这项研究由谢菲尔德大学的单亦祥博士和Colin Osborne教授领导,合作者来自马德里自治大学、胡安卡洛斯国王大学和瓦赫宁根大学。研究团队调查了野生植物如何应对早期人类的耕作,发现农业实践强烈倾向于那些比其野生祖先更具竞争力的个体。
这项研究发表在《当代生物学》上,研究表明,在有序的田地中播种创造了一个高度竞争的环境。在大约1000到2000年的时间里,生长更快并能压制邻近植物的植株更有可能生存和繁殖。这一过程导致了研究人员所描述的早期小麦品种中“战士”类型的出现。
“战士”小麦性状的兴起
与野生小麦相比,早期驯化品种在拥挤的田地中争夺资源的能力要强得多。它们进化出了赋予其优势的形态特征,包括更大的叶片、更直立的生长姿态,以及即使被其他植物包围也能继续生长的能力。
为了更好地理解这些变化,研究人员使用了功能-结构植物(FSP)模型来模拟小麦的生长。他们的分析表明,叶倾角起到了关键作用。拥有更陡峭、更直立叶片的植株能够在生长早期阶段超越邻近植物,捕获更多阳光,同时遮挡下方的竞争者。
为何现代小麦竞争力较弱
Colin Osborne教授表示:“虽然进化青睐强大的竞争者,但现代农业为了高产将作物紧密地种植在田地里。这种做法需要能够合作而非竞争的作物,这意味着现代育种家需要逆转进化带来的不利影响。”
该研究强调了小麦随时间进化过程中的一个重大转变。虽然古代品种是由激烈的竞争塑造的,但现代“优良”硬粒小麦经过育种变得不再那么具有侵略性。在当今的农业系统中,农民依靠除草剂和肥料来管理资源,减少了植物直接竞争的需要。
结果,育种家选择了叶片更小、茎秆更短的作物。这些性状有助于植物将能量集中在籽粒生产上,而不是争夺光照和空间。
现代作物:从竞争到合作
研究结果表明,曾经帮助小麦在早期农业中取得成功的性状,在现代农业中并不总是有用的。耕作方式的改变重塑了小麦的生长和行为。从古代耕作到大规模工业化农业的转变,从根本上改变了世界上最重要的粮食作物之一的结构和策略。