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“菰米似故乡” 新研究揭开中国菰和水稻基因组的秘密

作者:网友投稿 发布时间:2022-01-14 21:55 浏览:

原标题:“菰米似故乡” 新研究揭开中国菰和水稻基因组的秘密

2020年4月,新冠疫情刚刚暴发不久,一位在意大利米兰留学的中国留学生,收到了来自中国大使馆的健康包,健康包上有一张白纸,写着一句小诗“细理游子绪,菰米似故乡”,拨动了每一位中华儿女的心弦。

这种“似故乡”的菰米,究竟是什么?大多数人对这个名词并不熟悉,但一定熟悉它的另外一个名字,茭白。作为水生蔬菜的茭白,其实就是菰受到茭白黑粉菌侵染后形成的膨大茎。

在漫长的历史中,菰曾经作为粮食,也曾作为蔬菜。它是如何演变的?近日,一项来自中国农业科学院烟草研究所(暨青岛特种作物研究中心)的研究,揭开了这一秘密。

群体状态的菰。受访者供图

群体状态的菰。受访者供图

从主食到蔬菜,中国菰的命运演变

菰属于禾本科稻族菰属,是与水稻属亲缘关系中,除假稻属外,和水稻最近的一个重要作物。

烟草所副研究员闫宁告诉记者,菰属植物有4个种,有北美的水生菰、沼生菰和得克萨斯菰,而原产于中国的菰,被称为中国菰。中国菰在中国各地,尤其是长江和淮河流域的湖泊、河流、沟渠、池塘中都有分布,在历史上,也曾流传到日本、韩国、印度和东南亚中南半岛等。

菰米是菰的颖果,也就是菰的种子。中国人食用菰米的历史,可以追溯到3000年前的周代。《周礼》中载,“凡王之馈,食用六榖”,郑玄注“六榖:稌、黍、稷、梁、麦、菰。菰,雕胡也。”

生长在田里的菰。受访者供图

生长在田里的菰。受访者供图

作为古代“六谷”之一的菰,出现在许多传说和诗文中,闫宁告诉记者,传说韩信落魄时,曾受漂母一饭之恩,漂母给韩信的,就是菰米的饭团。李白曾夜宿山下,受田家赠饭,李白曾写诗为记,诗中说“跪进雕胡饭,月光明素盘。”雕胡饭,即菰米饭。此外,战国时宋玉、唐代王维、宋代陆游等,都有关于菰米饭的诗歌流传。

唐宋以后,菰米渐渐从中国人的饭桌上隐退,相应的,菰的膨大茎茭白,越来越多被人们当做蔬菜食用。

全球营养谷物,国外已有成熟产业

菰米是一种有色的全谷物,它的种皮和内部的胚乳、胚等是一体的,不能像水稻那样去除种皮后做成精米。也正因如此,它具有极高的营养价值,在古代,也常被认为是美食。同时也被作为药材使用,《本草纲目》中记载,菰米曾被作为治疗消渴症(糖尿病)和胃肠疾病的药物。

据中国农业科学院烟草研究所张忠锋所长介绍,菰米是一种高蛋白、低脂的健康食品。菰米的食物血糖生成指数较低、蛋白质功效比值高、氨基酸组成合理,且富含膳食纤维、维生素和矿物质。除营养物质,菰米还含有丰富的生物活性物质,包括植物甾醇、γ-谷维素、γ-氨基丁酸和酚类化合物等。其中,酚类化合物主要包括酚酸和类黄酮,与抗氧化活性密切相关。

近年来,烟草所进行了中国菰米抗氧化酚类化合物的富集纯化、结构鉴定及其绿色提取技术研究,发现中国菰米具有抗氧化和降糖降脂活性;阐明了中国菰米和北美菰米生物活性物质组成类型与含量以及中国菰米酚类化合物含量及其活性优于稻米的机制;通过饲喂试验发现,中国菰米具有调节高脂膳食小鼠肠道菌群以及改善其脂肪肝变性、炎症反应和胰岛素抵抗等方面的保健作用。

事实上,在北美,菰的另一个原生地,菰米已经有了较为成熟的产业链条,有北美菰米被作为健康食品销售,当前价格换算人民币,每斤在70-80元左右,价格很高,利润很丰富。

相较北美菰米,中国菰米的品质更高,其口感、抗氧化能力等更优。因此,开发中国菰的产业,不论是对丰富市场产品、推广健康饮食,还是对提高种植者收入,都有广阔的前景。

不过,菰米的产业化,存在必须克服的困难。事实上,菰米在历史上退出主要粮食的舞台,也是因为它本身的特点所致。尽管有数千年的食用历史,但菰一直是一种野生植物。首先,它的产量很低,野生状态下,亩产只有10多斤,在南方农业大开发人口膨胀的唐宋时代,逐渐被产量更高的水稻替代,也是必然的趋势。其次,它有很强的落粒性,成熟的籽粒很容易脱落,这对植物本身是有好处的,防止鸟把种子吃光。但对人类来说,落粒性强就不利于菰米的收获。

科学技术发展,揭开菰米的秘密

作为特种作物的研究者,闫宁和他所在的团队,在多年研究中,发现菰米的价值,同时也在不断寻找克服菰米落粒性的方法。

2022年1月11日,中国农业科学院烟草研究所烟草功能成分与综合利用创新团队与中国水稻研究所、深圳农业基因组研究所等单位联合,完成了首个中国菰染色体水平基因组组装,并通过共线性分析和转录组测序鉴定到中国菰落粒性相关基因。相关研究成果发表在《自然》旗下期刊《通信生物学(Communications Biology)》上。

通过基因组分析发现,中国菰与假稻和稻属植物亲缘关系更近,大约在1900万年前到3100万年前分化。

菰的种子。受访者供图

菰的种子。受访者供图

研究还发现,中国菰和水稻基因组之间存在显著的共线性,而通过与水稻落粒性基因共线性分析,鉴定出中国菰落粒性相关基因,并分析了这些基因在离层形成和降解过程中的表达特性。

这意味着,中国菰落粒性强的原因被找到了,这为以后中国菰的驯化和改良,提供了基础支持。随后,将综合运用化学诱变和基因编辑等技术手段集中攻关,创制出不落粒或落粒性削弱的菰米。

随着人口的增加和可耕土地的相对减少,粮食的产量已经受到世界各国的关注。菰主要生长在湖泊和湿地中,具有不与粮争地的先天优势。近年来,烟草所系统开展了中国菰落粒性改良、菰米功能成分研究和功能产品开发工作。张忠锋所长介绍说,菰米系列研究工作对保障粮食安全和建设健康中国具有积极意义。

关键词: 中国 历史 水稻