原標(biāo)題：測(cè)年技術(shù)：重建10萬(wàn)年間水稻從野生到馴化演化史

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

原標(biāo)題：測(cè)年技術(shù)：重建10萬(wàn)年間水稻從野生到馴化演化史

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

◎本報(bào)記者 王延斌 通訊員 謝成才

作為世界三大主糧之一，水稻何時(shí)被人類(lèi)采集利用？從野生到馴化的過(guò)程是怎樣的？如今，科技手段的深度介入能讓10萬(wàn)年前的水稻遺存“說(shuō)話”，為上述問(wèn)題提供答案。

近日，臨沂大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教授于祿鵬團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、浙江省文物考古研究所等13個(gè)單位的研究人員在國(guó)際期刊《科學(xué)》上發(fā)文，揭示10萬(wàn)年間水稻從野生到馴化的演化史。

論文共同通訊作者于祿鵬告訴科技日?qǐng)?bào)記者，科研人員利用浙江上山文化遺址中的水稻植硅體證據(jù)，結(jié)合沉積物的光釋光等測(cè)年技術(shù)，重建10萬(wàn)年間水稻從野生到馴化的演化過(guò)程。

采用光釋光技術(shù)

植硅體被稱(chēng)為植物的“結(jié)石”，是指高等植物從地下水中吸取可溶性二氧化硅后，在其細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外部位置沉淀所形成的非晶態(tài)水合二氧化硅顆粒。

在對(duì)水稻遺存的研究中，光釋光測(cè)年技術(shù)大顯身手。光釋光測(cè)年常用于測(cè)定沉積物經(jīng)日光照射后被埋藏的年代，其測(cè)年范圍覆蓋幾十年至幾十萬(wàn)年。臨沂大學(xué)釋光年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)員王昌盛介紹，礦物晶體在埋藏過(guò)程中，從環(huán)境中接受輻射并儲(chǔ)存能量，這些能量在被光或熱激發(fā)后以光電子的形式釋放出來(lái)，這種現(xiàn)象就叫釋光現(xiàn)象。其發(fā)光量主要由埋藏時(shí)間和環(huán)境輻射強(qiáng)度決定，通過(guò)加熱釋放光的方式被稱(chēng)為熱釋光，通過(guò)光照釋放光的方式被稱(chēng)為光釋光。

對(duì)沉積物進(jìn)行光釋光測(cè)年的流程非常嚴(yán)格。第一步是提取純凈的石英樣本。科研人員在考古現(xiàn)場(chǎng)使用鋼管采集沉積物樣本，并在避光條件下帶回。為避免樣品中的信號(hào)被破壞，需在紅光暗室處理和測(cè)試樣本。首先，使用鹽酸去除碳酸鹽，再用雙氧水去除有機(jī)質(zhì)，留下各種礦物成分。接著，篩選出測(cè)試所需的粒徑范圍，并利用重液浮選技術(shù)，選取密度為2.62—2.70克/立方厘米的石英顆粒。最后，經(jīng)過(guò)氫氟酸刻蝕表面、鹽酸溶解氟化物以及篩除細(xì)小顆粒的步驟，最終獲得純凈的石英樣本。

第二步是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試。在臨沂大學(xué)釋光年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室里，科研人員將石英置于測(cè)片上，用儀器進(jìn)行測(cè)試。儀器通過(guò)光激發(fā)晶體中儲(chǔ)存的天然釋光信號(hào)，隨后使用放射源對(duì)石英施加不同輻射劑量，再次激發(fā)釋光信號(hào)。這樣，科研人員能獲得信號(hào)與輻射劑量之間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出石英在埋藏過(guò)程中儲(chǔ)存的天然信號(hào)所代表的輻射劑量，即古劑量。最后，結(jié)合沉積物中放射元素的含量、地理位置以及含水量等參數(shù)，科研人員能計(jì)算出每年石英可以吸收的輻射劑量，即年劑量率。臨沂大學(xué)釋光年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室工程師安萍解釋說(shuō)：“用古劑量除以年劑量率，就能得出埋藏時(shí)間，也就是沉積物的年代。”

測(cè)水稻真實(shí)“年齡”

“在我國(guó)南方的考古遺址中，由于濕熱的氣候條件，含碳物質(zhì)難以保存，因此難以從中找到進(jìn)行碳14測(cè)年的合適材料。”于祿鵬介紹，隨著釋光測(cè)年技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，大量遺址的年代學(xué)問(wèn)題被解決。

不過(guò)，臨沂大學(xué)釋光年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)水稻植硅體的測(cè)年工作并非一帆風(fēng)順，如何選擇含有植硅體的沉積物就是個(gè)難題。鉀長(zhǎng)石是一種在地質(zhì)過(guò)程中常見(jiàn)的礦物，具有相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，常被用作光釋光測(cè)年的材料。但對(duì)臨沂大學(xué)的科研人員而言，鉀長(zhǎng)石并非開(kāi)展水稻植硅體測(cè)年工作的理想材料。于祿鵬說(shuō)，南方紅土中普遍存在的風(fēng)化作用導(dǎo)致鉀長(zhǎng)石含量極低，這意味著測(cè)年尺度可能受限。而且，考古遺址中的地層擾動(dòng)導(dǎo)致不同年代的土混雜在一起，增加了測(cè)年工作的難度。“如果缺乏足夠經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有通過(guò)各種嘗試來(lái)選擇正確方法，很可能無(wú)法得到準(zhǔn)確結(jié)果，從而與重要發(fā)現(xiàn)失之交臂。”于祿鵬說(shuō)。

幸運(yùn)的是，雖然考古遺址的鉀長(zhǎng)石基本已風(fēng)化殆盡，但石英卻展現(xiàn)出替代材料的優(yōu)勢(shì)，能檢測(cè)到廣泛的年代范圍，保證了10萬(wàn)年研究框架的建立。于祿鵬介紹，考古遺址中的石英很“亮”，在吸收同等輻射劑量情況下能發(fā)出更多光信號(hào)，這意味著研究人員可以對(duì)單個(gè)顆粒或少數(shù)幾個(gè)顆粒的石英進(jìn)行精確的年代測(cè)試。利用單顆粒技術(shù)，研究人員成功區(qū)分出混雜在一起的不同年代的顆粒，有效解決了地層擾動(dòng)帶來(lái)的問(wèn)題，準(zhǔn)確測(cè)定了關(guān)鍵層位的年代，從而測(cè)出水稻的真實(shí)“年齡”。

臨沂大學(xué)釋光年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室目前已獨(dú)立開(kāi)展或與多家研究單位合作，在《科學(xué)》《第四紀(jì)科學(xué)評(píng)論》《地球科學(xué)前沿》等國(guó)際期刊發(fā)表研究論文。于祿鵬說(shuō)，實(shí)驗(yàn)室以豐富經(jīng)驗(yàn)、可靠數(shù)據(jù)贏得了廣泛認(rèn)可，未來(lái)將繼續(xù)深化研究、拓展合作領(lǐng)域，又好又快為合作方解決年代學(xué)問(wèn)題。

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