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沙米Agriophyllum squarrosum(L.) Moq.为苋科藜亚科一年生草本,广泛分布于中亚干旱和半干旱沙区,是流动沙丘和裸露沙地的先锋防风固沙植物。沙米具有较高的食用、保健和药用价值。在唐朝武则天时代,曾作为西北驻军的补充军粮;清朝《康熙几暇格物编》中记载沙米“性暖,益脾胃,易于消化。好吐者食之,多有益。作为粥滑腻可食,或为末可充饼饵茶汤之需。向来食之者少,自朕试用之,知其宜人,今取之者众”。沙米现为闻名的地方美食。至今人类未能成功驯化沙米,所用沙米均采自沙漠,对自然环境造成极大的破坏并影响到沙米产业的持续发展。我们开展历史文献考证、沙米饮食文化调研、沙米遗传资源收集、繁殖和比较,用物理及化学方法诱导沙米突变,期望筛选株型松散但茎秆坚韧的突变体用于防风固沙驯化方向,筛选株型紧凑无尖刺的突变体用于农田栽培驯化方向,在沙地及非沙地同时开展沙米驯化,以期将来在沙区和黄土高原区推广沙米种植。本研究主要结论如下: 1、《子虚赋》中的“东蔷”不是沙米,而是水蓼;《魏书》里的“东牆”也不是沙米,可能是荞麦。至目前为止,沙米均为野生,没有被驯化成农作物。沙米有深厚的饮食文化底蕴。《本草纲目.谷二.东唐》中“东唐”通《子虚赋》中的“东蔷”和《魏书》里的“东牆”,可见其“东唐”也不是沙米。现今以沙米为原料的食品主要有炒沙米、沙米炒面、馍馍、糕点、珍子面、羊肉霍了饭、羊肉转刀面、沙米醋和酒等。 2、沙米野生群体具有丰富的表型多样性,这一定程度上反映其有丰富的遗传多样性,其中多伦县南群体具有最大的千粒重,是沙米驯化育种的良好材料。本研究采集了来自新疆、青海、甘肃、宁夏、3232.19和辽宁的31个沙米野生群体,基本上可以代表我国沙米主要野生资源。沙米种子千粒重介于0.6450-2.1604g之间,最轻者为阜康大沙蒿群体,最重者为多伦县南群体;株高介于18.77-42.65cm之间,最矮为临泽板桥镇直河群体,最高为敦煌鸣沙山群体;主茎直径介于0.15-0.37 cm之间,最细为阜康大沙蒿群体,最粗为都兰县群体;地上生物量介于3.11 g到32.19 g之间,最轻为克什克腾旗群体,最重为都兰县群体。沙米种子代谢组包含106个代谢物,其中有10%差异代谢物与环境适应性有关,例如柠檬酸相对含量,科尔沁沙米高于腾格里沙米,而环亮氨酸相对含量,科尔沁沙米高于腾格里沙米。沙米和藜麦种子有显著的代谢差异物,这些差异代谢物从一定程度上反映出沙米是理想的药食同源食物,另外也反映了其生境差异。 3、沙地和黄土地兼可种植沙米。沙米野生群体在中科院沙坡头站的引种栽培相对成功,各群体对沙坡头站自然环境的适应性不同,但都能完成生活史,产生饱满可育种子。与沙地相比,沙米在黄土地上引种驯化难度较大,主要体现在出苗难。经过3年非沙土的驯化栽培,成功培育3个适应黄土生长的品系,目前可获得750公斤/公顷左右的产量。 4、EMS诱变是沙米种子诱导突变较好方法,用其筛选突变体是可行的。本研究从573个经EMS诱变的M2株系中已经筛选到表皮毛突变体、单秆突变体和早熟突变体各1株。X射线辐射诱变的半致死剂量为450Gy,高于一般植物;重离子辐射诱变的半致死剂量高于160Gy,也高于一般植物,表明沙米种子的抗辐射能力较强。EMS诱变的半致死剂量为0.67%,低于一般植物,表明沙米种子对EMS诱变较敏感,而且EMS诱变方法不需大型设备,简单易行。 沙米驯化初步研究从历史考证、饮食文化调研入手,开展我国沙米资源野外考察和种质资源收集和比较、诱导突变、突变体筛选及农田栽培等研究。结果表明:沙米驯化研究符合国家生态文明建设和粮食安全战略需求,有良好的遗传资源基础,用物理及化学方法诱导突变切实可行,筛选到理想突变体可能性大,沙米可在沙地及黄土地栽培,并可获得一定产量。本项研究将为进一步沙米驯化提供理论依据和技术支撑,为沙区的生态文明建设和国民经济发展做出贡献。