玉米的前世今生

玉米的前世今生1492年哥伦布在美洲发现印第安人以玉米为食物，于是将其带回欧洲,随后传播种植到世界各地。中国则在明代将玉米引进。玉米是一种驯化作物。与小麦、水稻有明显的野生近缘种不同，人们很难找到果实颗粒分排密布在玉米轴上的野生品种。玉米的起源有多种说法，目前认可较多的一种说法是，其祖宗是墨西哥的大刍草，又称为类蜀黍。其植株形态和果实形态均与现代玉米有较大出入。大约一万年前，在墨西哥区域居住的古代农民开始选育玉米，他们选择了其中或较大的，或味道较好的，或更容易磨碎的种子来播种。最终玉米棒变得更大颗粒更多，成为现代玉米的模样。现今玉米的无稃（果实硬壳）以及果穗外包厚厚苞叶便是人们长期选育的结果。通过遗传学分析，大刍草的果实与玉米有着相同数目的染色体和类似的基因序列。事实上，大刍草与现代玉米可以杂交，自然繁殖为新的品种。但这就引发在进化上一个巨大难题。因为人们普遍认为进化始终是缓慢而渐进的，缘何玉米会突然出现在大刍草的进化舞台上？这难倒了科学家。图：考古学者发现的玉米样本，自古至今它们有着惊人的相似。人们最终推倒了原来的进化认识，转而倾向于认为在玉米驯化最早的时候，单个基因的微小变化而产生了戏剧性结果。科学家想弄清楚两者杂交的历史过程，以便了解其DNA水平的变化详情。如今结合遗传学研究和考古记录，人们已经拼凑出玉米演化的故事。大刍草中的tga1基因使得其籽粒被较长的坚硬稃壳包裹，而玉米中的tgal则使得玉米颗粒无壳且柔软。科学家将玉米的tgal基因转移到大刍草后，发现其外壳变小且转变为半包裹状态，而两者tgal基因之间仅一个核苷酸的差异。TeosintekernelsareenclosedinathickthardcasetTeosintekernelsareenclosedinathickthardcaset计hilEmaizekernelsaresoft且ndaccessibEe-KernelTeosinteMaize图：大刍草（左）种子有坚硬的外壳颗粒也少。另外一个重要基因则是tbl,与玉米分蘖有关。这个基因在大刍草中被抑制，结果产生许多分蘖,而在玉米中表达更多结果则是无分蘖或少分蘖。一个依据是科学家将大刍草的tbl转移到玉米中,导致玉米的分蘖陡增。玉米具有分蘖的特点,但分蘖会会消耗自身营养,减弱主茎的生长发育,分蘖一般难以发育成果穗,从而影响最终产量。因此大刍草在人类长期栽培驯化后变得无分蘖或少分蘖。plantshavemanybranches.whilemarzcplantshavejust勒fewshortbrancheswithearsatthetips,plantshavemanybranches.whilemarzcplantshavejust勒fewshortbrancheswithearsatthetips,Maize™£intc遊图：大刍草和玉米的分蘖区别在于tb1基因。这正说明，某个基因的微小变化可以产生剧变，这也就也解释了玉米为何会突然出现。也就是说，进化并不总是渐变的。当然，玉米进化会涉及许多基因，只是其基因效应相对较弱。如淀粉类型和含量，不同气候和土壤的适应能力，果实颗粒的长度和数量，颗粒的大小、性状和颜色，抗虫性等等，这些变化正应传统进化论的看法：进化是渐进缓慢的。选育还不止如此，野生植物的驯化并非易事。已有实验证明，从墨西哥类蜀黍到玉米要经历不到20代植物的驯化。野生谷物为了更大范围传播其种子以求较高存活性，其种子成熟时便自动脱落但这个植物天生的求生本能却导致农民不能充分收获种子，只有这些种子留在穗上等到所有种子成熟方能充分收获。要成为粮食作物，这些野生谷物便要减弱其落粒性，我们的祖先一直在驯化谷物的低落粒性。人们在采集的时候倾向于采集那些不易于脱落的种子,这种无意识的选择驯化的长期结果便是产生不落粒品种。另外，与其它多数作物不同，玉米被人类驯化得失去了自然繁衍的能力，必须靠人为手段才能得以繁衍。研究还显示，作物驯化并非快速、本地化的过程，而可能是在不同区域进行很长时期的不断试错过程。当然，到现在玉米育种早已不再是自然