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科學家們尋找作物的野生親緣種,應對更惡劣的氣候

生態保護|2019-12-7 10:41

來源:國家地理|作者:ANITA MAKRI|1862人參與|0評論

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科學家們尋找作物的野生親緣種,應對更惡劣的氣候

  美國加州大學戴維斯分校正在進行鷹嘴豆的前育種活動。前育種是將野生親緣種與馴化作物雜交,以轉移有用性狀并去掉不需要性狀的過程。

  供圖:UC DAVIS,CROP WILD RELATIVES

  在西非以外的地方,人們可能對班巴拉花生不太熟悉。班巴拉花生富含蛋白質,能在惡劣的氣候和貧瘠的土壤中生長。班巴拉花生位列全球范圍內尋找糧食作物種子的優先清單上。在不斷變暖的地球上,這些種子可能會起到“救生員”的作用。

  在過去的六年里,100多名科學家穿越荒野,躲避沖突、洪水和毒蛇,尋找到28種對世界糧食安全至關重要的食物和飼料作物的野生親緣種,這些物種都失散已久。

  科學家們的足跡遍布25個國家,從秘魯的山區到地中海島嶼塞浦路斯的田野,搜尋那些瘦弱的、被忽視的而又能在野外生存植物。他們的發現于近日發表,該發現填補了一個全球基因數據庫的空白,該數據庫可用于緩沖全球糧食供應,使其免受氣候變化對天氣的不穩定影響這一嚴酷現實的影響。

  這是一項緊急任務。國際氣候變化委員會稱,糧食危機正在逼近,與氣候變化有關的洪水和干旱已經影響了糧食的供應和價格。近期的一份報告警告說,未來30年,全球的農作物產量將下降30%。水資源短缺給食物系統增加了壓力,威脅著小麥、玉米和大米的供應——這些食物占了我們所攝入熱量的一半。

  上述三種主食是科學家們此次探險的目標,此外還有班巴拉花生、草豆、穇子等野生作物——在其產地之外鮮為人知的作物。其余的食物包括大麥、茄子、胡蘿卜和車前草。

  我們的目標不是取代我們現在吃的東西,Hannes Dempewolf說,他是管理這個10年項目的國際組織全球作物多樣性信托基金(Crop Trust)的高級科學家和該全球項目的負責人。

  “我們和自己的食物都建立了深厚的關系,由于不同作物的文化運作機制,很難完全取代某些作物,”Dempewolf說。

  科學家們試圖通過育種過程幫助農作物變得更強壯、適應性更強,這個育種過程利用從那些經受過干旱、鹽堿環境或疾病考驗的野生作物借來的基因調整普通作物。

  將如此多的農作物納入研究,可能會使我們在面臨災難性的氣候變化時,有更多可以依賴的食物選擇。有些作物只在部分發展中國家起到重要作用,另一些則在全世界都很重要。

  “坦率地說,甚至夸張地說,10-20年后我們仍能享用面包的原因,很可能是因為這個項目幫助保護了以前未得到保護的小麥的野生親緣作物,”Dempewolf說。

  充實基因庫

  保存或操控種子并不是什么新鮮事。不過,隨著時間的推移,馴化已使栽培植物的遺傳多樣性減少,使我們所依賴的作物更容易受疾病和極端氣候的影響。面對不確定的未來,科學家們開始重新關注大自然豐富的基因庫,試圖再次為食物系統注入活力。

  這次搜救行動是一個更廣泛行動的一部分。一個由1750家種子銀行組成的全球網絡已經收集了大量的種子和其他植物材料。最著名的是挪威的斯瓦爾巴種子庫,該種子庫是全球種子多樣性的終極備份計劃,其中儲存了馴化作物和野生作物的種子。

科學家們尋找作物的野生親緣種,應對更惡劣的氣候

  科學家們在厄瓜多爾尋找土豆、茄子、水稻和甘薯的野生親緣種。

  供圖:L.M. SALAZAR,CROP TRUST

  近年來,人類越來越重視保護種子的工作,一個由11個國際種子庫組成的有組織系統已經成立,每個種子庫都有自己的特色:比如秘魯的土豆、菲律賓的水稻、敘利亞的旱地谷物。

  不過,種子庫搜集的種子并不完整。研究團隊首先會竭力地檢查現存的種子,以確定哪些物種沒有得到充分的代表或者缺失,以及在哪里可以找到它們。

  在長達6年、3000多天的探險之旅中,科學家們共采集了來自371個不同物種或亞種的4644個樣本,接近目標樣本的80%。

  優點和不足

  班巴拉花生是一個成功的故事;驇旆N一種重要物種的野生親緣種缺失了,科學家們在探險過程種從尼日利亞找到了17個樣本,“包括一些很難找到的樣本,”Dempewolf說。

  這種頑強的堅果主要由西非的小農場主種植,能夠經受高溫和干旱的氣候,在貧瘠的土壤里生長良好。班巴拉花生可以當作零食生吃,也可以烘烤著吃,或加工成其他食物。班巴拉花生可能是那些有望成為未來食物的不起眼作物之一嗎?

  “我非常了解班巴拉花生,它是許多國家的重要作物,包括剛果、馬達加斯加、乍得和貝寧,” 非盈利組織種子系統組織的負責人Joe DeVries說,他已經在非洲的種子部門工作多年。

  他說,問題在于現代育種工作忽視了班巴拉花生。因此,班巴拉花生的產量仍然很低。

  草豆在南亞和東非部分地區很受歡迎,這種作物能夠經受干旱氣候,并在需要的時候提供食物。不過,如果吃得太多,成人膝蓋以下的部位就會有癱瘓的風險,兒童也有腦損傷的危險。在巴基斯坦進行的一次搜索活動中,科學家們找到了草豆一種毒素水平較低的野生親緣種,增加了創造更安全品種的希望。

  清單上的其他地方食物是一些更常見的作物,比如東非的穇子,印度次大陸的木豆。研究團隊在秘魯和厄瓜多爾發現了三種野生馬鈴薯,而利馬的國際基因庫中都沒有保存。他們在葡萄牙發現了胡蘿卜的一種野生親緣種,這種胡蘿卜在鹽堿地、干旱土地都能很好的生長,目前研究者正在孟加拉國和巴基斯坦進行育種工作。此外,科學家們在從亞美尼亞到塞浦路斯和黎巴嫩的廣大地區都發現了抗白粉病的野生燕麥,這種病會對馴化農作物造成嚴重破壞。在肯尼亞,科學家們發現了茄子的四種野生親緣種,基因庫中尚未保存這些物種。

  不過,也不全是好消息。有時,研究團隊來的太晚,無法及時拯救瀕危物種。Dempewolf在尼泊爾發現了野生水稻物種,然而已經因人類造成的棲息地變化而死亡。 “對我來說,這可能是最直接、最迫切地提醒,讓我明白這項工作多么重要!彼f。

  同時探險旅程也是一次冒險。在尼日利亞,采集者們不得不避開洪水和博科圣地組織的叛亂?茖W家們在厄瓜多爾發現了一種罕見的野生水稻品種,為了躲避毒蛇咬傷,大家都穿上了帶有金屬尖的齊膝靴子。在意大利,找到一種帶有可食用塊莖的豌豆的希望正在破滅,直到一位當地的研究人員碰巧透過火車窗戶發現了它(他在下一站下車)。

科學家們尋找作物的野生親緣種,應對更惡劣的氣候

  圖為位于英國皇家植物園的千年種子銀行。

  供圖:ROYAL BOTANIC GARDENS,KEW

  英國皇家植物園千年種子銀行的項目協調人Chris Cockel說,除了珍貴的樣本,當地科學家還發現了他們通常會忽視的野草的新價值!八鼈冎杂腥,是因為它們一直在邊緣地帶生存,不受任何人類的影響!彼f。

  培育更頑強作物的道路很長

  每一批被拯救的種子,有三分之一保存在之前采集的國家。其余的被迅速轉移到位于英國皇家植物園的種子銀行,那里保留著原始的樣本,但會根據要求分發樣本。Cockel已經向9個國家的基因庫發送種子,此外還有3個國家在等待發貨。

  基因庫的育種人員利用這些種子培育嘗起來和看起來都像我們知道的食物,但卻有生存優勢的品種,這也是野外生存帶來的優勢。一切要從“前育種”開始,這是一個艱苦的過程,需要將野生親緣品種與馴化品種雜交,轉移有用性狀,過濾掉那些不需要的性狀。目前,科學家已經對19種野生親緣作物進行育種處理。不過,在農民可使用的認證品種被創造出來之前,還需要漫長的等待——從10年到20年甚至更長的時間。

  這種在自然棲息地之外保存和繁殖種子的方法也受到了批評。一些人認為,這種方法無法涵蓋所有需要保存的物種。另一些人認為,種子銀行在遠離種子自然棲息地的地方對其進行保存,因而更傾向于滿足研究人員的需要,而不是小農場主的需要,而小農場主也能保護種子多樣性。全球作物多樣性信托基金指出,他們的工作不僅豐富了基因庫,還分享了根據聯合國糧食和農業植物遺傳資源國際條約收集的種子。

科學家們尋找作物的野生親緣種,應對更惡劣的氣候

  一粒野生胡蘿卜種子的彩色掃描圖像。探險隊的研究人員在葡萄牙發現了一種野生胡蘿卜,這種胡蘿卜可以在高鹽分的土壤中生長,目前科學家正在孟加拉國對其進行育種處理。

  攝影:ROB KESSELER

科學家們尋找作物的野生親緣種,應對更惡劣的氣候

  一些種子的X射線照片。

  供圖:CROP WILD RELATIVES

  DeVries說,在很長一段時間里,將野生親緣種與馴化作物雜交已經悄然改變了我們種植和食用的作物!叭绻覀儧]有野生親緣種的現存物種,我們就無法完成雜交育種實驗。這是一項非常重要的工作,作為一名作物遺傳學家,得知這項工作仍在進行中我很高興,”他說。

  目前,項目的種子收集工作已經完成,整個項目將在明年完成。為該項目提供資金的挪威政府正在就籌集更多資金進行談判。

  “就目前的情況而言,我們還有很多工作需要做,”Cockel說。

  我們仍缺少大量野生親緣種,而目前采集到的種子并不能描繪出一幅完整的畫面。

  與此同時,育種者和研究人員都可以獲取已經采集的種子。團隊中存在一種緊迫感。Dempewolf說,他們會在前育種結束前召集農民提供幫助,這是一個非常規的舉措,旨在縮短保護和培育不受氣候影響的作物之間的時間!斑@是我們非常興奮的事情!

  • 行者物語 責任編輯:語燃
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