杂草、水稻傻傻分不清 这场谍战已经打了千年


左边为水稻幼苗；中间和右边为稗草幼苗。

现在的女孩子，为了减肥，已经到了谈白米饭色变的地步。

但你知道，一碗白米饭来的有多不容易吗？

今天，我们来讲田间的一场谍战——为了活下来，水稻有多努力，杂草也有多努力。

它，就是稗(读bai)草，稻田间头号杂草。浙大樊龙江教授团队就找到了稗草与水稻相争的“秘密武器”，它能分泌一种叫丁布的次生代谢产物，可以明显抑制水稻生长。

为了避免人类的“驱逐”，樊教授团队最新发现，稗草还有更厉害的技能，它竟学会了“乔装术”，从原来松垮贴地的懒样子，进化出今天亭亭玉立的模样，与水稻越长越像。

这篇关于“稻田水浅，江湖水深”的论文，于2019年9月16日发表于《自然·生态与进化》杂志。

田间模仿秀它是冠军

在稻田中，稗草居15种恶性杂草之首，是农民喷施除草剂最主要的目标。

“如果不用除草剂，农民都不知道怎么种地了。”这种说法还真不是太夸张，如果不想办法除掉它，两个月后的丰收季节，整片稻田都要被稗草承包了。

其实，从亲缘关系看，稗草与小麦、玉米的关系更近。但不知从什么时候起，稗草却和水稻伴生在一起了，而且在外形、生长期和营养的需求上，与水稻越来越接近。

研究人员对从我国长江流域的稻田及周边采集到的328份稗草，进行了研究。从外形上看，水田的稗草与旱地的稗草有着明显差异：旱地稗草长相比较随机，大多数稗草趴地横长，茎基部呈现红色，完全不像水稻；而水田间的稗草就很有“稻”样，特别是在苗期，它们有模有样地收起了分蘖（读作niè）和叶子的夹角，和水稻一样向上生长。

第一个注意到稗草高明“乔装术”的，是前苏联著名植物学家瓦维诺夫。上世纪30年代，他从进化角度提出一个观点：农田杂草与作物相像，是杂草适应性进化的产物，就是为了躲避农民拔除。

由于缺乏实验证据，学术界对这一观点一直存在争议。“我们对这328份样本进行了基因组重测序，”樊龙江说，“人类行为加速了稗草的进化，无意中产生了类似驯化的选择效应。”

相对于动物拟态，科学界对于作物拟态尚无定论，樊龙江团队第一次从基因组学研究角度，证实了作物拟态的存在。

被人类逼出“稻”样

樊龙江介绍，通过全基因组遗传变异分析，发现328份稗草材料可以明显分为3个组——拟态组、非拟态组及中间类型。

与非拟态稗草组相比，拟态稗草的遗传多态性降低，“这表明稗草在拟态过程中受到了定向选择。”樊龙江说。

“稗草拟态水稻是被迫的。”樊龙江介绍，团队通过群体进化分析表明，长江流域拟态稗草起源于非拟态稗草，大约发生在1000年前的宋朝。

“当时正处在人口激增、南方水稻替代麦类作物成为主粮的转型时期。可能正是在那一时期，人们开始实施水稻的精耕细作，拔除田间杂草。”

樊龙江举了一些从宋朝农书和诗词中找到的证据：比如朱熹《劝农书》中记载“禾苗既长, 稗草亦生, 须是放干田水, 仔细辨认, 逐一拔出, 踏在泥里, 以培禾根”；方回诗词中则有“农田插秧秧绿时，稻中有稗农未知。稻苗欲秀稗先出，拔稗饲牛唯恐迟”。

稗草为了逃过人类的拔除，不得不快速进化，让自己长得更像水稻，体内像水稻的基因也得以保留下来。

比如一个叫“LAZY1”的基因，这是一个植物感知并响应重力的关键基因，可以调控作物的分蘖角度。研究发现，在有拟态现象的稗草中，相关同源基因多态性降低，出现了高度一致，显示出被进化选择的痕迹。

这项研究首次解析了植物拟态进化分子机制，在进化生物学上具有重要意义。此外，研究结果为解析农田杂草起源与控制、株型相关基因挖掘与利用等方面也提供给了研究线索。（记者 章咪佳 通讯员 周炜）

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