在中國文化中,黍無疑是最特殊的一個,從一萬年前最早被馴化開始,黍就成了中國文化的底色之一,從商周到漢唐,從詩歌到史冊,無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,這種發源于中國西北的作物,也依然在地球上的各個角落,承擔著大田作物不可承擔的作用。
12月1日,《自然遺傳學》發布了我國科學家的最新成果,科學家們用10年的時間,繪制了黍的泛基因組和遺傳變異圖譜,在肉眼不可見的微觀世界,解析藏在歷史里的馴化故事,也揭開了這個中國文化中最重要的農作物,一萬年中的演化與變遷。
黍稷起源于中國,大約在1萬年前被馴化,是人類馴化最早的作物之一。中國農科院作科所供圖
馴化最早的作物,農業文明的起源
黍,也叫稷,西北人呼為糜子,中原多叫黃米,在北京,人們稱它為黍子,科學家則稱為黍稷。
北京西郊,1萬年前的東胡林遺址中,人們發現了黍的種子,河北邯鄲,1萬年到8700年的磁山文化遺址中,發現了成噸的黍稷。在有史可鑒的時間里,無論商周還是漢唐,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度為一分,十分為一寸,制定了最初的度量標準。這個細小的種子,還承擔著中國文化最厚重的一面,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小的種子之間。
黍與稷,原本一體,它不僅是糧食,還是中國人在遠古就建立的信仰,在日常生活遵循的分寸。
《詩經》中,黍是文明原初的寄托,3000年前,周代殷商,商宗親箕子朝周,過故殷墟,見宮室毀壞,遍生禾黍。悲嘆“麥秀油油兮,黍禾漸漸。彼狡童兮,不與我好兮。”殷民聞之,皆為流涕。300年后,代商的西周同樣遭遇傾覆的命運,周大夫過故宗廟宮室,見舊時廟堂,盡為禾黍,發出千古興亡之嘆,“彼黍離離,彼稷之苗……知我者,謂我心憂,不知我者,謂我何求。”
栽培黍源于野生黍,這種在野地里瘋長的植物,被人類馴化之后,依然保留著最頑強的生命力,農人們在最貧瘠的土地上播下種子,依然能夠獲得收成,即便遇到漫長的干旱,它也會在逆境中頑強等待,等到大雨降臨,再一次開始生長。所以在盛唐的詩人筆下,“故人具雞黍”,是農家豐裕的田園生活,在宋代戍邊的軍人眼里,“古道入秋漫黍稷”,是邊疆新的防線。
黍,從來不曾離開過人們,即便在水稻和小麥興起,并且逐漸代替黍成為主糧的時代,它也仍然在最貧瘠的地方,守護著人們的生活。
黍稷也叫梅汁、大黃米等,營養豐富,還是我國許多地方的特色美食。 中國農科院作科所供圖
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農科院作科所研究員刁現民,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,還是數量并不多的農家種。在現代科學快速改變育種模式,豐富的品種不斷出現的今天,黍稷,好像被留在了歷史的記憶中。
黍稷是人類的馴化的作物中,最耐逆境的,在我國西北,每年還有近千萬畝的黍稷種植,但它們和現代作物的產量相比,有太大的差距,四五百斤的畝產是常態,有時候還會更少。在鄂爾多斯,刁現民見到了做黍稷雜交的育種家,但他覺得,雜交的品種并沒有太大的差別。在更多的地方,現代品種的缺乏,同樣是普遍的現象。
黍稷的命運變化,其實早在1000年前就開始了。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,農人們種植的仍然是那些為數不多的品種,對它的發掘與馴化,也同樣變得小眾和艱難。科學家們發現,這些農家品種的多樣性并不豐富,而多樣性,是現代雜交育種最重要的基礎。
刁現民想弄明白,中國人幾千年的主糧,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,揭開后,又會帶來怎樣的變化?
現代生物技術,為科學家們提供了更便利的工具,可以在肉眼不可見的基因世界里,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,圖為我國西北地區大片種植的黍稷。中國農科院作科所供圖
在基因中找答案,探明黍稷的起源
從10年前開始,刁現民和他的團隊,開始破解黍稷基因里的秘密。從收集各種各樣不同的黍稷開始,包括63份野生種、415份農家品種和38份現代栽培種,有了這些材料,所有的工具和方法,也就有了實踐的空間。
這份工作持續了10年,從基因測序,到建立基因圖譜,再到鑒定基因,發現基因里的變異,通過變異找到黍稷馴化和傳播的過程。
發現之一,就是厘清了黍稷的起源地。大約在300年前,現代植物分類學的建立者之一卡爾·馮·林奈,也曾經研究過黍稷,他認為黍稷起源于印度。后來,也有科學家認為,黍稷起源于阿拉伯國家,甚至還有人認為,黍稷起源于非洲。在現代生物學不發達的時代,科學家們往往通過發現地去判斷植物的起源。但基因技術的發展,使得人們可以從基因的變化中,找到漫長歷史中的每一個細微變化。
這些變化從最早馴化開始,研究人員發現,黍稷最早的馴化地,可能在今天的黃土高原,在當時,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國。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。在國外,對黍稷的研究也同樣在進行,尤其是美國,早在1927年,就有兩位美國科學家,對黍稷進行了一項歷時7年的研究,發現黍稷是所有作物中抗旱節水性能最好的。1927年,美國有兩個專家歷時7年對所有的禾本科作物進行了深入的研究,得出的結論是黍稷,這種作物是最抗旱、最解水的。英國科學家則最早發現,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雜。
重啟馴化的進程,尋回詩里的作物
從單個基因圖譜,到多個品種的泛基因圖譜,再到變異圖譜,探明基因的秘密,不只是滿足科學家的好奇心,更為重新尋回歷史中的主糧作物,開啟停滯的馴化之路提供了基礎。
刁現民和他的團隊,用了3年時間,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,都是它的主產區,科學家們用統一的標準,鑒定它們的株形、穗粒數、落粒性等43個表型性狀。
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,但對人類來說,落粒則意味著收成的減少。
所有的一切,都在基因世界里,對科學家們展露無疑,那些關鍵基因的位點、作用、變異,最終表現在一株黍稷上,而育種的科學家們,也可以通過現代技術,去選擇甚至促成那些對人類有益的變化。
在研究中,刁現民和他的團隊,建立了一個基因組研究平臺,利用這個平臺,可以根據不同的需求,發掘出不同的基因,育成不同的品種,比如抗旱,比如高產,比如優質。
在中國漫長的農耕文明中,黍稷代表著文明的來源。而在科學家的眼里,黍稷是潛力巨大的高產作物,同時還是發展空間廣闊的研究對象,更是應對急劇變化的氣候環境、保障糧食安全的選擇之一。
在北京,1萬年前的東胡林人在山坡上種下黍稷,1萬年后,這里的人們在同一片土地上,重新播下同樣的種子,收獲古老的食物。而在未來不遠,或許它會和所有現代作物一樣,歷經科技的改造重生,重回人們的日常生活中。