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植物课堂:小麦

 小男孩叫闫旗 2018-11-25


小麦
  小麦,属于禾本科,是普通小麦不同品种的统称。作为现今人类最主要的粮食作物之一,小麦在世界生产的粮食作物中位列第一,是全世界一半以上人口的主食。小麦是世界上栽培最古老的作物之一,距今有七八千年的历史。经历了长期的采集种植,到了新石器时期,人类终于将小麦驯化成为栽培种。

小麦的起源与传播

考古学研究表明,小麦最初的起源中心位于西南亚的“新月沃地”,即今天的土耳其、阿富汗一代。至今,我们仍可在该地区找到广泛分布的野生一粒小麦与野生二粒小麦。而随着栽培种的驯化形成,小麦开始在旧大陆范围内广泛传播。早在史前时期,小麦已经从西亚、中东一带向西传入了欧洲与非洲,并向东传入了东南亚的印度、中国等地。


野生二粒小麦

以我国为例,作为普通小麦的次生起源中心,早在距今4000年前的夏朝初期,我国淮北一带便已经有了小麦的栽培,到了春秋战国时期,小麦种植已经遍布黄河、淮河流域以及内蒙古自治区的南部以及江南部分地区,并逐渐扩散到了长江以南各地。北宋初年更是成了小麦向南扩展的关键时期。到了明朝初期,小麦耕种终于遍及中国。


小麦的驯化过程

相比于小麦在世界范围内的广泛传播,小麦的驯化同样经历了一个漫长的过程。相比于目前的小麦栽培种,最初的野生小麦可能只源于禾本科的一种或几种杂草,相比于栽培种,这些野生小麦只结单粒种子,穗轴易折断,种子与颖壳不易分离,这些都是不利于人类栽培的性状。经过了漫长的自然杂交与人为杂交,人类才从未驯化的野生小麦驯化获得了如今广泛种植的六倍体普通小麦。


六倍体小麦

我们如今在田间经常看到的都是六倍体普通小麦,它们是小麦家族中结实多的,每个小穗上可以结3~8粒果实。而六倍体小麦又有普通系和茹科夫斯基系。相比而言,普通系小麦由于其裸粒、产量更高而成为田间广泛种植的小麦类型。而小麦属中同样包含着二倍体和四倍体种,共包括四种基本染色体组。而四倍体和六倍体小麦均属于异源多倍体,为小麦属与山羊草属不同种间杂交所获得。


现在一般认为,小麦起源演变由二倍体种演化为四倍体种,进而演化为六倍体种。以普通小麦组为例,古代先民从二倍体野生一粒小麦驯化为二倍体栽培一粒小麦;继而与拟斯卑尔脱山羊草天然杂交,染色体加倍获得四倍体野生二粒小麦,再驯化为栽培二粒小麦;二粒小麦再与粗山羊草天然杂交,再通过染色体加倍最终形成了我们常见的六倍体普通小麦。


我国的小麦是从哪里来的

在我国,保守估计,早在4000多年前,淮北平原已经出现了小麦栽培。然而虽然我国小麦栽培历史悠久,对于小麦的起源问题,却并没有相关的文字资料记载。并且由于尚未在我国境内发现二倍体小麦的野生种、栽培种以及四倍体种的野生二粒小麦、栽培二粒小麦或是提供相关染色体组的山羊草的分布,多数学者认为中国的多倍体小麦并非本地起源。而是由于栽培历史悠久,地域幅员辽阔,气候多样,经过自然与人工选择,小麦在我国同样形成了极大遗传的多样性,并成为小麦的次生起源中心。


随着我国小麦科学工作者的深入调查,终于在我国发现了特有的小麦原始栽培种和半野生种,并在云南省西南部澜沧江与怒江下游的山区以及西藏自治区分别发现了当地的原始栽培小麦。基于这一系列证据的积累,我国不少学者认为,我国的普通小麦可能并非外来,而是由本土产生。并最终将其起源地定位黄河长江流域,尤其是中上游的西北西南高原地区。因此,中国才是已知的普通小麦发源地,同时也是世界栽培小麦最大变异中心之一。然而由于直接证据的匮乏,迄今为止,本土起源说依然没有得到更为广泛的认可。


生物技术在小麦育种中的应用

在最近50年的小麦育种过程中,远缘杂交育种技术的兴起和普遍应用人为实现了遗传物质在种、属之间的转移,该技术在小麦育种中的应用使得栽培种的遗传基础得以拓宽。


其中最具代表性的是黑麦1RS染色体臂引入小麦,使得小麦品种的抗病性和产量潜力均得到了大幅度的提高。其次是基于矮秆基因的发现与应用的矮化育种,这一系列育种使得品种普遍实现了半矮秆化,增强了品种抗倒伏的能力,使高水肥栽培技术得以配套实施。


小麦体内的三套染色体

近20年来,随着分子技术的广泛应用,小麦的分子育种更是取得了飞跃式的进步:从传统的表性选择升级到基因型选择,大大提高了选择效率。随着转基因技术的进一步发展,虽然其由于生物与环境安全性等问题未在我国的小麦育种中得到普遍应用,然而纵观转基因技术的研究与应用,其也将作为一项很有发展前途的分子育种技术,并在小麦育种的过程中起到不可估量的作用。

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