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【大国粮策】为了活下去,杂草“伪装”成了水稻?

来源:科普中国-大国粮策2025-07-04 18:51

  照片上有两株外形相近的植物,很像我们每天吃的大米的来源——水稻。实际上,左边是水稻,右边则是稗草。稗草是水稻的头号杂草,会与水稻争光、肥等资源。

【大国粮策】为了活下去,杂草“伪装”成了水稻?

  作物是为了满足人类需求而被驯化的植物,如水稻这样的粮食作物,而农业杂草是与之竞争资源的野生植物。单就水稻而言,每年被杂草“偷走”的产量就超过1000万吨,相当于7000万人一年的口粮,这个人数接近河北省总人口,其数量之多令人惊叹。

  但有趣的是,有些作物和杂草堪称“亲兄弟”,关系微妙。以稗草为例,其苗期与水稻长得极为相似,宛如 "双胞胎",这种现象被称为 "瓦维洛夫拟态",科学家认为这是稗草的生存策略,靠 "伪装" 逃避农民拔除,但一直缺乏证据。

  为破解这一谜团,浙江大学农业与生物技术学院教授、博士生导师叶楚玉团队做了三件事:首先收集几百份稗草材料,将这些“嫌疑人”“抓捕归案”;然后在田里分区块种植并观察表型,看哪些像水稻、哪些不像,当时还常被农民笑话把杂草当宝贝种植;第三件事是对每份稗草进行基因组测序,鉴定上千万个遗传变异位点,并与表型结合分析,破解稗草的“伪装术密码”。

  研究发现,长得像水稻的稗草是从“不像”的祖先演化而来。大约 1000 年前的宋朝,人口激增,南方水稻成为主粮,精耕细作下,人类对田间杂草的拔除,对稗草施加了选择压力,无意识地让控制稗草株型的基因被定向保留。

【大国粮策】为了活下去,杂草“伪装”成了水稻?

  不过,水稻和稗草只是假“兄弟”,真正和稗草有“血缘”的真“兄弟”叫栽培稗,二者在分类学上是同一个物种,属于不同变种,区别在于栽培稗是万年前就被人类当作粮食种植的作物。

【大国粮策】为了活下去,杂草“伪装”成了水稻?

  类似的“兄弟”关系还有狗尾草与谷子(小米)、玉米地杂草马唐与福尼奥小米等等。这些作物都有共同特征:营养价值高,同时保留了杂草的一些优势,如耐旱、耐高温、耐贫瘠等,都是很能适应环境的“特种兵”。

【大国粮策】为了活下去,杂草“伪装”成了水稻?

  为什么要弄清杂草和作物之间的关系呢?主要目的有三个:一是更好防控杂草,让其无所遁形;二是更好利用,通过弄清杂草性状背后机理,培养水肥利用效率更高、抗逆性更强的作物良种;三是对杂草的亲“兄弟”作物进行更好地再驯化、培育与推广,让更多贫瘠地、盐碱地能种上作物。这些研究不仅能回答有趣又重要的科学问题,还能为作物产业问题提供重要帮助。

  自从十余年前加入浙江大学作物学科,叶楚玉和同事们就致力于利用基因组大数据这把“金钥匙”,解读生命的奥秘,为推动作物学科发展,培育更好的种子、端牢中国饭碗,贡献智慧和力量。

【大国粮策】为了活下去,杂草“伪装”成了水稻?

  从这个研究故事可见,现代农学早已不是“面朝黄土背朝天”的老模样,它融合了基因组学、大数据分析等前沿科技,是一门充满智慧与趣味的科学。叶楚玉由衷希望,能有更多年轻的“种子选手”加入农学行列。

  作者:叶楚玉 浙江大学农业与生物技术学院教授、博士生导师

  策划统筹:宋雅娟 武玥彤

  编辑整理:李欣哲 林佳欣

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[ 责编:谢芸 ]
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