在中国文化中,黍无疑是最特殊的一个,从一万年前最早被驯化开始,黍就成了中国文化的底色之一,从商周到汉唐,从诗歌到史册,无不印刻着它留下的痕迹。即便今天它已从主粮变成小众的杂粮,这种发源于中国西北的作物,也依然在地球上的各个角落,承担着大田作物不可承担的作用。
12月1日,《自然遗传学》发布了我国科学家的最新成果,科学家们用10年的时间,绘制了黍的泛基因组和遗传变异图谱,在肉眼不可见的微观世界,解析藏在历史里的驯化故事,也揭开了这个中国文化中最重要的农作物,一万年中的演化与变迁。
黍稷起源于中国,大约在1万年前被驯化,是人类驯化最早的作物之一。中国农科院作科所供图
驯化最早的作物,农业文明的起源
黍,也叫稷,西北人呼为糜子,中原多叫黄米,在北京,人们称它为黍子,科学家则称为黍稷。
北京西郊,1万年前的东胡林遗址中,人们发现了黍的种子,河北邯郸,1万年到8700年的磁山文化遗址中,发现了成吨的黍稷。在有史可鉴的时间里,无论商周还是汉唐,黍都是人们的主粮。
黍的种子比水稻和小麦的种子更小,古人以一粒黍稷的长度为一分,十分为一寸,制定了最初的度量标准。这个细小的种子,还承担着中国文化最厚重的一面,古人以稷为谷神,以社为土神,社稷之重,恰恰在最低微的尘土和最细小的种子之间。
黍与稷,原本一体,它不仅是粮食,还是中国人在远古就建立的信仰,在日常生活遵循的分寸。
《诗经》中,黍是文明原初的寄托,3000年前,周代殷商,商宗亲箕子朝周,过故殷墟,见宫室毁坏,遍生禾黍。悲叹“麦秀油油兮,黍禾渐渐。彼狡童兮,不与我好兮。”殷民闻之,皆为流涕。300年后,代商的西周同样遭遇倾覆的命运,周大夫过故宗庙宫室,见旧时庙堂,尽为禾黍,发出千古兴亡之叹,“彼黍离离,彼稷之苗……知我者,谓我心忧,不知我者,谓我何求。”
栽培黍源于野生黍,这种在野地里疯长的植物,被人类驯化之后,依然保留着最顽强的生命力,农人们在最贫瘠的土地上播下种子,依然能够获得收成,即便遇到漫长的干旱,它也会在逆境中顽强等待,等到大雨降临,再一次开始生长。所以在盛唐的诗人笔下,“故人具鸡黍”,是农家丰裕的田园生活,在宋代戍边的军人眼里,“古道入秋漫黍稷”,是边疆新的防线。
黍,从来不曾离开过人们,即便在水稻和小麦兴起,并且逐渐代替黍成为主粮的时代,它也仍然在最贫瘠的地方,守护着人们的生活。
黍稷也叫梅汁、大黄米等,营养丰富,还是我国许多地方的特色美食。 中国农科院作科所供图
从主食变成杂粮,黍稷的千年之变
2009年,从事谷子高粱育种的中国农科院作科所研究员刁现民,在西北的黄土高原和东北的漫坡上,看到了连片的黍稷。只是,人们播种在土地中的,还是数量并不多的农家种。在现代科学快速改变育种模式,丰富的品种不断出现的今天,黍稷,好像被留在了历史的记忆中。
黍稷是人类的驯化的作物中,最耐逆境的,在我国西北,每年还有近千万亩的黍稷种植,但它们和现代作物的产量相比,有太大的差距,四五百斤的亩产是常态,有时候还会更少。在鄂尔多斯,刁现民见到了做黍稷杂交的育种家,但他觉得,杂交的品种并没有太大的差别。在更多的地方,现代品种的缺乏,同样是普遍的现象。
黍稷的命运变化,其实早在1000年前就开始了。宋元之际,北方的小麦、南方的水稻逐渐成为主要作物,黍稷渐渐变成了小众作物,1000年来,农人们种植的仍然是那些为数不多的品种,对它的发掘与驯化,也同样变得小众和艰难。科学家们发现,这些农家品种的多样性并不丰富,而多样性,是现代杂交育种最重要的基础。
刁现民想弄明白,中国人几千年的主粮,为何变成了如今的小众作物?丢失的多样性,能否再一次寻回?藏在历史里的秘密,揭开后,又会带来怎样的变化?
现代生物技术,为科学家们提供了更便利的工具,可以在肉眼不可见的基因世界里,找到那些不为人知的奥秘。
黍稷是抗逆性最好的作物,可以在贫瘠的土地上种植,图为我国西北地区大片种植的黍稷。中国农科院作科所供图
在基因中找答案,探明黍稷的起源
从10年前开始,刁现民和他的团队,开始破解黍稷基因里的秘密。从收集各种各样不同的黍稷开始,包括63份野生种、415份农家品种和38份现代栽培种,有了这些材料,所有的工具和方法,也就有了实践的空间。
这份工作持续了10年,从基因测序,到建立基因图谱,再到鉴定基因,发现基因里的变异,通过变异找到黍稷驯化和传播的过程。
发现之一,就是厘清了黍稷的起源地。大约在300年前,现代植物分类学的建立者之一卡尔·冯·林奈,也曾经研究过黍稷,他认为黍稷起源于印度。后来,也有科学家认为,黍稷起源于阿拉伯国家,甚至还有人认为,黍稷起源于非洲。在现代生物学不发达的时代,科学家们往往通过发现地去判断植物的起源。但基因技术的发展,使得人们可以从基因的变化中,找到漫长历史中的每一个细微变化。
这些变化从最早驯化开始,研究人员发现,黍稷最早的驯化地,可能在今天的黄土高原,在当时,那里还是一片水草丰茂的膏腴之地。大约在4500年前,黍稷传播到中亚,随后又用了1000年左右,传到了欧洲。
在今天,欧洲的乌克兰、俄罗斯等,仍然是黍稷的主要生产国。在美洲,黍稷的种植面积同样不小,但主要作为饲料使用。而在欧洲、印度等地,黍稷仍然作为粮食在使用。在国外,对黍稷的研究也同样在进行,尤其是美国,早在1927年,就有两位美国科学家,对黍稷进行了一项历时7年的研究,发现黍稷是所有作物中抗旱节水性能最好的。1927年,美国有两个专家历时7年对所有的禾本科作物进行了深入的研究,得出的结论是黍稷,这种作物是最抗旱、最解水的。英国科学家则最早发现,黍稷有四套染色体,是异源四倍体,这使得它的杂交也格外复杂。
重启驯化的进程,寻回诗里的作物
从单个基因图谱,到多个品种的泛基因图谱,再到变异图谱,探明基因的秘密,不只是满足科学家的好奇心,更为重新寻回历史中的主粮作物,开启停滞的驯化之路提供了基础。
刁现民和他的团队,用了3年时间,在大同、呼和浩特、兰州、赤峰、太原、齐齐哈尔、石家庄等地,种下500多份黍稷材料,这些地方,都是它的主产区,科学家们用统一的标准,鉴定它们的株形、穗粒数、落粒性等43个表型性状。
比如花和种子的颜色,黍稷的花有绿色的,也有紫色的,种子有黄色的、也有黑色的,到底是什么在控制着它们的颜色,同样的植物为何有不同的颜色?再比如落粒性,落粒是植物在自然界生存和繁衍的选择,但对人类来说,落粒则意味着收成的减少。
所有的一切,都在基因世界里,对科学家们展露无疑,那些关键基因的位点、作用、变异,最终表现在一株黍稷上,而育种的科学家们,也可以通过现代技术,去选择甚至促成那些对人类有益的变化。
在研究中,刁现民和他的团队,建立了一个基因组研究平台,利用这个平台,可以根据不同的需求,发掘出不同的基因,育成不同的品种,比如抗旱,比如高产,比如优质。
在中国漫长的农耕文明中,黍稷代表着文明的来源。而在科学家的眼里,黍稷是潜力巨大的高产作物,同时还是发展空间广阔的研究对象,更是应对急剧变化的气候环境、保障粮食安全的选择之一。
在北京,1万年前的东胡林人在山坡上种下黍稷,1万年后,这里的人们在同一片土地上,重新播下同样的种子,收获古老的食物。而在未来不远,或许它会和所有现代作物一样,历经科技的改造重生,重回人们的日常生活中。
新京报记者 周怀宗
编辑 张树婧 校对 陈荻雁