拟斯卑尔特山羊草(Aegilops speltoides)是禾本科的一种一年生野生草种,也是栽培小麦遗传意义最重大的野生近缘种之一。它被认为是多倍体小麦演化过程中的关键祖先物种,贡献了普通小麦(Triticum aestivum)中发现的 B 基因组(或与其密切相关的基因组)。这种其貌不扬、通常高 30 至 80 公分的野生草,透过对全球种植最广泛的谷物作物——小麦的遗传基础做出贡献,在塑造全球粮食安全方面发挥了巨大的作用。
• 二倍体物种,染色体数为 2n = 2x = 14(基因组标记为 SS)
• 与普通小麦 B 基因组的祖先供体关系密切
• 是全球小麦育种计划中宝贵的遗传资源库
• 尽管外表像杂草,却携带抗病、耐旱及其他具农艺重要性状的基因
• 原生分布范围涵盖土耳其东南部、叙利亚、黎巴嫩、伊拉克及伊朗西部
• 通常见于肥沃月弯地区,该地是小麦驯化的原始中心之一
• 在其原生范围内,繁茂生长于受干扰的栖地、路边、田埂及开阔草地
• 山羊草属(Aegilops)整体分布中心位于近东和中亚,公认物种约有 23 种
拟斯卑尔特山羊草的演化意义远超其 modest 的原生分布范围:
• 分子系统发生学研究将其定位为多倍体小麦物种 B 基因组供体现存最近的亲属
• 山羊草属物种与早期栽培小麦之间的自然杂交事件,产生了二粒小麦(T. dicoccoides),并最终演化出普通小麦(T. aestivum)
• 其遗传贡献存在于当今所有有人居住大陆上种植的小麦品种基因组中
茎与叶:
• 秆(茎)直立或基部膝曲,通常高 30–80 公分
• 叶片扁平,呈线状披针形,长约 10–20 公分,宽 5–12 毫米
• 叶舌短且具膜质;叶耳镰刀状
• 叶表通常被短而稀疏的柔毛
花序:
• 穗圆柱形至略扁,长 5–15 公分(不含芒)
• 小穗侧扁,通常每节 2–3 枚,各含 2–3 朵可育小花
• 颖片革质,具 3–5 条显着脉纹,常具一根粗壮的芒
• 外稃卵形至长圆形,各带一根长而粗壮、向外伸展的芒(特征性特征),长度可达 3–8 公分
• 显着的芒有助于种子附着于动物皮毛进行传播
种子:
• 颖果(谷粒)细小,约 6–8 毫米长,紧密包裹于外稃与内稃中
• 谷粒呈椭圆形,顶端具明显的簇毛
• 种子传播主要透过外附传播(借带倒钩的芒附着于动物皮毛)及重力
根系:
• 具典型一年生禾草的须根系,相对较浅但能有效利用表层土壤水分
栖地:
• 开阔草地、休耕地、路边及受干扰的土地
• 常见于岩石斜坡、田埂及栽培小麦田边缘
• 偏好钙质(石灰岩衍生)土壤,但能耐受多种土壤类型
• 海拔分布:通常从低地至约 1,500 公尺
气候:
• 适应地中海型气候,冬季凉爽潮湿,夏季炎热干燥
• 原生地年降水量:约 300–600 毫米
• 作为冬性一年生植物完成生命周期——秋季发芽,以莲座状越冬,春季开花,并在夏季干旱来临前结籽
生态互动:
• 常在栽培小麦田内及周围作为杂草生长,在自然条件下可与小麦杂交
• 是多种小麦病原体的宿主,包括锈菌(Puccinia spp.)和白粉病(Blumeria graminis)
• 在其原生地为放牧牲畜提供饲料,但其带倒钩的芒可能刺激动物软组织
• 透过其须根系,在斜坡和受干扰土地的水土保持中发挥作用
发芽与生长:
• 种子具有生理休眠性,通常需经过一段后熟期(干燥储存数周至数月)才能打破休眠
• 最适发芽温度:15–20°C
• 在其原生地于秋季发芽,由季节性降雨触发
• 需要春化作用(暴露于低温环境)才能启动开花
土壤:
• 耐受贫瘠、多石及钙质土壤
• 不需要肥沃的农耕地;常见于边际土壤
水分:
• 适应季节性降雨;在其原生气候下无需额外灌溉
• 一旦建立便具耐旱性,在夏季干旱高峰前完成生命周期
繁殖:
• 播种繁殖;主要为自花授粉(闭花授粉),异交率通常低于 5%
• 种子可在基因库设施的寒冷干燥条件下长期储存
研究栽培:
• 由国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)及各国基因库等机构在控制环境和田间苗圃中种植
• 用于杂交计划,将有益性状(抗病性、非生物胁迫耐受性)导入栽培小麦
趣味知识
拟斯卑尔特山羊草是你从未听过却最重要的野生植物之一——你吃过的每一片面包中都含有它的 DNA。 • 普通小麦(Triticum aestivum)是六倍体物种,具有三个不同的基因组(A、B 和 D),其中 B 基因组被认为源自与拟斯卑尔特山羊草密切相关的祖先 • 若无这种野生草的遗传贡献,现代的普通小麦——以及由其制成的面包、义大利面和糕点——将不复存在 属名 Aegilops 源自希腊语「aegilos」,意为「山羊」或「像山羊的」,可能指其带芒的小穗形似山羊胡须。种加词「speltoides」意为「像斯佩尔特小麦的」(一种古老小麦),反映了其与栽培小麦物种在形态上的高度相似性。 • 拟斯卑尔特山羊草主要为闭花授粉——其花朵在开放前即完成自花授粉,此策略确保了在不可预测环境中的繁殖成功 • 尽管几乎完全自花授粉,它仍保留足够的遗传多样性,成为小麦改良的宝贵基因库 • 研究人员已在拟斯卑尔特山羊草中鉴定出能抵抗毁灭性小麦病害的基因,包括秆锈病(Ug99)、叶锈病和条锈病——这些病害威胁着全球粮食安全 拟斯卑尔特山羊草的故事有力提醒我们:作物野生近缘种常被视为无足轻重的杂草,但它们却蕴藏着遗传宝藏,在面对气候变迁和新兴病害的挑战下,这些宝藏对养活不断增长的全球人口至关重要。
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