“谷”往今来,餐桌上的粮食都经历了什么?

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本文来自微信公众号:我是科学家iScientist(ID:IamaScientist),作者:崔凯,编辑:Yuki

马上要过年了,“五谷丰登、年年有余”是华夏传承千年的祝福语。认识五谷、认识耕种,可谓认识东方文化的一种方式。然而,长期生活在城市里的现代人,对谷物的理解可能仅仅停留在《风吹麦浪》和《稻香》的歌词里,甚至有很多人已经“五谷不分”了。

亿万年前,谷物就是路边随处可见的野草,经过人类几千年的采集、驯化、育种,才演变成现在的样子。谷物最早来自哪里?它们是如何被人们驯化的?在漫长的历史中经历了怎样的变化?今天,我就和大家聊聊谷物那些事儿。

谷物从何而来?

在植物分类学中,我们熟悉的谷物,主要是禾本科和豆科的成员。

全球天然植被的30%是禾本科植物建群,禾本科植物几乎生活于所有陆地环境中。禾本科植物的种子中富含能量之源——淀粉,理所当然成为了最受人类欢迎的植物家族,没有之一。

多数谷物都是禾本科成员——水稻、小麦、大麦、燕麦、玉米、高粱、小米。地球上的耕地中,种植禾本科作物的农田占70%,人类食物中 65%以上的能量和50%以上的蛋白来自于禾本科植物。

禾本科植物究竟是何时开始出现的?这一直是植物学领域的一个谜团。由于植物在化石记录中留下的信息很少,即便是现在最古老的植物化石也无法代表最早的植物群。一个偶然的机会,研究者从一亿多年前的鸭嘴龙类恐龙牙齿化石中,提取到了禾本科植物的硅体残留物,从而将禾本科最早的化石记录提前到1亿多年前的白垩纪早期。

禾本科(水稻)和豆科(大豆)的植株

在谷物家族中屈居次席的是豆科植物,大致起源于白垩纪晚期。豆科植物种子中富含蛋白质和脂肪,是食用油和饲料的主要原料。我们熟悉的豆科植物有大豆、花生、蚕豆、豌豆、红豆、绿豆、豇豆、四季豆和扁豆等。

如何区分禾本科植物和豆科植物?其实有一个区别还是特别明显的:都看过稻穗和豆荚吧?禾本科谷物是颖果,果皮内仅有一枚种子,享受的是“单间”待遇。而豆科谷物则属于荚果,两片豆荚中包裹着3粒~5粒果实,相当于集体宿舍的“大通铺”。

谷物的驯化

几万年前,早期人类在地球上四处扩散,试图驯服大江大河。他们想要成为这个星球的主人,就必须学会在蛮荒中生存。

我们今天认识的谷物,果实饱满,密密匝匝地挤在谷穗上。然而在远古年代,谷物的祖先只是路边的狗尾巴草那样的植物。1万多年前,地球经历最后一次冰期,当时依靠采猎维生的人类渐渐发现,周围能采集到的果实和能捕猎到的动物越来越少。

一个饿极了的远古先民第一次尝试了未被驯化的野生谷物。虽然口感极差,但是果实里的淀粉还是能给他提供了生存所需的热量。

所以,这位先民把干瘪细小的种子收集起来拿回到定居点。他的本意也许只是做冬储粮,但零星洒落地面的种子却在来年给了他一个惊喜——长出新的植株,结出了果实。我们不知道他的名字,但他是历史上的第一位农民。

那年头也不懂知识产权保护,这位先民顺手就把这个发现发了朋友圈。很快,更多人开始效仿他的创新之举,你有我有全都有,土地上第一次出现大面积的谷田,并向四周延伸。

谷物驯化,实际上就是一个品种培育过程。地球上有几十万种植物,最终跻身人类餐桌的谷物只有几十种,这是万里挑一的缘分。

野草是极具生命力的物种,为了繁衍生息,必须通过各种手段让自己的种子快速地散播出去,所以他们往往成熟得很快,而且在成熟后迅速散落到田野中,以获得更大的存活几率。但这种性状却不利于人类的采集。幸运的是,有些野生谷物非常容易杂交,不断变异出人类所需要的性状,并被人类筛选出来。

当发现籽粒成熟后不落的变异品种,人类就会大量种植它。今天的谷物成熟以后,种子都会继续停留在植株上,给人类收割留一段“窗口期”,提高了人类获得食物的效率。

小米与狗尾草

再比如,在恶劣的自然环境中,很多野生谷物都靠数量优势来维系物种的繁衍生息,拼命“生娃”。因为要孕育更多的后代数量,种子就需要长得轻巧瘦小,但这恰恰不是人类所爱。于是在驯化过程中,生长期长、植株强壮和颗粒饱满的变异品种也会在人类帮助下实现“优生优育”。

经历数千年的驯化后,桀骜不驯的野生谷物终于完成了从杂草到食物的进化之路,种植面积越来越多,成为今天的谷物。当然,有些性状也被保留至今。

举一个典型的例子:

大家都熟悉一个俗语“针尖对麦芒”,有些谷物的种子上长有针状的芒刺物,比如小麦、水稻和小米等。那么,谷物为什么长芒?

原因有以下几种:

其一,谷物碰到天敌时不能像动物一样迅速逃跑,但位于谷粒尖端的芒就像骑士的长枪,鸟吃了以后会扎到喉咙,它就会去选择偷食其它物种的种子。

其二,芒刺可以缓冲谷穗之间的碰撞,减少掉粒,而且在叶片间隔出空隙,便于空气流通,增加产量。芒刺还有一个好处,就是帮助籽粒附着在人和动物身上,“搭顺风车”去感受诗和远方,也许有机会飘落到一块肥沃的土地上落地生根。看起来,尽管谷物不会思考,但它们还是很聪明的。

长在麦穗上的麦芒

今天我们知道,在驯化过程中,基因的变化决定了农作物从古到今的变化。以前我们的祖先只能采用传统的育种方式,只看到了改变的结果,不知道改变的原因。现在我们掌握改变、控制性状的基因序列后,就有了现代育种技术,比如大家熟知的杂交育种、转基因育种和分子设计育种。

不同谷物的发源地

在数千年的农耕史中,谷物从不同的发源地传播到世界各地,对各国的农业生产和食物结构都产生了深远的影响。主要的谷物中,玉米起源于美洲的墨西哥,小麦起源于西亚的两河流域,包括今天的伊拉克、叙利亚等,而水稻和大豆则起源于中国。

主要谷物的发源地

不过,关于谷物的起源,学术圈也有过不少分歧。以水稻为例,中国、韩国、泰国、印度,都宣称自己是栽培水稻的发源地,依据从传统的考古发现到现代的基因组学,各执一词,喋喋不休。

五谷传奇

冬季万物萧瑟,人类必须要储备很多食物才能保证种群的延续。远古时候可没有冰箱冷藏,如果将肉类和果蔬作为主食,很快就会腐烂变质,只有耐储存的谷物才能在提供稳定的过冬口粮。

谷物种子中富含能量,种植方式又简单,还没有狩猎猛兽那样的风险,自然成为人类的首选食物。古代经济水平低下,对于普通老百姓来说,肉是逢年过节才有机会享受的奢侈品,而谷物才是最经济的食物。

今天的五谷泛指各种粮食,按照古书里的说法,五谷一般指的是稻、黍(shǔ)、稷(jì)、麦、菽(shū)五种作物。接下来,我们一起来认识一下什么是五谷。

五谷作画(图片来源:人教版美术教材)

排在五谷之首的是稻米,它为全球1/3的人口提供了粮食。

水稻去了壳,就成了我们很爱吃的大米,有多种多样的烹饪方法,可以做成米饭、米粉、年糕、寿司等传统美食,还可以用大米来酿酒。“水满田畴稻叶齐,日光穿树晓烟低。黄莺也爱新凉好,飞过青山影里啼。”稻米对中国人来说,远不止是果腹的粮食,已然承载了乡情和美学的意念,成了我们文化的具象和歌咏。

图片来源:Pixabay

排在第2位的是黍,俗称糜子或大黄米。

大黄米可以用来蒸馒头、烙饼,也可以用来熬大黄米粥和煮大黄米饭,还可以用来酿酒。我记得小时候过年时,村子里家家户户都会蒸黄米团,里面包着豆沙馅。热气腾腾出锅后,放在零下二十多摄氏度的室外“冰箱”冷冻储藏,以备正月里吃起来方便。对于主食是糙粮窝头的孩子来说,糯糯软软的黄米团可算是高档零食。

图片来源:《舌尖上的中国2》

排在第3位的是稷,就是今天的小米。

小米曾经是北方最重要的食物来源,孕育了中华文化,因此被誉为“百谷之长”。它可以做成小米干饭,也可以熬成小米粥、小米发糕,吃起来既爽口又健康。古代有江山社稷之说,稷的重要性可见一斑。解放军也是用“小米加步枪”打下新中国的天下。在小米地里,狗尾巴草经常混迹其中,据此还衍生出一个成语“良莠不分”。大家可能不知道,小米的祖先就是远古的狗尾巴草。

排在第4位的是麦,主要指小麦,是世界最重要的粮食作物之一。

小麦起源于两河流域,就是今天的伊拉克和叙利亚一带。在1万年前,由智慧的西亚先民们通过对野生小麦的驯化栽培而成,孕育了辉煌的古巴比伦文明。小麦是人类最早驯化的谷物,农业也在西亚一带最早产生。有学者提出,世界各地的农业都是从这里起源的,这就是农业起源问题的“西亚中心论”。

4000多年前,小麦通过丝绸之路传到中国。小麦可以做成馒头、大饼、面条、包子、饺子、馄饨,还有面包、饼干、蛋糕。特别值得一提的是:中华人民共和国的国徽中间是五星照耀下的天安门,周围就是麦穗,象征着农民。

排在第5位的是菽,就是大豆,俗称黄豆和毛豆。

大豆起源于中国的黄淮流域和东北地区,已经有5000的种植历史。世界各地栽培的大豆都是直接或间接由我国传播出去的。大豆的用途很多,既是油料作物又是蔬菜类作物,还是重要的饲料原料。以大豆为原料的食物有豆油、豆腐、豆腐乳等人间美味,数不胜数。大豆的根系上共生着神奇的根瘤菌,可以帮助大豆固定空气中的氮,相当于自带养分,能够改良土壤。

图片来源:Wikimedia Commons

2500年前,黍(黄米)和稷(小米)因为具有抗旱、耐贫瘠、生长期短、适应性强的特点,是当时独领风骚的主粮。到了公元前221年,吃小米饭长大的秦始皇终于统一六国,建立了世界上最强大的中央集权体系,此后的历代王朝都大力提高谷物的产量。

小麦虽然很早就传入中国,但直到东汉末年,磨面技术才从中亚传到内地,中国人学会了磨面和烙饼,小麦逐渐成为老百姓餐桌上的香饽饽,刘关张桃园结义时的主食就有可能是一筐大饼。到了11世纪,源自越南的占城稻传入中国,与晚稻配合成为双季稻,使稻米产量大为增加,宋朝人口也迅速由3000万飙升至1.2亿。

明朝末年,哥伦布从美洲带来的玉米和马铃薯穿越阿拉伯来到中国,助力清朝的人口从8000万飙升到4.3亿。直到20世纪80年代,玉米都是很多中国家庭的主食。在高产的水稻、小麦和玉米面前,黍、稷已经黯然退场。

图片来源:Pixabay

2018年,中国粮食总产量为6.6亿吨,约占全世界的1/4。其中,玉米、水稻、小麦、豆类和薯类等五大作物的比例合计达到98.6%,黍、稷等杂粮比例仅为1.4%。

2018年中国粮食产量结构(数据来源:国家统计局)

放眼世界,1万年前地球上的人口总数仅为1000万左右,到1750年(清朝乾隆年间)增长到了7.3亿,算下来平均每1000年才增长50%。然而此后的270年,世界人口突然暴增10倍,达到了2018年的75亿。

支撑人口增长的主要因素,是工业革命后农业生产力的大幅提高和玉米等高产谷物在全球的传播种植。今天我们一餐简单的饭食,可能聚集了数千年来世界各地的驯化谷物:从西亚出产的麦类、葡萄,到美洲的玉米、西红柿和辣椒,再到非洲的西瓜和咖啡,以及中国的稻米、大豆和粟、黍等。这不仅仅是食物的汇聚, 更是世界文明的嘉年华。

未来,工业化和数字化将给传承千年的中国农业带来根本性的变化。但千万年后有一点仍不会改变:我们的脚下依然是厚德载物的土地,谷物依然会出现在热气腾腾的年夜饭上,“五谷丰登”依然会写进贺岁迎祥的春联。

相信技术进步能够让传统农业脱胎换骨,更希望4000年华夏农耕文明积淀下来的民族精神,能够哺育我们走向自强、生生不息。

参考文献:

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6. 郭晔旻,小麦如何成为中国人的主食?《国家人文历史》,2018年2月:36-41

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8. 赵志军,中国古代农业的形成过程,《第四纪研究》2014年1月:73-82

9. 卢宝荣, “五谷”与“民以食为天”,“造就少年”公众号,2018年12月21日

10. 钟  华,玉米起源的那点事儿,“科学春秋”公众号,2018.1.14

11. 刘  夙,玉米起源的争论:科学的和不那么科学的,“果壳”公众号  2015.8.25

12. 蒲黄鱼,东北为什么有中国最好吃的大米,百家号,2017.12.21

13. 阎京生:玉米和红薯能否救大明?澎湃新闻网 2016.10.18

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