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欧亿平台 茶叶的生长
 
 
据传说,大约在公元500年左右,佛教僧人菩提达摩(Bodhidharma)花了九年时间面对着一个洞穴的墙壁,静静地冥想,但仍然保持清醒和专注。但最后,他还是打了个盹,当他醒来的时候,他对自己非常生气,他撕掉了眼睑,厌恶地把它们扔到地上。从这些被丢弃的肉中生长出一种植物,菩提达摩的追随者可以用它制作一种饮料,既能刺激他们的思想,又能安抚他们的神经。这是第一株茶树,这种饮料非常适合僧侣们冥想。
 
然而,这种植物最近的基因组测序揭示了一个不同的故事,这意味着科学家们将不得不对茶从一种生长在中国的野生植物转变为一种作物的过程做出更可信的解释。茶叶是世界上仅次于水的第二大最受欢迎饮料的原料。世界人口每天消费超过20亿杯茶。茶叶在60多个国家进行商业化种植,每年可收获500多万吨茶叶,这些茶叶是从茶叶最新鲜的生长过程中采摘或切割下来的。
 
自然景观的一部分:茶
这种茶树的历程反映在它的名字——山茶花上。山茶花表明茶是一种木本植物,与因其花朵而在无数花园中占有一席之地的观赏灌木有密切的关系,而中国茶象征着它的中国起源。
 
茶的生产和消费从中国传播到世界其他地方是有据可查的。公元1200年左右,另一位佛教僧侣把茶带到日本。1610年,荷兰人把茶带到了欧洲,大约50年后,英国人开始喜欢上了茶。直到19世纪中叶,中国一直向西方提供茶叶,但经过几十年的紧张局势,导致鸦片战争,英国试图在印度为自己种植茶叶。从那时起,茶业开始在大英帝国乃至更远的地方传播开来。
 
但要确定茶叶最初是在什么时候、什么地点以及为什么被驯化,则比较困难,因为那是在可靠的书面记录开始被保存之前。人们认为它最初是作为一种中草药在中国被使用的,可能是由于其温和的刺激特性而受到青睐,后来成为一种因其微妙的味道而受到尊崇的饮料。根据目前的估计,第一次使用是在3500至4000年前。但香港科技大学(Hong Kong University of Science and Technology)历史学家劳伦斯•张(Lawrence Zhang)表示,“文本中第一次明确提到茶是在大约2000年前的一份雇佣合同中。”“仆人要做的一件事就是去市场为他的主人买这种植物。”
 
最早的饮茶考古证据也属于类似的时间段。2016年,在中国东北和西藏采集的植物物质中发现了茶的独特分子成分,并对其进行了碳测定,其年代约为2100年。但是,为了进一步追溯国内最早的茶叶历史,生物学家正在寻找今天茶树DNA中的线索。
 
选择特征
把野生植物转化为农产品的时刻想象出来是过于简单的。爱荷华州立大学艾姆斯分校的植物进化基因组学家乔纳森•温德尔说:“通常情况下,最初的驯化过程会经过一段时间的改良。”“这种改善在我们的许多动植物中仍在继续。”
 
对于目前人类种植的每一种植物来说,最初的驯化包括人类对野生植物产生兴趣——例如,最初采集果实或树叶——然后开始种植它们供自己使用。无论是否有意识,种植者优先选择繁殖那些最能提供他们想要的品质的植物,从而使该物种暴露在人工选择之下。
 
随着时间的推移,这通常会导致物种的巨大变化。例如,墨西哥类蜀黍的野生祖先玉米(玉米),是一个高度支化野草轴承很多微小的玉米穗,截然不同的单茎种植玉米生产几大耳朵。然而,相比之下,种植的巴西坚果与野生祖先几乎没有什么区别。
 
茶的起源被一个事实蒙上了一层阴影,那就是野生的中国茶从未被明确地鉴定出来。今天,中华绒螯蟹的近亲在中国和邻国的野外生长,但它们显然属于不同的物种。在野外生长的中华绒藜属植物被发现的地方,大多数科学家认为这种植物是由农作物进化而来的野生植物。
 
这种情况并不特别罕见。温德尔说:“我们大多数驯化作物的野生形式都不存在,这已成为一个不成文的真理——我们找不到它们。”他解释说,原因有很多。例如,这种植物可能已经很稀有,并濒临灭绝。但是为什么会这样呢?这意味着研究人员不知道茶的驯化是从什么时候开始的。他们没有见过最早被人类利用的植物,所以他们不知道现代植物的哪些特征是由人类引入的。相反,他们必须尝试从植物的DNA和生物学中推断出这些信息。
 
通过选择生长季节均匀、抗寒、抗病的植株,可能会选择产量较高的品种。但是,几乎可以肯定的是,也会有让喝茶成为一种愉快体验的化合物的选择。马萨诸塞州梅德福塔夫茨大学的生态学家科林·奥里安斯说:“茶叶的品质主要是由于它的次生代谢产物。”但他表示,这些化学物质“并不是为了让茶对人类有好味道”。相反,它们是帮助茶树生存的生化途径的产物。
 
Orians说,我们不能确定为什么茶的每一种成分都在进化,但是一些普遍的原理提供了线索。咖啡因使茶具有刺激作用,是昆虫和其他无脊椎动物的神经毒素,可能有抗菌作用。儿茶素——一种导致茶叶苦味的化合物,被认为是调节喝茶对健康潜在益处的物质——是类黄酮,这是一种帮助植物应对氧化应激的抗氧化分子。有些还提供植物保护免受食草动物的伤害,或者保护植物免受紫外线辐射。茶氨酸——一种与茶潜在的镇静作用有关的化学物质——是一种氨基酸,可能有助于氮生物化学和植物材料的合成。
 
这些化合物的某些组合最初吸引人们到野生茶树,但从那时起,它们的相对丰度可能已经被人工选择所改变。“我毫不怀疑我们开始喜欢茶是因为咖啡因,”Orians说,“但是我们也喜欢兴奋剂的味道。早在8世纪,关于茶的早期文献就显示,茶通常是用洋葱、生姜、盐或橙子等额外的调味料调制而成的,这表明单是茶本身就不好吃。茶叶加工技术的创新提高了茶叶的口感——这些方法可以从同一种植物中生产绿茶、白茶、红茶和乌龙茶——但茶叶也可能是为了更好的口感而培育出来的。当然,即使在今天,人们仍在尝试用新的口味来种植茶叶品种——通过选择性育种培育出的品种。但是味道是什么时候开始驱动选择的还不清楚。
 
随着植物被驯化,它们在基因上越来越不同于野生祖先。它们积累的突变构成了种植者所选择的性状的基础,而在靠近这些突变的染色体区域发现的变异可以沿着它们传播。随着时间的推移,随机的基因差异也会累积起来。因此,物种在基因上发生了变化,每一株被种植者与其他株分开的植物也会形成自己的基因图谱。没有野生祖先的特征,这些变化无法直接观察到,但对当前菌株的基因型进行分类使遗传学家能够推断这段历史。
 
对栽培菌株之间遗传差异的分析最可靠地揭示了菌株之间的密切关系。两种菌株的亲缘关系越密切,它们就越有共同的祖先。因此,遗传学家可以分析今天的品种,绘制描述它们之间关系的家谱。为栽培植物推导这样的进化史是复杂的杂交品种之间,但杂交结果通常有基因型,这显然是两个不同的亲本基因集的混合物。
 
遗传学家还可以推断出茶农选择了哪些基因组区域。当一种有利的基因特征在人群中迅速传播时——由于农民选择只培育具有这种特征的茶树——整个染色体区域就搭上了顺风车。这意味着基因组区域的其他版本将被淘汰,而且基因组的长度在株与株之间不会有太大变化——这对遗传学家来说是一个确定的信号,表明该区域包含一个或多个与有价值的性状相关的基因。
 
20年来,研究人员一直在利用遗传学来确定茶种之间的关系,并应用了越来越复杂的遗传工具。现在大约有1500个品种,按照传统的方式进行分组。最明显的区别是中国茶(C. sinensis var. asamica)和阿萨姆茶(C. sinensis var. assamica),阿萨姆茶得名于它最初生长的印度阿萨姆地区。中国茶的叶子比阿萨姆茶小,更能适应寒冷的气候。阿萨姆茶只占中国茶叶的一小部分,但在印度和其他热门国家却广泛种植。然而,这两个品种之间的关系长期以来一直不确定,包括高棉茶在内的其他主要亚型与它们之间的关系也不清楚。
 
中国科学院昆明植物研究所植物进化遗传学家高连明领导的研究表明,茶树有三种不同的遗传谱系。而且,高的研究小组提出了一个具有挑衅性的观点,即这一发现表明茶是在三种不同的情况下被驯化的。第一种是中国茶,作者说它可能来自中国南方。但他们发现了两种截然不同的阿萨姆茶:一种来自中国西南部云南省的茶,另一种来自印度阿萨姆地区的茶。他们的分析还表明,高棉茶本身并不是一个独立的谱系,而是阿萨米卡茶和中国茶的杂交品种。
 
最初的发现是基于来自中国的300份茶叶样本和印度的92份茶叶样本的基因组片段。高教授的团队利用叶绿体DNA和更复杂的测序技术进行的另外两项研究,随后支持了这些分组。长期以来,人们一直认为中国茶和阿萨姆茶可能有不同的起源,但认为阿萨姆茶由两个不同的世系分别驯化而成的观点更具争议。
 
高的团队随后利用其遗传数据来估计这三种血统何时分化。研究人员利用菌株之间的遗传差异,然后估计这些植物中遗传变化累积的速度,就可以计算出这些谱系可能在什么时候拥有共同的祖先。这样的计算表明,中国茶和阿萨米卡茶的品种在2.2万年前就分化了——远远早于任何驯化茶叶的建议日期,这与独立驯化的两个野生种群相一致。
 
中国和印度阿萨米卡族的分化时间要晚得多,为2770年前——在茶叶首次被驯化之后。因此,这些血统是否独立驯化是有争议的。也许,阿萨米卡品种只被驯化过一次,然后由人类从一个地区运送到另一个地区,使它能够在两个地方分别进化。温德尔说:“已经证明有三种不同的基因库,但这与三种不同的驯化方法相去甚远。”
 
中国安徽农业大学茶树生物学与利用国家重点实验室的生物化学家温晓春也对这一结论表示怀疑。广域网的小组在2016年出版的study2茶的进化关系,使用基因组片段,展示了一个清晰的分离驯化c . sinensis,野生茶物种,和显示各种形式基因集群除了assamica品种,尽管他没有比较印度和中国的assamica形式。
 
在同一项研究中,万的研究小组还试图确定基因足迹,以揭示驯化茶所经历的选择过程。他们发现了一些参与产生次生代谢物(包括咖啡因)的酶的选择的初步证据。温德尔说,他们的工作表明,既然有了完整的基因组,这种分析应该会变得更加有力。
 
2017年发表了中华白毛线虫基因组测序(C. sinensis var. assamica genome3), 2018年万氏研究组发表了中华白毛线虫基因组测序(C. sinensis var. asamica genome3)草案。这些数据为茶中咖啡因生物合成的进化提供了线索。万说,他的团队花了10年时间才组装起来的基因组,“为研究茶树的驯化提供了坚实的基础”,从而有可能对不同品系之间的差异进行更详细的调查。首先,对这些全基因组的比较表明,阿萨姆卡和中华种的分化比高的团队所认为的要早得多,最初的估计是38万至150万年前。
 
认为中国茶和阿萨姆卡茶是独立驯化的说法,引起了人们对19世纪事件的注意,当时英国首次试图在印度种植茶叶。19世纪40年代,来自苏格兰的植物学家罗伯特·福琛(Robert Fortune)从中国偷来茶树,在印度建立种植园,并把中国茶农带到了印度。《财富》杂志的这一劫案,与中国只驯养过一次中华线虫的观点是一致的。
 
盗窃案发生时,英国已经在印度种植了一些茶叶,但那是阿萨米卡品种。1823年,同样来自苏格兰的罗伯特·布鲁斯沿着阿萨姆河谷旅行。在那里,他了解到一种野生茶被当地的Singpho人采收和消费——有时作为蔬菜,有时作为发酵饮料。因为这种植物的叶子比他所熟悉的中国茶要大,所以布鲁斯不确定这是否是一种真正的茶。在他死后,他的兄弟查尔斯·布鲁斯开始在印度种植阿萨姆茶——比《财富》早了十多年。
 
 
 
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