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自然科普：人類史上培育最艱難的水果之一，你吃的香蕉曾是“替補”品種

來源：科普中國-科普融合創(chuàng)作與傳播

發(fā)布時間：2020-11-29

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　　廣西靈山縣公安局官微曝光了一條令人嘀笑皆非的消息：2018年4月27日16時許，監(jiān)控顯示有一北方男子張某（男，23歲，黑龍江省黑河市人）駕車途經(jīng)靈山縣文利鎮(zhèn)路段時，停車割走種植在路邊的香蕉，被附近村民發(fā)現(xiàn)后雙方發(fā)生嚴重沖突。事后當事人辯解稱，在東北沒有香蕉樹，在廣西地界內(nèi)開車時看到路邊的香蕉林以為是野生的，于是順手采摘，結(jié)果被村民毆打。
　　打人當然不對，但是非法竊取農(nóng)作物果實同樣是違法行為。那么，如何簡單的確定路邊看到的香蕉樹到底是不是人工種植的？在香蕉身上又發(fā)生過哪些驚心動魄蕩氣回腸的故事呢？
　　香蕉的前世今生：人類史上培育最艱難的水果之一
　　《銀魂》的作者空知英秋寫的一句臺詞曾在網(wǎng)絡上紅極一時：“我們這些普通人，光是活著就已經(jīng)要竭盡全力了。”
　　這次，我們要用這句話形容一種同樣普通的水果——香蕉。
　　

　　香蕉（圖片來自pixabay.com）
　　香蕉是很多人最喜愛的水果，它味道甜美、顏色討喜、價格低廉、產(chǎn)量高、便于貯存運輸，廣受消費者和種植者青睞。目前香蕉的栽培地遍布亞洲、美洲、非洲及大洋洲赤道沿線，是世界產(chǎn)量排名第二（第一為西瓜）的水果，全球每年總產(chǎn)量可達1億噸以上。也就是說，全球平均每人每年消耗約30斤香蕉。
　　

　　目前，世界的主要香蕉產(chǎn)地在南北緯30°之間，主要包括亞洲的印度、印尼、馬來西亞和菲律賓等國；美洲的洪都拉斯、巴拿馬、巴西和哥斯達黎加等國；非洲的盧旺達、布隆迪等國以及大洋洲的澳大利亞
　　隨處可見的種植園和低廉的價格使香蕉看起來非常普通。但很少有人知道，香蕉是人類農(nóng)作物馴化史上培育歷程最艱難的水果之一。
　　歷史上，香蕉曾數(shù)次遭遇過種族滅絕危機，在數(shù)代人艱難地培育和持續(xù)不斷的品種改良下才達到現(xiàn)今的種植規(guī)模?？梢哉f，香蕉的前世今生是“活著就已經(jīng)要竭盡全力”這句話恰如其分的寫照。
　　誰是第一個吃香蕉的人？目前認為，香蕉的發(fā)源地位于太平洋上的巴布亞新幾內(nèi)亞島。該島有著得天獨厚的土壤條件和氣候水分環(huán)境，特別適合芭蕉屬植物生長，島上的野蕉樹都異常高大，果實足以令當?shù)赝林鳛橹魇场?/span>
　　目前，巴新島上的居民和土著仍保留著種植香蕉樹的傳統(tǒng)，島上的香蕉樹可高達20余米，結(jié)出的香蕉可達30厘米長，單根重達4斤以上，這可能是廣義上的香蕉最早的人工栽培記錄。
　　

　　巴新島的巨型香蕉樹以及成熟的香蕉。巨型香蕉內(nèi)含有大量種子（C），當?shù)厝送ㄟ^種植與扦插兩種方式繁殖香蕉。這種巨型香蕉是當?shù)氐囊吧额愒谧匀贿^程中發(fā)生變異后，經(jīng)由當?shù)厝诉x育保留的栽培品種（圖片來自9gag.com）
　　我國也有野生香蕉種植的歷史，野生香蕉和野生芭蕉在古代都被統(tǒng)稱為“芭蕉”，是重要的文化元素。
　　“流光容易把人拋，紅了櫻桃，綠了芭蕉”（出自蔣捷《一剪梅》），香蕉作為古人筆下重要的文化符號，最早可追溯到南宋之前。但隨后的數(shù)千年，我國的芭蕉栽培始終停留在詩詞歌賦及園林造景的階段，并未向食用性方面開拓。
　　因此，以上兩種香蕉雖然起源較早，但都不是我們現(xiàn)在食用和栽種的香蕉。約14世紀，隨著伊斯蘭教傳入印尼，包括印尼在內(nèi)的東亞地區(qū)成為現(xiàn)代栽培香蕉的發(fā)源地。
　　可食用的香蕉品種建立后，隨著伊斯蘭教的遷徙和貿(mào)易洪潮一路向西推進，先后在非洲大陸、馬達加斯加落地開花，其后又在葡萄牙人的殖民洪流中被帶到南美洲和加勒比海區(qū)。兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)之后，香蕉栽培又經(jīng)南亞傳播到東南亞和澳洲，最終進入我國的云南一帶安家落戶。
　　
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　　公元前數(shù)千年，巴布亞新幾內(nèi)亞和中國等地均有香蕉栽培記錄。但目前全球廣泛栽種的香蕉（如華蕉）為起源于東亞的人工栽培品種。因此，雖然我國擁有豐富的野蕉資源，但目前種植的香蕉卻是舶來品。　　?
　　在漫長的傳播途中，隨著世界各地氣候條件的不同和長期的人工選育，最初的兩種野生芭蕉品種之間互相雜交、變異，形成了數(shù)個香蕉品種。這些不同的香蕉品種，在公元前8000年前都可以追溯到兩個原始的野生芭蕉屬品種：小果野蕉（Musa acuminata）及野蕉（Musa balbisiana）。小果香蕉味甜但多籽；野蕉軟糯但酸澀——以至于這兩個野生香蕉雖然早在漢代就有分布于我國云南等地的記載，卻罕有人將其當作一種食物享用。
　　

　　野生小果野蕉（圖片來源：Visualhunt.com）?
　　
野蕉（圖片來源：維基百科Musa balbisiana條目）　　?
　　香蕉育種——染色體加倍加倍再加倍
　　人們很早就在農(nóng)作物育種時發(fā)現(xiàn)一個不得了的現(xiàn)象：許多植物在遭受到不明環(huán)境物質(zhì)刺激（如低溫、射線和化學藥劑等）時會發(fā)生染色體加倍現(xiàn)象，即細胞內(nèi)原有的全部遺傳物質(zhì)（統(tǒng)稱基因組）都多了一倍甚至兩倍。對這些植物而言，由于控制生長、營養(yǎng)及糖分合成的基因多了一倍以上，植株的莖稈往往更加粗壯，葉片、果實和種子更加巨大，糖類和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)含量都顯著增多。
　　圖片2.png

　　一般將小果野蕉含有的基因組統(tǒng)稱為A組染色體，而野蕉則稱為B組染色體。目前主要的香蕉品種基因情況及形態(tài)特征。其中，國人食用的主要是華蕉和粉蕉品種，二者均為人工選育的香蕉品種，但在分類學上是兩個物種。（圖片來源見參考資料，有改動）
　　目前，我們在市場上見過的香蕉（一般為華蕉，Musa cavendishii），和粉蕉（Musa ngu，又名小米蕉、西貢蕉）都是人們將小果野蕉及野蕉進行反復雜交導致染色體加倍后的三倍體香蕉。
　　上文中張某砍下的香蕉經(jīng)圖片辨認，明顯為可食用的香蕉，根本不存在“野生一說”。因為三倍體屬于高度不育品種，種植方式只能為扦插繁殖，每一株均為果農(nóng)在母株上砍下的側(cè)芽（現(xiàn)代農(nóng)業(yè)多用組織培養(yǎng)法繁殖小苗），并扦插生根后辛勤栽種而成，從扦插到小苗長成可以結(jié)出香蕉長達一年以上，如此理直氣壯地竊取他人的勞動成果，難怪當?shù)毓r(nóng)如此激憤。
　　

　　香蕉的世代史　　?
　　香蕉的滅頂之災與劫后余生
　　也許很多人會覺得奇怪，目前市面上西瓜、蘋果、橘子的品種琳瑯滿目，但我們能買到的香蕉卻只有一種（華蕉）呢？這都怪一種叫做香蕉枯萎病菌(Fusarium oxysporum?f.sp.cubense，F(xiàn)OC)的有害病菌。
　　香蕉枯萎病菌屬于土壤真菌，其侵染香蕉導致的疾病俗稱為香蕉巴拿馬病，在歷史上曾數(shù)次引起香蕉大規(guī)模死亡。
　　
圖片1.png

　　顯微鏡下的香蕉枯萎病菌形態(tài)為詭異的香蕉形狀（A），該病會導致香蕉樹大片死亡，病菌可隨風傳至臨近的香蕉林繼續(xù)感染其它香蕉樹（B）。感染該病后的香蕉樹從內(nèi)而外發(fā)生褐腐并很快枯萎（C-E），往往導致香蕉林大面積減產(chǎn)并死亡（圖片來源見參考文獻，有改動）　　?
　　在20世紀中期，香蕉種植產(chǎn)業(yè)一度流行過一種叫做大麥克（Gros Michel）的香蕉品種?，F(xiàn)在許多“香蕉牛奶”飲料的味道，即是根據(jù)大麥克香蕉的風味由人工香精調(diào)味而成。
　　其實早在19世紀初，大麥克香蕉的種植就已經(jīng)遍布美洲、非洲以及歐洲，并一度向世界各地廣泛出口。但自1927年起的30年，香蕉枯萎病菌1號種陸續(xù)在部分地區(qū)傳播，由于當時人們對病菌的傳播途徑及防御沒有足夠的認知和防治經(jīng)驗，大麥克香蕉陸續(xù)在美洲、非洲絕跡，導致無數(shù)農(nóng)場主破產(chǎn)，美國人民一度沒有香蕉可吃。
　　在大麥克被團滅后，育種學家不得不加快尋找可代替的香蕉品種，我們今天吃的華蕉以及粉蕉便是當時作為“替補”上場的候選香蕉品種。之所以將華蕉稱之為替補，是因為當時人們發(fā)現(xiàn)華蕉對肆虐全球的1號種有足夠的抗性，可以在被病菌孢子污染后的種植園繼續(xù)種植。
　　熟悉進化論的寶寶一定知道，在自然選擇中，只有有性繁殖才能產(chǎn)生隨機變異，環(huán)境壓力（如疾病侵害）會使有益的突變（如獲得抗病性）選擇下來。但在無性繁殖中，后代的遺傳物質(zhì)幾乎不會隨繁殖代數(shù)的增加發(fā)生變異。由于華蕉主要通過扦插繁殖，因此全球范圍內(nèi)種植的所有華蕉均為同一植物的無性繁殖后代，因此一旦有新型病菌開始侵染華蕉，那么很可能會和大麥克一樣全軍覆沒。
　　

　　香蕉枯萎病4個生理小種（1-4號）對香蕉的侵染情況
　　香蕉真的要絕種嗎？
　　2017年底，互聯(lián)網(wǎng)上瘋傳的“香蕉要絕種”的說法即是由此而來。作為最佳替補的華蕉最近終于遇到了“死對頭”：香蕉枯萎病菌4號種（TR4）。可怕的是，TR4幾乎可以侵染目前95%的商業(yè)化品種，而唯一對其有一定抗性的羯尾蕉屬其實是尷尬的觀賞性品種。
　　所以，香蕉就真的要絕種了嗎？
　　答案也許沒那么悲觀，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展突飛猛進，雖然距大麥克的戰(zhàn)敗僅僅有半個世紀，但如今許多新型的栽種方法和新型農(nóng)藥已經(jīng)成熟，如用組培法繁殖無菌香蕉苗、在種植園之間設立隔離帶、與甘蔗輪種以及定期檢驗等，這些方法作為抵抗TR4侵蝕的利器，在大田取得了顯著成效。
　　另一個代替方案是在北方通過大棚養(yǎng)殖技術種植香蕉。目前我國已經(jīng)在四川、東北、新疆等多個地方開展了大棚香蕉種植技術，由于大棚的封閉性，TR4病菌基本得到了徹底抑制。
　　

　　溫室中的蕉葉（圖片來源：Visualhunt.com）
　　第三個辦法是，重新利用雜交育種的方法培育新的香蕉品種。如洪都拉斯農(nóng)業(yè)研究基金會FHIA培育的“FHIA01-04”系列、我國從國際香大蕉改良網(wǎng)絡種質(zhì)交換中心（ITC）引種的香蕉品系GCTCV-119（抗枯5號香蕉）以及熱帶農(nóng)業(yè)科學院南亞熱帶作物研究所謝江輝博培育的“8818-1”抗TR4香蕉品種等。這些新品種的香蕉擁有更好的抗病適應性、以及擁有更高的產(chǎn)量。目前已在我國部分地區(qū)陸續(xù)進入商業(yè)化栽種。
　　第四個辦法是，在原有的高產(chǎn)香蕉品種上面進行轉(zhuǎn)基因。如在澳大利亞昆士蘭理工大學的生物技術專家James Dale和同事們發(fā)現(xiàn)了一種可以不受TR4侵染的野生香蕉。由于目前的香蕉均為不育品種，無法進行雜交育種，因此研究人員將從野生香蕉品種中克隆得到的RGA2抗性基因轉(zhuǎn)入華蕉，并獲得了6個以上不同程度的抗病品系。
　　此外，James Dale等人還將一種已知的廣譜抗病基因Ced4同時轉(zhuǎn)入華蕉。2012年，Dale團隊在達爾文市郊的農(nóng)田中開展了長達3年的大田實驗，結(jié)果證明這兩種新型“超級香蕉”均在產(chǎn)量不變的基礎上，對TR4增加了顯著抗性。研究人員在2017年的《自然-通訊》雜志上發(fā)表了這一出色成果。
　　
微信截圖_20180520205516.png

　　James Dale的轉(zhuǎn)基因香蕉大田實驗。A和B為華蕉原始種（標注為Wild-type），而RGA2-3及Ced9-21都是轉(zhuǎn)基因后代，結(jié)果顯示這兩個轉(zhuǎn)基因品系均獲得了對TR4的顯著抗性。（圖片來自參考文獻6）
　　至此，香蕉的品種繁育及種植技藝已經(jīng)隨著人類科學的進步達到了前所未有的高度。盡管香蕉曾經(jīng)有著命運多舛的過去，但在無數(shù)育種學家及科研人員的幫助下，如今香蕉品種規(guī)模和抗病性已達到空前絕后的水平?？梢灶A計，在未來香蕉一定更加可口，更加價格低廉。連香蕉都如此努力活著，愛吃香蕉的寶寶們也要繼續(xù)加油了！
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　　香蕉插畫（來源：Freepik.com）
　　參考資料：
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　（本文中標明來源的圖片均已獲得授權）
　　出品：科普中國?
　　制作：植物大戰(zhàn)科普?喵小黑?
　　監(jiān)制：中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心?

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