作物一樣,歷經(jīng)科技的改造重生,重回人們的日常生活中。