什么时候能吃上沙漠中的奇特物种？这得问他 | 科学人
2019/9/26 7:00:00兰州分院 西北院 科学大院
现在，我们能够吃到的食物都是由野生植物驯化而来，比如水稻、小麦、玉米、马铃薯……
图片来源：veer图库
世界粮农组织的最新报告显示，全球仍有超8.15亿人处于长期营养不足状态，人类依然面临粮食安全和粮食结构改善问题。在此背景下，寻找并驯化新型潜势作物显得尤为重要，比如沙漠中的野生沙米。
比“营养黄金”更牛
沙米具有悠久的食用文化基础和重要的药用价值。清《康熙几暇格物编》一书中对沙米的介绍说，“沙蓬米，凡沙地皆有之，鄂尔多斯所产尤多。枝叶丛生如蓬，米似胡麻而小。性暖，益脾胃，易于消化。好吐者食之，多有益。作为粥滑腻可食，或为末可充饼饵茶汤之需”。《沙州都督府图经残卷》等文献记载，早在1300多年前，敦煌地区驻军采集沙米充当军粮，当地人民采集沙米补充口粮。《内蒙古植物药志》和《中华本草蒙医卷》中也曾记载，沙米种子及植株皆可入药。而今，兰州、河西走廊、内蒙古等地，人们还在食用沙米做的炒面、凉粉、点心、刀转面、羊肉面和撒饭等美食。
(图片来源：赵鹏善摄制)
尽管沙米记载与食用历史悠久，但很多人并不知道什么是沙米，在我国从事沙米研究的人也为数不多。对中国科学院西北生态环境资源研究院的赵鹏善副研究员和研究团队而言，他们首先要做的是“极力做好科普工作”。提起沙米，赵鹏善全是夸赞的话：“这个沙漠中野生的小东西，具有非常高的营养价值”。有测算显示，如果按照一日必需氨基酸含量计算，一个重120斤的人，每天吃150克沙米就可以满足必需氨基酸的需求了。“和风靡全球的藜麦相比，只好不差，藜麦还得吃330克呢!”
赵鹏善提到的藜麦，是原产于南美洲安第斯山区的一种粮食作物，有5000-7000多年的食用和种植历史，号称“粮食之母”。近年来，随着对藜麦的研究和推广，其独特的营养价值逐渐被人认知，联合国粮农组织(FAO)将其推荐为最适宜人类的“全营养食品”，美国国家航空航天局(NASA)将其列为未来最理想的“太空粮食”，在国际粮食市场上拥有“营养黄金”“超级谷物”等称号，具有不菲的经济价值。
藜麦 (图片来源：Wikipedia)
然而，比藜麦更有营养价值的沙米却鲜为人知。“这一方面是因为科普宣传不够；另一方面是因为野生沙米产量确实有限”。和别的粮食作物不同，沙米是一种完全在沙漠中生长的植物，它耐干旱、抗高温、纯野生，浑身是刺，采集非常不便。“如果能驯化沙米，让它们在边际土壤正常生长、正常收获，岂不是一举两得的好事？”赵鹏善说的“一举两得”，除了能丰富我们的粮食结构，就是能保护沙漠生态系统。
“沙米是沙漠中的一个奇特物种”，沙丘的流动性很大，经常发生沙埋现象，一般的植物“一埋就死”，但是沙米却“埋而不死”。此外，沙米还有非常特异的根系，“(沙米)主根有半米到1米长，侧根有5米到10多米长，水平根系能超过1米宽”，这使沙米成为天然的固沙先锋“武器”。
沙米 (图片来源：李旺摄制)
在用于防沙固沙的同时，把沙米改造为适宜栽培的粮食作物，使其帮助人类改善营养结构，这就是赵鹏善和研究团队驯化沙米的完美构想。
巨大的成功：产量172.8斤/亩
然而，沙米研究并不是一件容易的事。
“沙米生长在流动沙丘表面，野生资源的收集极为不易”。不仅野外取样难，做基础研究也同样十分困难。为了尽可能多的收集沙米和保护沙米遗传多样性，赵鹏善和研究团队的足迹遍布我国北方主要沙漠和沙地。
“一开始，由于很多人不了解沙米，加之学界相关研究确实很少，我们自己的研究基础较为薄弱，经费申请很困难，开展工作非常艰难。”伴随着这几年在实验材料的改进和研究方面的积累，沙米研究和驯化方面的科学问题越来越明晰。目前在中科院青年创新促进会和国家自然基金面上项目的资助下，赵鹏善和“沙米驯化”团队扎根在沙坡头沙漠生态系统国家野外科学观测研究站(腾格里沙漠东南缘)，正在稳步地推进沙米研究和驯化工作。
当然，实验室的分析工作也不轻松。由于沙米研究空白较多，赵鹏善和研究团队的很多工作都得从头做起。
(图片来源：李旺摄制)
“2014年，我们化学诱变了20000多颗种子，最终收获种子的植株只有1500颗。野生物种的栽培不可控因素太多了，每个方面都需要调整”。
“野生沙米表皮毛特别多，严重影响种子采集。我们通过化学诱变的方式，获得一株表皮毛减少突变体，经过三代分离群体，确认是由一个单基因隐形突变控制，而且这是可以稳定遗传的，这样就解决了沙米表皮毛的困扰。”
“我们还在尝试对沙米自然群体的各项农艺性状进行研究，例如沙米植株的高温耐受性、种子萌发速率和大小、地上生物量、收获指数等等。”
……
赵鹏善说，“传统的农作物驯化过程非常漫长，通常都需要几千年到上万年。我们现在采用人工诱变来筛选具有优良农艺性状的突变体，加速沙米驯化进程，同时不断探索分子育种技术在沙米驯化中的应用，期望能快速培育出适宜栽培的沙米品系”。
另据媒体报道，在“沙米驯化”团队的努力下，沙坡头沙漠研究试验站已经获得沙米早熟株系和一些草本性状改良的突变体，同时在黄土地上初步实现沙米种植，实测产量172.8斤/亩。这对沙米驯化工作而言，无疑迈出了巨大的一步!
赵鹏善
赵鹏善，男，博士、副研究员，研究领域为生态学(植物分子生态)，主要研究方向为荒漠植物适应性及驯化。2018年入选中国科学院青年创新促进会会员。主要研究工作以荒漠植物沙蓬(俗称沙米)为研究材料，结合分子生物学和其他相关研究方法，研究沙蓬适应流动沙丘的分子机制，分析沙蓬自然群体表型变异及其遗传决定机制，收集和筛选沙蓬自然资源并开展沙蓬初步驯化相关工作。目前，已发表学术论文23篇，其中第一或者通讯作者的SCI论文12篇。
撰稿：石曌 张建秋 刘晓程
审核：宋华龙 岳晓 王晶 陈云峰
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