@ 2016.11.28 , 11:00

科学家发现「亩产万斤」的奥义了!?

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目前世界上大约生活着70亿人,这一数字将在2050年超过90亿。为了满足人们对粮食不断增长需求,联合国粮食及农业组织估计,全球的粮食产量至少需要增加70%。

为了让这一设想成为可能,科学家们已将想出了一种基因编辑的方法,它能够提升植物体内光合作用的效率,从而在不增加农业用地的基础上达到粮食增产的目的。他们的技术已经详细地刊登在近期的《科学》杂志上。

该研究由Bill和Melinda Gates基金会赞助,研究的目的是在未来为发展中国家的农民提供更多的可持续发展农业。

美国伊利诺伊大学香槟分校的研究者Johannes Kromdijk表示,植物的生产利用并没有达到最大化,而这就是你应该思考的关键问题。即便它们在生产过程中达到了最优化,它们也不会一直竟可能的保持下去。

但是为了满足人类对食物的需求,人们需要植物拥有更高的生产能力。美国伊利诺伊大学香槟分校的植物生物学教授Donald Ort说道,这已经不是科学家首次致力于在基因领域提高作物产量了。

在20世纪50年代到80年代,科学家们就已经开始研究如何提高植物吸收辐射的能力。时至今日,最好的作物能够在生长季吸收90%的光照。科学家们还致力于如何提高收获指数(植物地上部分能作为食物干物质量的百分比),现在种子中的生物量能达到50%-60%。

Ort博士表示,决定植物产量的其它潜在因素是光能转换效率,该效率指的是植物吸收光照并将其转换成生物质量的能力。在整个第一次绿色革命中,植物的这一能力并没有得到提高。如果会有第二次绿色革命,我们必须提高改进植物的这一转换过程。

但是光合作用通常是一个低效的过程。

阳光直射会伤害植物体内的分子,所以在阳光非常强烈的时候,植物会将光能转化为热能,这一过程被称为光保护作用(一种让植物免于晒伤的防晒机制)。然而,结果很明显,植物的光合作用效率明显下降。

仅仅几分钟的阳光直射,植物的光合作用效率需要几小时的时间才能回复到正常水平。在这段时间中,植物大概会损失接近20%的作物产量。

这种滞后时间在野外环境中并不是什么问题,野外唯一的进化压力是繁殖在基因上的传递。但是这也需要引起人们的重视,尤其是需要在未来30到40年间将人们对食物的需求将翻倍。

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实验室用了烟草植物,因为它们的基因非常容易被修改,研究者们想要知道如果这些烟草植物加快了光合作用的速率将会发生什么。美国加州大学伯克利分校的教授兼劳伦斯伯克利国家实验室的研究员Krishna Niyogi表示,实验改变了参与光合作用的三个基因,植物的叶子及根茎都变得比之前更大了。

在实验室和温室中进行试验之后,这些植物被转移到野外环境。相比于未接受基因改造的植物,这些实验组在22天的时间中增重了14%-20%。

Kromdijk博士表示,没人关心烟草长的怎么样,这种植物只会危害我们的健康,我们让它高产有个卵用。这只是我们的概念产品,下面才是见证奇迹的时刻,我们打算将这项技术用于改良粮食作物。

实际上研究人员将对木薯、大米及豇豆等农作物进行相同的实验,这样可以帮助发展中国家的农民,尤其是非洲撒哈拉以南及东南亚地区。如果这项技术同样适用于这些作物,那么我们就能在不增加农业土地的情况下得到更多的食物。要知道,世界上很多地区的农业用地都非常有限。

可能会有一些活动非常直接的反对基因改造生物并对这一计划造成阻碍,但Niyogi博士表示,但提高生产过程中实际发生的基因变化非常小。

Niyogi还说到,在这个概念中首先要证明的是我们将一种植物的基因放到另一种植物中去,但是所有的植物都有这三个基因。所以从长远来看,我们只是基因的搬运工,而不是从另一种生物体中植入新的基因,因为这些基因早就在植物体内了。

Ort表示,我们需要终结饥饿,这也是非常能说服人的地方。

他还补充道,我们相信这么做是必须的,因为我们要确保这一技术在事态严重乃至我们没有食物的时候拯救世界。也许之后有些事情需要重新进行审议。

本文译自 csmonitor,由译者 千里之外 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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