農業革命的根源：探索作物馴化（crop domestication）的科學和影響

 

圖片來源：The Plant Cell

提到作物馴化，你想到什麼呢？

作物馴化是一個關於人類如何選擇和培育植物以滿足飲食和農業需求的故事，它不僅是改變植物某些特徵（如更大的果實或種子，以及更高的產量）使其更適合人類消費而已，還涉及到植物與環境的互動，以及這些互動如何隨著時間而演變。

研究團隊分析了203種已馴化的作物，包括穀物、果樹、塊根作物和葉菜類等。這項分析發現了作物馴化特徵在不同種類的作物中的變異性，這些變異性取決於作物的生物學特性、人類利用植物的部分以及當地的氣候條件。

作物馴化的影響可以從三方面來看。

第一，在馴化性狀和症候群上，可以看到作物在馴化過程中常見的物理特徵變化，如種子不脫落和植物結構的變化，這些變化使作物更易於人工收穫和栽培。

作物馴化過程中最常被應用並選擇改進的部位包括種子、根、葉、果實等。許多穀物作物如水稻、小麥和玉米等，都表現出增加種子大小和非脫粒性的特徵，這有利於收穫和儲存；在一些根莖類作物如甘藷和木薯等，選擇了增加儲藏根的大小和澱粉含量，使其更適合食用或加工；而甘藍和菠菜等葉菜類作物，經常選擇以增加葉片大小或改進口感和營養價值為目標。最後，許多水果和蔬菜作物，如番茄和辣椒，人為選擇造成果實大小增加、口感與/或顏色改善。

這些改進通常旨在增加產量、改善口感、外觀和其他人類食用或使用時視為重要的特性。每種作物的具體選擇目標依其用途和栽培環境而異。

第二，在遺傳結構上，研究發現支撐這些性狀變化的遺傳基礎，早期的研究認為是單一基因的變異，但現在的證據顯示許多馴化特徵是由多個基因共同作用的結果。

以稻米來看，早期研究認為Sh1對控制種子落粒有重要作用。然而，最新的證據支持多基因控制這一性狀，表明落粒性狀的遺傳結構比先前認為的要複雜；另外，玉米中的Tb1（teosinte branched1）基因原本被認為是控制植物架構的主要基因，其功能改變使得玉米出現較少的側枝（分枝），這有助於增加每株植物的穗數，從而提高產量。但進一步的研究發現，其他多個基因也參與了植物架構的調控，顯示了這一性狀的多基因性質。

第三，從生態學的角度來看，馴化不僅影響作物本身，也影響了作物與其生態系統中其他生物的關係，例如作物如何影響土壤中的微生物群落或吸引特定的授粉昆蟲等等。如不同品系的大麥，其根部分泌物不同，就造成根圈微生物體也不相同。

在分析的203種馴化作物中，改變次級代謝產物（涉及風味、顏色和毒性）是最普遍的馴化相關特徵。這意味著在馴化過程中，改善作物的食用、觀賞或其他用途的特性是常見的選擇目標。另外，穀物通常因為種子大小增加和非落粒性被選擇，而這些特性直接影響作物的收穫和儲存。除此之外，各種作物的具體用途如食物、纖維、裝飾或藥用等，都可能導致不同的馴化特徵被人類選擇和強化。

這篇論文強調了作物馴化是一個多面向的過程，不僅涉及遺傳和生物學的改變，也涉及文化和生態的多層面互動。了解這些過程不僅能幫助我們更好地理解我們食物的來源，還能讓未來的農業更永續、效益更高。所以，作物馴化是一場關於人類如何塑造我們所食用植物的持續旅程，以及這些植物如何反過來塑造人類社會的故事。

參考文獻：

Ornob Alam, Michael D Purugganan, Domestication and the evolution of crops: variable syndromes, complex genetic architectures, and ecological entanglements, The Plant Cell, Volume 36, Issue 5, May 2024, Pages 1227–1241, https://doi.org/10.1093/plcell/koae013