饭碗里的科学之光

2024年9月29日是第5个国际粮食损失和浪费问题宣传日，主题为“气候融资以减少粮食损失和浪费”。该活动呼吁整个食品系统的公共和私营实体以及消费者团结起来，减少粮食损失和浪费！

稻田（图源：《知识就是力量》杂志）

从8000年前至今，水稻从始至终都是人类赖以为生的主要粮食作物。能否清晰认识水稻，不仅关系到我们的饭碗，还关系到人类的未来，中国的杂交水稻给世界农业带来希望。

从水稻身上，我们也学到越来越多植物生存的奥义，其实，科学就在我们的身边，就在我们面前的饭碗里。

守在稻穗上

水稻变粮食

人类栽培的水稻有两个种，分别是非洲栽培稻和亚洲栽培稻。非洲栽培稻的种植面积很小，仅在非洲分布。而亚洲栽培稻的种植区域遍布五大洲，以亚洲种植最为集中。

虽然不同品种的大米，口感、味道都有所不同，但在绝大多数情况下，我们吃到的米饭都是由“亚洲栽培稻”提供的。当然，如果你有机会深入非洲，还有可能吃到它的兄弟——“非洲栽培稻”的籽粒。不过，后者的产量和种植面积都不及前者。

如今，亚洲栽培稻大有一统江湖之势。水稻之所以能成为我们的粮食，是因为掌管籽粒脱落的基因出现了问题，它们失去散播种子的能力。所有的籽粒都只能乖乖地守在稻穗上，等待农民伯伯去收割。

水稻的生长过程示意图

（图源：《知识就是力量》杂志）

通常来说，植物的种子在成熟之后就会脱离母体去寻找新的生活区域，禾草类植物的种子更是如此，它们随时成熟随时掉落。野生植物妈妈们都在费尽心思传播自己的种子，野生稻也不例外。

它们的种子成熟时便自动脱落，顺着水流漂荡到很远的地方开疆拓土。这显然不是人类喜欢的特性，在长期的采集过程中，一些谷粒愿意留在枝头的水稻被我们的祖先注意到，从此开始从选择落粒性降低的角度对水稻进行驯化的过程。

研究人员使用了一种巧妙的寻找落粒抑制突变体的方法，来发现新的水稻落粒调控基因，并同时与已知的落粒调控基因联系起来。人类对于水稻落粒基因有新的认识，而这是类似的基因突变，让谷粒留在了稻穗之上，也最终留住了人类，让人类成为这些植物的服务供应商。

基因缺陷成优势

说到中国水稻就不能不提杂交水稻，说到杂交水稻，就不能不提袁隆平院士。袁隆平毕业之后就一直在从事水稻的育种工作。这项工作看起来简单，就是从稻田中选出那些谷粒大、穗子长、抗病虫的稻谷保存下来。

杂交水稻之父袁隆平

（图源：《知识就是力量》杂志）

待来年开春，再把这些谷粒播种下去，就能得到更多更优质的稻谷了。但是，这个过程漫长而枯燥，很可能有好多年都不会出现优质的种子。有的人可能会问，把那些长得好的水稻进行杂交，不就能得到更好的种子了吗？这话说得没错，并且从很早之前开始，这个手段已经被运用在西瓜、西红柿等的农作物身上了。

2010年，来自以色列希伯来大学和美国冷泉港实验室的研究人员，在英国《自然》杂志上发表的一项研究。科学家通过实验发现，让杂交产量大增的原因，竟然是一个本该促使西红柿开花的基因失去了作用，而这种有“缺陷”的个体会长出更茂盛的枝叶。当这些“缺陷”个体跟正常个体杂交时，茂盛生长和结果这两组基因就结合在了一起。于是，杂交个体便具有了高产特性。

实现杂交有难度

水稻的杂交并不容易实现。水稻的雌蕊和雄蕊是同时成熟的，一旦开花，所有的雌蕊都会被自家雄蕊产生的花粉占领。根本轮不到人们把外来的花粉送上去，也就不可能出现杂交的个体了。然而功夫不负有心人，袁隆平在稻田中发现了一株稻穗特别壮硕的水稻。

每个稻穗上都有上百朵小花

（图源：《知识就是力量》杂志）

他把这个稻穗细心收好，播种到田里，发现种出的水稻全然不像它们的父辈那样健壮，不仅稻杆高高矮矮差异明显 ，连谷穗也是大大小小各不相同。这样的天然杂交个体出现的概率实在是太低了，在自然传粉的情况下，水稻的异花授粉比率低于5%。

那么，怎样才能高效地制造出杂交水稻的种子呢？可能有人会说，直接把一些水稻花的雄蕊去掉，用其他花朵给它们授粉不就好了。如果你见过水稻开花，就会发现这个做法并不可行，每个稻穗上都有上百朵小花，每朵小花有6个雄蕊，想要把这些雄蕊挑拣干净，简直是不可能完成的任务。

稻米结构图（图源：《知识就是力量》杂志）

水稻育种就此进入死胡同了吗？袁隆平想到了另一条路——去寻找那些雄蕊本来就不发育的水稻个体，在接受了正常水稻花粉之后，这些雄性不育的水稻结出了谷穗，并且它们的后代里面也有雄蕊不发育的个体。1966年，这项研究发现发表在了学术期刊上，但是当时并没有引起大家的关注。

这些杂交后代，并没有如大家想象的那样长得更高更壮。于是，社会上出现了“杂交无用论”的争议。为什么杂交后的水稻没有优势呢？这主要是因为，这些栽培的雄性不育水稻同其他水稻的关系太亲近了。就如同动物界的近亲繁殖，有很大的可能会生下有缺陷的后代一样，这些关系亲近的水稻一样不会有什么太好的结果。

不过，故事并没有就此结束。在海南发现的一株雄性不育的野生稻，拯救了杂交水稻事业。在引入这株名为“野败”的水稻个体之后，整个杂交水稻的道路被打通了。在此后的1976年，全国推广杂交水稻208万亩，增产幅度普遍在20%以上。中国的粮食产量达到了划时代的高度。中国的杂交水稻成为世界农业史上一个重要的里程碑。

糙米不“糙”

随着生活水平的提升，人们越来越关注饮食健康，并把注意力放在糙米身上。越来越多的人开始吃全麦面包和糙米，希望从这些食物中获得更多的营养。那么，究竟什么是糙米呢？

糙米（图源：《知识就是力量》杂志）

要找一个完整的水稻籽粒，其实也不难，超市和菜市场里出售的紫米就是完整的水稻籽粒。我们喝紫米粥的时候，会感觉到紫米有个稍硬的外壳，那就是水稻的果皮和种皮结合体。

包括水稻在内的所有禾本科植物的果实的种皮和果皮都是合在一起的，我们根本没办法把它们剥开，这样的果子叫颖果。因此，水稻籽粒的外皮我们也可以叫果皮，也可以叫种皮，但是都不准确。

因为给紫米上色的花青素都分布在果皮上，所以我们吃紫米的时候都是带皮吃的。如果把这层皮脱掉，那紫米就和普通的大米没什么两样了。当我们尝试着把紫米粒用水稍稍浸湿，耐心地把这层外皮剥掉，在米粒的一端就会发现一个颜色有差别的乳白色白点，那才是水稻籽粒真正的核心——胚，它们将来会长成水稻的身体。

果皮和胚都会影响人们的口感，所以人们在加工稻米的时候把它们都去掉了。因此，我们吃的都是精米。现在有人又说我们该吃点糙米了，因为果皮上富含维生素，更有助于人体的健康，即便糙米口感不佳，但也正在被更多人所接受。

撰文 | 史军

责任编辑 | 黄盈盈、段阳阳

运营编辑 | 段阳阳

质量审核 | 业蕾

❖ 文章来源：《知识就是力量》杂志

《水稻：饭碗里的科学之光》 ❖

现订购2024年

限时288元