飯碗裡的科學之光
2024年9月29日是第5個國際糧食損失和浪費問題宣傳日，主題爲“氣候融資以減少糧食損失和浪費”。該活動呼籲整個食品系統的公共和私營實體以及消費者團結起來，減少糧食損失和浪費！
稻田（圖源：《知識就是力量》雜誌）
從8000年前至今，水稻從始至終都是人類賴以爲生的主要糧食作物。能否清晰認識水稻，不僅關係到我們的飯碗，還關係到人類的未來，中國的雜交水稻給世界農業帶來希望。
從水稻身上，我們也學到越來越多植物生存的奧義，其實，科學就在我們的身邊，就在我們面前的飯碗裡。
守在稻穗上
水稻變糧食
人類栽培的水稻有兩個種，分別是非洲栽培稻和亞洲栽培稻。非洲栽培稻的種植面積很小，僅在非洲分佈。而亞洲栽培稻的種植區域遍佈五大洲，以亞洲種植最爲集中。
雖然不同品種的大米，口感、味道都有所不同，但在絕大多數情況下，我們吃到的米飯都是由“亞洲栽培稻”提供的。當然，如果你有機會深入非洲，還有可能吃到它的兄弟——“非洲栽培稻”的籽粒。不過，後者的產量和種植面積都不及前者。
如今，亞洲栽培稻大有一統江湖之勢。水稻之所以能成爲我們的糧食，是因爲掌管籽粒脫落的基因出現了問題，它們失去散播種子的能力。所有的籽粒都只能乖乖地守在稻穗上，等待農民伯伯去收割。
水稻的生長過程示意圖
（圖源：《知識就是力量》雜誌）
通常來說，植物的種子在成熟之後就會脫離母體去尋找新的生活區域，禾草類植物的種子更是如此，它們隨時成熟隨時掉落。野生植物媽媽們都在費盡心思傳播自己的種子，野生稻也不例外。
它們的種子成熟時便自動脫落，順着水流漂盪到很遠的地方開疆拓土。這顯然不是人類喜歡的特性，在長期的採集過程中，一些穀粒願意留在枝頭的水稻被我們的祖先注意到，從此開始從選擇落粒性降低的角度對水稻進行馴化的過程。
研究人員使用了一種巧妙的尋找落粒抑制突變體的方法，來發現新的水稻落粒調控基因，並同時與已知的落粒調控基因聯繫起來。人類對於水稻落粒基因有新的認識，而這是類似的基因突變，讓穀粒留在了稻穗之上，也最終留住了人類，讓人類成爲這些植物的服務供應商。
基因缺陷成優勢
說到中國水稻就不能不提雜交水稻，說到雜交水稻，就不能不提袁隆平院士。袁隆平畢業之後就一直在從事水稻的育種工作。這項工作看起來簡單，就是從稻田中選出那些穀粒大、穗子長、抗病蟲的稻穀保存下來。
雜交水稻之父袁隆平
（圖源：《知識就是力量》雜誌）
待來年開春，再把這些穀粒播種下去，就能得到更多更優質的稻穀了。但是，這個過程漫長而枯燥，很可能有好多年都不會出現優質的種子。有的人可能會問，把那些長得好的水稻進行雜交，不就能得到更好的種子了嗎？這話說得沒錯，並且從很早之前開始，這個手段已經被運用在西瓜、西紅柿等的農作物身上了。
2010年，來自以色列希伯來大學和美國冷泉港實驗室的研究人員，在英國《自然》雜誌上發表的一項研究。科學家通過實驗發現，讓雜交產量大增的原因，竟然是一個本該促使西紅柿開花的基因失去了作用，而這種有“缺陷”的個體會長出更茂盛的枝葉。當這些“缺陷”個體跟正常個體雜交時，茂盛生長和結果這兩組基因就結合在了一起。於是，雜交個體便具有了高產特性。
實現雜交有難度
水稻的雜交併不容易實現。水稻的雌蕊和雄蕊是同時成熟的，一旦開花，所有的雌蕊都會被自家雄蕊產生的花粉佔領。根本輪不到人們把外來的花粉送上去，也就不可能出現雜交的個體了。然而功夫不負有心人，袁隆平在稻田中發現了一株稻穗特別壯碩的水稻。
每個稻穗上都有上百朵小花
（圖源：《知識就是力量》雜誌）
他把這個稻穗細心收好，播種到田裡，發現種出的水稻全然不像它們的父輩那樣健壯，不僅稻杆高高矮矮差異明顯 ，連穀穗也是大大小小各不相同。這樣的天然雜交個體出現的概率實在是太低了，在自然傳粉的情況下，水稻的異花授粉比率低於5%。
那麼，怎樣才能高效地製造出雜交水稻的種子呢？可能有人會說，直接把一些水稻花的雄蕊去掉，用其他花朵給它們授粉不就好了。如果你見過水稻開花，就會發現這個做法並不可行，每個稻穗上都有上百朵小花，每朵小花有6個雄蕊，想要把這些雄蕊挑揀乾淨，簡直是不可能完成的任務。
稻米結構圖（圖源：《知識就是力量》雜誌）
水稻育種就此進入死衚衕了嗎？袁隆平想到了另一條路——去尋找那些雄蕊本來就不發育的水稻個體，在接受了正常水稻花粉之後，這些雄性不育的水稻結出了穀穗，並且它們的後代裡面也有雄蕊不發育的個體。1966年，這項研究發現發表在了學術期刊上，但是當時並沒有引起大家的關注。
這些雜交後代，並沒有如大家想象的那樣長得更高更壯。於是，社會上出現了“雜交無用論”的爭議。爲什麼雜交後的水稻沒有優勢呢？這主要是因爲，這些栽培的雄性不育水稻同其他水稻的關係太親近了。就如同動物界的近親繁殖，有很大的可能會生下有缺陷的後代一樣，這些關係親近的水稻一樣不會有什麼太好的結果。
不過，故事並沒有就此結束。在海南發現的一株雄性不育的野生稻，拯救了雜交水稻事業。在引入這株名爲“野敗”的水稻個體之後，整個雜交水稻的道路被打通了。在此後的1976年，全國推廣雜交水稻208萬畝，增產幅度普遍在20%以上。中國的糧食產量達到了劃時代的高度。中國的雜交水稻成爲世界農業史上一個重要的里程碑。
糙米不“糙”
隨着生活水平的提升，人們越來越關注飲食健康，並把注意力放在糙米身上。越來越多的人開始吃全麥麪包和糙米，希望從這些食物中獲得更多的營養。那麼，究竟什麼是糙米呢？
糙米（圖源：《知識就是力量》雜誌）
要找一個完整的水稻籽粒，其實也不難，超市和菜市場裡出售的紫米就是完整的水稻籽粒。我們喝紫米粥的時候，會感覺到紫米有個稍硬的外殼，那就是水稻的果皮和種皮結合體。
包括水稻在內的所有禾本科植物的果實的種皮和果皮都是合在一起的，我們根本沒辦法把它們剝開，這樣的果子叫穎果。因此，水稻籽粒的外皮我們也可以叫果皮，也可以叫種皮，但是都不準確。
因爲給紫米上色的花青素都分佈在果皮上，所以我們吃紫米的時候都是帶皮吃的。如果把這層皮脫掉，那紫米就和普通的大米沒什麼兩樣了。當我們嘗試着把紫米粒用水稍稍浸溼，耐心地把這層外皮剝掉，在米粒的一端就會發現一個顏色有差別的乳白色白點，那纔是水稻籽粒真正的核心——胚，它們將來會長成水稻的身體。
果皮和胚都會影響人們的口感，所以人們在加工稻米的時候把它們都去掉了。因此，我們吃的都是精米。現在有人又說我們該吃點糙米了，因爲果皮上富含維生素，更有助於人體的健康，即便糙米口感不佳，但也正在被更多人所接受。
撰文 | 史軍
責任編輯 | 黃盈盈、段陽陽
運營編輯 | 段陽陽
質量審覈 | 業蕾
❖ 文章來源：《知識就是力量》雜誌
《水稻：飯碗裡的科學之光》 ❖
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