海南省三亞市，野生大豆（前）和栽培大豆（后）在試驗(yàn)田的生長(zhǎng)表現(xiàn)，野生大豆為蔓生，需要為它們搭起架子（供圖/李艷妃）

五顏六色的“外衣”

我們勤勞、智慧的祖先們根據(jù)實(shí)際需求對(duì)野生大豆進(jìn)行長(zhǎng)期定向選擇，不斷選擇擁有籽粒更大、炸莢率更低、產(chǎn)量更高等優(yōu)點(diǎn)的大豆進(jìn)行培育，改良形成了如今廣泛種植在田間地頭的栽培大豆。這些因人類不斷篩選而呈現(xiàn)在作物身上的共同特征被稱作“馴化綜合征”，而大豆身上最典型的馴化綜合征之一是它的豆莢顏色。

我們現(xiàn)在常見(jiàn)的栽培大豆豆莢通常呈褐色或淺褐色，而野生大豆的豆莢卻是黑色的?？此剖且粋€(gè)小小的差別，背后卻藏著野生大豆的“生存秘籍”。

大豆也懂“黑色吸熱”

炸莢，也稱裂莢，是影響大豆產(chǎn)量的重要因素。許多豆科植物成熟后都會(huì)炸開(kāi)豆莢，然后就像拋鉛球一樣，將其中的種子盡可能“彈射”到遠(yuǎn)的地方，以擴(kuò)大后代的生存范圍，增加其存活率。

通過(guò)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比于淺褐色豆莢，黑色豆莢的炸莢率更高。進(jìn)一步使用熱紅外測(cè)溫成像儀，分別在自然和模擬太陽(yáng)光照的環(huán)境下對(duì)兩種顏色豆莢的溫度變化進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在模擬太陽(yáng)光的照射下，黑色豆莢最高溫度可達(dá)62攝氏度左右，而淺褐色豆莢最高溫度僅為52攝氏度左右，二者相差近10攝氏度。

? 栽培大豆豆莢主要顏色（供圖/李艷妃）

這說(shuō)明，豆莢能夠感知光溫，黑色豆莢的光熱轉(zhuǎn)化效率更高，在光照下?lián)碛懈叩谋砻鏈囟群透鼜?qiáng)烈的豆莢里外溫度變化，更易發(fā)生炸莢現(xiàn)象，以滿足自然條件下自身的繁殖需求。

為大豆“挑衣服”的基因

科研人員利用圖位克?。ㄒ环N基因定位克隆的方法，可以用來(lái)確定和分離目標(biāo)基因）等技術(shù)，成功鑒定了一個(gè)調(diào)控大豆豆莢著色的關(guān)鍵因子——L1基因。該基因在黑色大豆豆莢中特異性高表達(dá)（可理解為顯性基因），并能夠編碼一種豆科特異的L1蛋白。

成熟后的黑色豆莢（左）和淺褐色豆莢（右）在陽(yáng)光下的炸莢率不同（供圖/李艷妃）

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這種蛋白可以在反應(yīng)后生成紅果酸（存在于藍(lán)莓等植物中，是一種強(qiáng)抗氧化劑）和番石榴酸（又稱紅葡萄酸，具有一定生物活性），這兩種化合物會(huì)進(jìn)一步被氧化或與其他物質(zhì)發(fā)生聚合反應(yīng)，逐漸加深大豆豆莢顏色。不僅如此，化合物反應(yīng)還會(huì)使大豆種皮出現(xiàn)不規(guī)則的色素沉著，為種子提供“偽裝”，減少被覓食者發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

L1基因提高了野生大豆的環(huán)境適應(yīng)性，卻會(huì)降低栽培大豆的產(chǎn)量，斑駁的種子外皮也影響外觀和經(jīng)濟(jì)品質(zhì)。因此，在大豆馴化過(guò)程中，人們有意識(shí)地篩選豆莢顏色更淺的大豆，L1基因正在逐漸被淘汰。未來(lái)，基于基因編輯技術(shù)，我們可以通過(guò)敲除該基因進(jìn)一步改良深色豆莢的大豆品種，降低炸莢率，實(shí)現(xiàn)大豆產(chǎn)量的再提高。

基因是大自然的“魔力”。在漫長(zhǎng)的演化過(guò)程中，物種通過(guò)選擇自己的性狀，以適應(yīng)外界不斷變化的生存環(huán)境；人們也不斷選擇物種的性狀，讓它們更適合我們的生產(chǎn)、生活?；蛘诓粩酁槲覀兇蜷_(kāi)新的大門。

光照下黑色豆莢和淺褐色豆莢的溫度差異（供圖/李艷妃）

（責(zé)任編輯 / 牛一名 美術(shù)編輯 / 周游）