科學(xué)普及 | 小麥穗發(fā)芽是好事情嗎？

有那么一句名言：是種子就會發(fā)芽，那是對種子頑強(qiáng)生命力的贊美。是啊，只要有適宜的溫度，一定的水分，充足的空氣，種子中控制生命欲望的基因就會被觸發(fā)，小小的嫩芽就能掙脫種皮或穎殼的束縛堅(jiān)決地鉆出來，開啟新的生命輪回。但正在成熟期的小麥地里，種子隨便發(fā)芽就不是一件好事情。你看，這片田里的小麥已經(jīng)成熟了，但遇到了連續(xù)陰雨潮濕的天氣，收割機(jī)不能及時進(jìn)地，延誤了收獲，小麥籽粒在穗子上就開始發(fā)芽了。這種現(xiàn)象科學(xué)家稱之為穗發(fā)芽。

小麥穗發(fā)芽是一種世界性的自然災(zāi)害，不同程度地影響到中國、美國、加拿大、法國和澳大利亞等小麥主產(chǎn)國。為此，導(dǎo)致的小麥價格下降的幅度達(dá)20%~50%，全世界每年由于小麥穗發(fā)芽造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)10億美元。我國是第一大小麥生產(chǎn)國，其中83%的小麥種植地區(qū)受到不同程度穗發(fā)芽的影響。主要集中在西南冬麥區(qū)、長江流域冬麥區(qū)、東北春麥區(qū)和黃淮冬麥區(qū)等地。這些地區(qū)在小麥的收獲季節(jié)雨水較多，空氣潮濕，導(dǎo)致小麥穗發(fā)芽頻發(fā)。在發(fā)生了穗發(fā)芽的麥田中，不少穗子、麥稈都會發(fā)霉，東倒西歪，見不到通常小麥成熟時，那種風(fēng)吹麥穗好似金色波浪涌動的美麗景象。如果蹲下身子，我們可以清楚地看到：已經(jīng)成熟的麥粒在吸水膨脹后，紛紛擠開原來包裹著它們的穎殼，長出小嫩芽，這些麥粒逐步脫離小麥穗子，陸續(xù)掉到田里，去追求它們新生命的開始。一有風(fēng)吹，或機(jī)械收割時，麥粒會掉下更多，嚴(yán)重時會導(dǎo)致小麥減產(chǎn)10%以上。在這些田里，有的小麥看上去好像沒有發(fā)芽，但其實(shí)在它們籽粒內(nèi)部，α-淀粉酶已具有很高的活性，它們會水解小麥的貯藏物質(zhì)，造成容重和千粒重下降，倉儲時還會造成發(fā)芽、褐變、霉變等，導(dǎo)致品質(zhì)下降。而且，收割以后，沒有發(fā)芽的、快要發(fā)芽的、已經(jīng)發(fā)芽的籽?；煸谝黄穑瑳]有辦法分開。如果用做種子，種子的發(fā)芽勢減弱，苗小苗弱，出苗率嚴(yán)重下降，給農(nóng)戶和種子經(jīng)營者造成重大經(jīng)濟(jì)損失。小麥穗發(fā)芽發(fā)生以后，農(nóng)戶只能忍痛將小麥降價作為飼料出售，很大程度上減少了農(nóng)民的收入。用穗發(fā)芽的小麥加工面粉，淀粉的糊化、凝膠化和回生特性會改變，面團(tuán)的保水能力降低，延展性和彈性變差，顏色變褐，從而顯著影響面粉制品的品質(zhì)。小麥作為商品率較高的作物，可以作為多種主食和副食的加工原料。在我國約有40%的家庭以小麥為主糧。面制品尤其在北方人們的膳食結(jié)構(gòu)中占有非常重要的地位。小麥產(chǎn)量和質(zhì)量水平關(guān)系我國糧食安全，也影響世界糧食安全。

自然環(huán)境中影響種子發(fā)芽的溫度、濕度等因素，人類目前能控制的還十分有限。對小麥穗發(fā)芽我們就沒有辦法了嗎？不。國內(nèi)外農(nóng)業(yè)科學(xué)家正在通過提高小麥自身的穗發(fā)芽抗性，去適應(yīng)大自然，走提高小麥品質(zhì)的的品種改良之路。

采訪中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所副研究員張宏軍：

**很多研究發(fā)現(xiàn)，多酚氧化酶與品質(zhì)是密切相關(guān)的。****多酚氧化酶含量髙，容易引起容易面粉的褐變。****通過我們研究發(fā)現(xiàn)，多酚氧化酶不僅影響小麥品質(zhì)，同時還與穗發(fā)芽抗性密切相關(guān)。****多酚氧化酶含量髙小麥穗發(fā)芽抗性一般就比較差，多酚氧化酶含量低呢小麥穗發(fā)芽抗性一般就比較好。**在早期他們通過雜交，結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇的方法，進(jìn)行小麥穗發(fā)芽抗性改良，選擇多酚氧化酶活性低的品種。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，很多分子育種手段已迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。采訪中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所副研究員張宏軍：

所以我們就想通過進(jìn)一步研究，看看多酚氧化酶的控制基因是否與這個穗發(fā)芽抗性密切相關(guān)。通過我們的研究發(fā)現(xiàn)：Ppo-A1b等位基因與小麥穗發(fā)芽抗性是密切相關(guān)的。就是說，改進(jìn)Ppo-A1b可以提高穗發(fā)芽的抗性，同時，這個基因也可以進(jìn)行小麥品質(zhì)的改良。我們相信，在不久的將來，在農(nóng)業(yè)科學(xué)家的共同努力下，抗穗發(fā)芽小麥新品種將會不斷面世，小麥將不再隨便發(fā)芽。我國的糧食安全將會多一份保障。

攝像：朱星騰 張瑞杰配音：孫斌后期：毛鈺婷編導(dǎo)：毛志明科學(xué)顧問：李洪杰 張宏軍策劃統(tǒng)籌：徐琴監(jiān)制：程維紅版權(quán)所有：中國作物學(xué)會