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如何确认大米的老祖宗?不同地区的大米广泛“联姻”后，会有什么结果?谁控制着大米自身产量的高低?要想知道确切答案，请听—— 查基因查出了老祖宗 你知道人类所食用的大米，其老祖宗诞生在哪里吗?这个看似简单的问题，千百年来其实一直没有明确的答案。 要回答这个问题，目前有两种最有说服力的办法：其一是看哪里出土的大米化石或相关的加工工具最古老，其二是通过基因图谱进行排查，查它进化的最初源头。很明显，第一种方法有很大局限性，因为大米化石存在的可能性太小，即便发现了，也很难断定它一定是大米的老祖宗;而第二种办法就有说服力了，因为通过基因图谱进行排查，不但脉络清晰，而且有根有据。 前不久，中科院上海生科院的一个研究团队就用第二种办法，找到了大米老祖宗的出生地。研究团队从全球不同地方选取了400多份普通野生水稻，对它们进行基因组鉴定，然后与先前的栽培稻基因组数据一起，构建出一张水稻全基因组遗传变异的精细图谱。 图谱明确地告诉人们，广西野生大米就是人类食用大米的老祖宗。相关的考古发现也支持这个结论，如在广西隆安县乔建镇稻神山附近的贝丘遗址中，人们就发现了新石器时代早期的稻谷脱壳工具石磨盘和石磨棒，说明1万多年前居住在这里的人群已经掌握了稻作技术，是最早发明水稻人工栽培技术的人群。 被“联姻”，被进化 大米自从实现人工种植以来，一直是最受人类喜爱的主食之一。所以一直以来，人们一直在围绕增加它的单位面积产量做文章。于是，每一粒大米就包含了无数次进化的故事。 近百年来，人们发现，通过不同种类的水稻进行“联姻”再“联姻”——进行杂交育种，选拔优良的种子后代，是提高大米产量的重要捷径之一。这种老办法到了上世纪末和本世纪初，被我国科学家袁隆平运用到了炉火纯青的境界。在实践中，袁隆平成功研制了三个系列的杂交稻。通过这三个系列的稻的不断组合“联姻”，可以不断选出优秀的有独立繁殖能力的杂交稻，于是大米就获得了不断进化，产量也逐步提高了。 用这套杂交办法，袁隆平在2011年指导培育出的“Y两优2号”超级杂交稻试验田，平均亩产926.6千克，创造了中国大面积水稻亩产最高纪录，也几乎是当今世界的最高纪录。 袁隆平认为，现在水稻还都是半低秆的，株高仅约1.2米到1.3米。未来适当增加株高，是提高水稻产量的理想途径，通过不断实验和改良，未来的超级杂交稻将达到1.8米甚至2米，长得像高粱一样高，稻穗像扫帚，那时大米的产量不但大大提高，人们还可以坐在稻谷下乘凉呢。 破解控制产量的密码 1996年，我国研究人员让1000粒广东水稻种子乘坐返回式卫星，在太空旅行了15天。经过几年的培育，发现它们的第一代表现和"父辈"一样，到了第二代，有的比"父辈"的产量高多了，有的却变得很糟。科研人员挑出优者继续培育，最后得到一个新品种“华航一号”，它的秆子和叶子都和正常水稻没有区别，就是穗子特别长，超出普通稻穗的1/3，结粒很密，每亩产量最高达到了600千克，比一般大米产量高多了。这个事实表明，太空环境能诱发大米基因密码发生改变，所以找到这些密码，通过调控这些密码，大米的进化过程就可以加快，产量还可以大幅度提高。 那么，控制大米产量的密码究竟是什么呢?最近，我国复旦大学的研究人员对此进行了破译。研究人员将具有高产性状的江西东乡野生稻与栽培稻“桂朝2号”进行杂交，最后将目标锁定在第六代水稻2号染色体前端，其中共含500个基因。经详细比对分析，不断缩小范围，终于发现其中LRK1—LRK8等8个基因组成的“基因家族”，是控制大米产量的真正密码组，其中有3个密码作用尤其关键。 在试验中，研究人员把产量高的大米种子中这3个密码移植到了产量低的种子中，结果产量低的种子后代产量立即提高了10%。科学家认为，这个事实无疑为通过基因改造手段提高大米产量，提供了新思路。 假如让大米换一种方式“吃饭” 不过，科学家发现，提高大米产量的基因改变方法，除了围绕控制大米产量的基因密码做文章，还有另外一种富有想象力的方法。 先前的研究证实，大米所属的水稻和小麦一样，都是C3植物，而植物主要分C3和C4这两大类植物：C3植物主要有小麦、水稻、大豆、棉花等大多数作物; C4植物主要有玉米、甘蔗、高粱等作物。这两类植物的主要区别是“吃饭”能力——吸收二氧化碳的能力大小有所不同。相比之下，C3植物的吸收能力远不如C4植物，所以这类植物无法更好地适应干旱、强光照射、高温和低氮环境。而造成这种能力差异的根本原因是，C3植物自身缺少C4植物所具有的一种能产生高效光合作用的特殊花环结构。因此一直以来，科学家都在幻想通过什么办法让大米这种C3植物也拥有C4植物所拥有的特殊花环结构。如果美梦成真，那么大米的产量就会增加50%。 为了实现这个梦想，美国康奈尔大学的研究人员最近就展开了深入研究，并取得了突破性进展，因为他们在C4植物中，发现了一种名为“稻草人”的基因密码，这种基因密码实际控制着那种特殊花环结构的发展变化。这项研究结果无疑为揭示整个花环结构的控制方式的奥秘，提供了重要线索。 科学家指出，通过基因工程，未来如果能让大米所属的水稻拥有C4植物的特殊花环结构，让它们换一种方式“吃饭”，那么大米的产量不但会大幅提高，其抗炎热、干燥和适应贫瘠土壤的能力也会大幅提高。 随着人类科技的不断进步，大米还会向人们讲述更多的关于它们发展壮大的科学故事。 |
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