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严重影响水稻产量与品质,已成全球稻田疾患

“鬼稻”,别来捣鬼

发布时间:2017-06-02来源:人民日报作者:余建斌 周炜浏览次数:851

当我们在餐桌前享用着喷香的米饭,恐怕很难体会农民对于稻田的焦虑。近年来,全世界的水稻田中陆续出现了“山寨版”水稻,它们直接导致稻田减产,品质下降,人称“鬼稻”。如果任由它们“嚣张”,我们今后很可能就难以吃到好吃的白米饭了。但直至目前,人类还没有想出特别有效的应对策略。

在科学界,“鬼稻”叫杂草稻,并被定性为田间的恶性杂草。浙江大学农业与生物技术学院作物科学研究所樊龙江教授团队联合中国水稻研究所陆永良研究员等科研人员,通过基因组重测序及其群体遗传学分析,揭示了其中最基本的问题:鬼稻从何而来,“鬼”在何处?他们的研究成果——“杂草稻通过基因组变异去驯化并适应环境”,日前也以论文的形式在线发表在了《自然·通讯》上。

“拟态”潜伏田间,与水稻争阳光、争水、争养分

在田间,杂草稻是一枚可以“打满分”的“潜伏者”。鬼稻之“鬼”,防不胜防。

首先,它会“拟态”。从苗期开始,杂草稻就与栽培水稻一同拔节长叶,外形上极难区分。直到结穗之后,拨开稍有色素沉着的稻壳,露出棕褐色的米粒,才能判断这是杂草稻。这时识别,为时已晚。

其次,它会休眠。樊龙江描述了这种神奇的休眠机制:水稻长,它也长;水稻不长,它也不长;如果一块地改种玉米,种子就在土壤中休眠;隔两年后灌水种了水稻,杂草稻又会“复活”。据介绍,杂草稻的种子可以休眠10年。可以说,它们完全是冲着栽培稻来的。

再次,它会落粒。常规的栽培稻为了便于人类收割,稻谷成熟后仍然挂在枝头,不会落入土中。而杂草稻不这么干,它成熟后很快就落粒,“潜”入土中,隐蔽得很好。

如此“聪明”的捣乱分子出现在田间,与正常的栽培水稻争阳光、争水、争养分,严重影响着水稻产量与品质。而且,它们的米粒口感坚硬粗糙,如果收割时混入了这样的“假”米,农民就卖不出好价钱。

关于“鬼稻”论文的第一作者、浙江大学农业与生物技术学院作物科学研究所邱杰博士介绍,目前,杂草稻已成为全球稻田的疾患,在东南亚、南美洲等稻区大面积分布,我国江苏、广东、辽宁和宁夏等地已经大面积发生“污染”,已成为我国稻田杂草中除稗草外最严重的杂草之一。在江苏,它们的比例占到10%—20%。灾害严重的稻田甚至大面积绝收,“这时候科学家必须得出手了。”

并非野蛮生长,起源于经过人类长期驯化的栽培稻

杂草稻是怎么来的呢?众说纷纭。有人说,它们从来都是野蛮生长,是从野生水稻进化而来;也有人认为,杂草稻与目前的栽培水稻存在着遗传关系。关于杂草稻遗传及环境适应机制的研究,是一个基本的科学问题,也事关人类如何防控“鬼稻”的肆虐,维护餐桌的品质。

科研人员从我国江苏、广东、辽宁和宁夏四地收集了155份杂草稻材料和76份当地历年栽培稻品种,对这些材料进行了全基因组重测序和群体分析后,得出一项重要结论:我国杂草稻均起源于栽培稻,其中江苏、广州杂草稻起源于籼稻,而辽宁、宁夏杂草稻起源于粳稻,且4个群体的起源方式为独立去驯化起源。

也就是说,杂草稻的“前辈”正是经过人类长期驯化的栽培稻。樊龙江说,“鬼稻”也即杂草稻,有可能是不同种类的水稻品种串粉后形成的“去驯化”品种。事实上,去驯化的现象在很多动植物种都有发生,比如,家鸡变得会飞,就是家鸡“去驯化”以更加适应环境机制。

“杂草稻去驯化过程并非是简单的将栽培型恢复为野生型,而是利用新的变异和分子机制适应环境。”樊龙江说,这个过程中,杂草稻通过平衡选择进化机制适应复杂的自然稻田环境。课题组的科研人员还发现了一些重要的受到平衡选择的基因组区域,直接与杂草稻的果皮颜色和休眠有关。这项研究,加深了人类对作物驯化和去驯化进化的遗传机制认识。

尚无有效对策,全球科学家已联手研究对抗

“鬼稻之‘鬼’,名副其实。”樊龙江说,目前,人们只能用一些基于经验的办法阻止杂草稻的肆虐,比如收割时注意尽量减少稻谷落粒;避免不同水稻品种之间的花粉串粉;加强田间管理减少田间杂草稻种子库容等。但这些办法并非一劳永逸,甚至收效甚微。

针对这一情况,全世界的科学家正在联合起来,组成杂草基因组国际协会组,向影响餐桌品质的杂草宣战。

樊龙江是亚太地区科学家的召集人。今年,他在英国参加杂草基因组国际协会组会议期间,听一位巴西同行讲述了曾有过的一次短暂胜利:科学家通过转耐除草剂基因,培育出一种能抵抗除草剂的水稻品种,这样就可以通过喷施除草剂精准地消灭处于苗期的杂草稻,而对水稻品种没有任何影响。但没过多久,杂草稻也进化出了除草剂耐药性,这一办法宣告无效。

樊龙江说,目前美国国家自然基金正资助华盛顿大学的科学家,进行一项为期2年的植物基因组比较测序计划,来研究栽培稻和杂草稻之间的分子差异,希望研究结果能帮助稻农除去这一可怕杂草。中国的科学家也将和这个课题组共同研究杂草稻进化之谜。


  (本文刊登于《人民日报》2017年06月02日15版)