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時間:2019-06-14 19:59:23  來源:澳門威尼斯官網中國社會科學網   作者:威尼斯官網  編輯:李婧  浏覽量:

大豆是世界上重要的經濟作物和糧食作物之一。由于其高蛋白質和高脂肪含量,它是谷物,油和飼料的來源。在植物分類學中,大豆屬包括兩種物種,野生大豆和栽培大豆。野生大豆與栽培大豆的野生祖先密切相關,主要分布在中國,朝鮮半島,日本列島和俄羅斯遠東地區。細胞生物學和分子生物學證據都支持通過自然和人工選擇将野生大豆進化為栽培大豆。

野生大豆和栽培大豆的遺傳序列的比較分析表明,大豆的栽培曆史非常複雜。黃河中下遊一直被認為是大豆的起源之一。最早的大豆屬仍然存在于新石器時代的早期(從9000年到7500年前)。最近,在龍山時代(45-4000年前),它已經開始從大小到大小群體的區别,這表明野生大豆和栽培大豆共存。

從考古資料來看,除了新石器時代早期碳化大豆的遺存外,還有小米,苜蓿和大米等栽培作物,這些作物與陶器,房屋,灰坑和其他文物一起指向相對穩定的定居生活。此時,碳化大豆仍然存在,發掘的頻率很高,據推測古人已開始幹預野生大豆的栖息地,并導緻早期野生大豆的一些特定性狀變化,但未反映出來在大小。顯然,人工栽培早期大豆粒徑變化非常模糊,大粒性狀的變化僅發生在馴化後期。在沒有古代DNA數據支持的情況下,難以從考古材料中識别出其他與栽培有關的特征,例如豆莢的開裂程度和谷粒的硬度。

使用QTL和GWAS等技術進行的遺傳研究可以探索大豆脂肪和蛋白質含量的變化。就種子本身而言,進化程度低,野生大豆的野生大豆蛋白質含量高。大豆的蛋白質含量與100粒重和脂肪含量呈負相關。随着X-CT高精度無損掃描技術的引入,我們可以仔細觀察和測量碳化大豆種子的内部結構。碳化大豆中存在不同的孔結構。這些毛孔能否與種子的組成有關,從而成為大豆起源研究的新突破?

沿着這一思路,澳門威尼斯官網的研究團隊使用同步輻射X射線顯微鏡來測量和重建現代和古代碳化大豆的孔隙結構。實驗結果表明,碳化大豆的孔結構獨特,與油滴密切相關。油滴沿着子葉流動并聚合成大的油滴。碳化後,大油滴消失,最終在碳化種子内形成孔結構。在測量的蛋白質和脂肪含量的現代樣品的三次碳化之後收集的數據顯示蛋白質和油的總含量與碳化大豆孔的數量之間的線性對應關系。高油可能會導緻形成更小的毛孔;相反,高蛋白質導緻更大的毛孔。

将這種相關性應用于黃河中下遊四個地點出土的七個考古樣本(如圖),每個種子的孔隙分布反映在孔隙體積比(縱軸)及其數量順序(水平)軸)。孔體積比是指孔體積除以種子體積;數量排序,即每個大豆的孔被逐一分類。每條曲線代表大豆,曲線上的點代表孔。

如圖所示,大豆的含油量趨于随時間增加。三個現代樣本和考古樣本S1(唐代,西津城)和S4(龍山,集集)被稱為第1組,其孔容分布顯着高于其他樣本。 S2-S3(商代,大新莊),S5-S6(龍山文化,西津城)和S7(後李文化,嶽莊),被稱為第2組,孔隙體積分布較低。淺色空白區域明顯将第1組和第2組分為兩個時代。兩者之間的時間差距超過2000年(S4除外),油含量增加更多(右曲線更加不同),表明含油量。改善是顯而易見的。

大新莊遺址中商業化碳化大豆的大小可分為小組和大組,或針對野生種和品種的分化。我們比較了從大新莊遺址出土的大小樣品S2和S3,看大豆内部組成的差異與大小之間是否存在對應關系。 S2和S3之間的大小差異是顯而易見的。據推測,S2是栽培品種,S3是野生種。從CT掃描結果來看,S3的油含量低于S2,蛋白質含量高于S2。 S2具有比S3更高的油含量和比S3更低的蛋白質含量。該結果支持S2品種和S3作為野生物種的判斷。成分分析與尺寸判斷結果一緻。

樣品S5和S6是西晉城遺址的龍山時代的遺迹。這兩個人都比較大,甚至比大新莊的尚信樣本還要大。根據李偉等人的統計,碳化大豆的長度和寬度值具有很強的線性相關性。因此,長度值是大小的鍵值。據此,S5個體大于S6。盡管在20-60的範圍内沒有清楚地區分孔數(橫軸),但在序号80之後,S5樣品中存在更多的小孔。這意味着S5比S6更油膩。成分分析與尺寸判斷的結果一緻。此外,最早的後李文化樣本S7,其含油量甚至高于現代野生大豆。

這表明,選擇在黃河中下遊種植大豆的祖先的曆史至少發生在7500年前,更傾向于選擇脂肪含量高的個體。這一發現彌補了人類對野生大豆的早期幹預,這是以前的尺度分析無法觀察到的。它還部分回答了李偉等人揭示的日本大豆(5000年前)的出現時間。一個問題。這項研究表明同步輻射X-CT在探索作物馴化方面的巨大潛力。

作者:威尼斯官網威尼斯官網澳門威尼斯官網文化遺産研究所)