北京
今天是世界豆类日，联合国粮农组织确定的主题是“豆类：为农业食品系统增添多样性”。豆类作为重要的农作物，不仅为人类提供了丰富的营养，还在可持续农业发展中发挥着关键作用。而大豆，作为豆类家族的重要成员，其驯化历史和基因奥秘更是引人入胜。本文将带您了解大豆从野生到栽培的驯化过程，揭示大豆豆荚颜色变化背后的基因密码，以及这些变化如何影响大豆的产量和适应性。
大豆，豆科大豆属栽培种，为一年生草本植物，根据其种皮的颜色，可分为黄豆、青豆、黑豆等。大豆原产于中国，走进山野，你或许能在田边、河岸、草丛等处发现野生大豆，但和现在的栽培大豆比起来，这些野生大豆的样貌可是有点不同。
（图源《知识就是力量》杂志）
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五颜六色的“外衣”
海南省三亚市，野生大豆（前）和栽培大豆（后）在试验田的生长表现，野生大豆为蔓生，需要为它们搭起架子（供图 / 李艳妃）
我们勤劳、智慧的祖先们根据实际需求对野生大豆进行长期定向选择，不断选择拥有籽粒更大、炸荚率更低、产量更高等优点的大豆进行培育，改良形成了如今广泛种植在田间地头的栽培大豆。这些因人类不断筛选而呈现在作物身上的共同特征被称作“驯化综合征”，而大豆身上最典型的驯化综合征之一是它的豆荚颜色。
我们现在常见的栽培大豆豆荚通常呈褐色或浅褐色，而野生大豆的豆荚却是黑色的。看似是一个小小的差别，背后却藏着野生大豆的“生存秘籍”。
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大豆也懂“黑色吸热”
栽培大豆
豆荚主要颜色（供图 / 李艳妃）
炸荚，也称裂荚，是影响大豆产量的重要因素。许多豆科植物成熟后都会炸开豆荚，然后就像抛铅球一样，将其中的种子尽可能“弹射”到远的地方，以扩大后代的生存范围，增加其存活率。
通过田间试验发现，相比于浅褐色豆荚，黑色豆荚的炸荚率更高。进一步使用热红外测温成像仪，分别在自然和模拟太阳光照的环境下对两种颜色豆荚的温度变化进行测量，发现在模拟太阳光的照射下，黑色豆荚最高温度可达62摄氏度左右，而浅褐色豆荚最高温度仅为52摄氏度左右，二者相差近10摄氏度。
这说明，豆荚能够感知光温，黑色豆荚的光热转化效率更高，在光照下拥有更高的表面温度和更强烈的豆荚里外温度变化，更易发生炸荚现象，以满足自然条件下自身的繁殖需求。
成熟后的黑色豆荚（左）和浅褐色豆荚（右）在阳光下的炸荚率不同（供图 / 李艳妃）
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为大豆“挑衣服”的基因
科研人员利用图位克隆（一种基因定位克隆的方法，可以用来确定和分离目标基因）等技术，成功鉴定了一个调控大豆豆荚着色的关键因子——L1基因。该基因在黑色大豆豆荚中特异性高表达（可理解为显性基因），并能够编码一种豆科特异的L1蛋白。
光照下黑色豆荚和浅褐色豆荚的温度差异（供图/李艳妃）
经研究发现，这种蛋白可以在反应后生成红果酸（存在于蓝莓等植物中，是一种强抗氧化剂）和番石榴酸（又称红葡萄酸，具有一定生物活性），这两种化合物会进一步被氧化或与其他物质发生聚合反应，逐渐加深大豆豆荚颜色。不仅如此，化合物反应还会使大豆种皮出现不规则的色素沉着，为种子提供“伪装”，减少被觅食者发现的风险。
光照下黑色豆荚和浅褐色豆荚的温度差异（供图/李艳妃）
L1基因提高了野生大豆的环境适应性，却会降低栽培大豆的产量，斑驳的种子外皮也影响外观和经济品质。因此，在大豆驯化过程中，人们有意识地筛选豆荚颜色更浅的大豆，L1基因正在逐渐被淘汰。未来，基于基因编辑技术，我们可以通过敲除该基因进一步改良深色豆荚的大豆品种，降低炸荚率，实现大豆产量的再提高。
基因是大自然的“魔力”。在漫长的演化过程中，物种通过选择自己的性状，以适应外界不断变化的生存环境；人们也不断选择物种的性状，让它们更适合我们的生产、生活。基因正在不断为我们打开新的大门。
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撰文 | 李艳妃
责任编辑 | 牛一名 张丽涵
运营编辑 | 张丽涵
质量审核 | 业蕾
❖ 来源：《知识就是力量》杂志
《打开大豆的“衣柜”》❖
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