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班巴拉豆这些另类食物将是未来人类面对严峻气候的救星

加州大学戴维斯分校(University of California, Davis),正在进行鹰嘴豆的预先育种(Pre-breeding)。 预先育种是将各种已

加州大学戴维斯分校(University of California, Davis),正在进行鹰嘴豆的预先育种(Pre-breeding)。 预先育种是将各种已被驯化的作物品种与它们的野生近缘种杂交的过程,将有用的特征带入,并将无用的特征摒除。 PHOTOGRAPH COURTESY UC DAVIS, CROP WILD RELATIVES

科学家们在厄瓜多搜寻马铃薯、茄子、稻米和番薯的野生近缘种。 PHOTOGRAPH COURTESY L.M. SALAZAR, CROP TRUST

科学家们在厄瓜多搜寻马铃薯、茄子、稻米和番薯的野生近缘种。 PHOTOGRAPH COURTESY L.M. SALAZAR, CROP TRUST

位于基尤皇家植物园里的千禧年种子库。 PHOTOGRAPH COURTESY ROYAL BOTANIC GARDENS, KEW

位于基尤皇家植物园里的千禧年种子库。 PHOTOGRAPH COURTESY ROYAL BOTANIC GARDENS, KEW

一张种子的 X 光照片。 PHOTOGRAPH COURTESY CROP WILD RELATIVES

一张种子的 X 光照片。 PHOTOGRAPH COURTESY CROP WILD RELATIVES

一颗野生红萝卜种子的彩色扫描。 考察队伍中的研究人员在葡萄牙找到一种野生红萝卜,它能够忍受盐土,目前正被研发成能在孟加拉国国栽种的作物。 PHOTOGRAPH

一颗野生红萝卜种子的彩色扫描。 考察队伍中的研究人员在葡萄牙找到一种野生红萝卜,它能够忍受盐土,目前正被研发成能在孟加拉国国栽种的作物。 PHOTOGRAPH BY ROB KESSELER

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:ANITA MAKRI 编译:潘可华):班巴拉豆(Vigna subterranea)和野草可能不是大多数菜单上的首选,但搜寻着现代作物的野生近缘种的科学家,可能已经为我们未来的食物需求找到一个解决方案。

在西非以外可能不太有人知道班巴拉豆(Vigna subterranea ),但这种富含蛋白质的花生表亲,在恶劣的气候和贫瘠的土让中仍能长得头好壮壮,并被列在全球粮食作物种子的优先搜索列表上。 而这份列表上的作物,或许就是在暖化的地球上生存的救命粮食。

跋涉过荒野,躲避过战争、洪水和毒蛇,超过 100 名科学家花费了过去六年时间,追踪对世界粮食安全(world food security)而言很重要的植物。 这些植物已有许久不曾见过,是28种食物与饲料作物的野生近缘种。

他们横跨 25 国进行搜索,从秘鲁的山上找到地中海岛屿塞浦路斯(Cyprus)的旷野,寻找弱小且被忽视,但足够强韧在荒野中生存的植物。 他们在12月初发表了这项发现,填补了全球性基因数据库的缺口。 在气候变迁造成气候不稳定的严酷环境下,这个数据库可以用来缓冲全球粮食供应问题。

这是一项紧急任务。 国际气候变迁小组(International Panel for Climate Change)表示,随着如今气候变迁造成的洪水与干旱影响到食物的供给与价格,一场粮食危机已逐渐显现。 最近的一份报告警告,全球粮食作物产量在接下来的 30 年内将减少高达 30 %。 水资源的短缺更是压迫了粮食系统,威胁到小麦、玉米和稻米的供应──这些粮食加起来,大约占我们摄取的热量总和的一半。

小麦、玉米和稻米等三种主要粮食作物,皆被列在考察的目标列表上,而考察的目的还包括寻找作物的野生版本,例如班巴拉豆、家山黧豆(Lathyrus sativus)、珍珠粟(Pennisetum glaucum )和䅟子(Eleusine coracana)。 这些作物只要离开它们的天然生长地区,就和「家喻户晓的粮食」沾不上边。 其它粮食还包括大麦、茄子、红萝卜和大蕉。

「取代我们现在所食用的食物并非目标。 」全球作物多样性信托基金(Global Crop Diversity Trust)全球倡议的负责人、资深科学家汉尼斯・丹普沃尔夫(Hannes Dempewolf)说道。 全球作物多样性信托基金是管理这项十年计划的国际组织。

「我们都非常眷恋自己的食物,而且由于不同作物背后的文化习俗,要完全取代某种粮食是非常困难的。 」丹普沃尔夫说。

主要概念是,透过从那些在干旱、高盐度或疾病中存活下来、未被驯化的近缘种那里借来的基因,在作物的培植过程中调整被驯化的物种,让作物变得更强壮且适应力更强。

将许多作物囊括在搜索名单中后,可以让我们在遭遇灾难性气候变迁时,有更多种类的食物可以依赖。 有些作物只有在某些开发中国家是重要的,其它则在世界各地都非常重要。

「说得更直接或更戏剧性一点,如果我们在 10 到 20 年内还能享用面包的话,那很可能是因为这项计划成功帮助到过去不曾被保护的小麦野生近缘种。 」丹普沃尔夫说。

补充基因库

保存或改造种子并非新鲜事。 但驯化的过程已让栽培的植物渐渐失去基因多样性,让我们所依赖的粮食作物更无法抵抗疾病和极端气候。 面对未知的未来,且为了让粮食系统恢复韧性,科学家们现在将目光放回到大自然的基因丰富度上。

这项「搜索并救援」的任务只是一项更大努力的一部份。 一个囊括 1750 座基因库的全球网络已搜罗了大量的种子与其它植物素材。 其中最有名的是位于挪威的斯瓦尔巴全球种子库(Svalbard Vault),不论是已被驯化的作物还是野生植物,从维系全球种子多样性的层面来说,斯瓦尔巴全球种子库就是一项终极的备份计划。

近年来,为保留种子所做的努力急速增加,一个由 11 座种子库组成的跨国系统已经就定位,每座种子库都有其专门的作物,例如:秘鲁是马铃薯、菲律宾是稻米、叙利亚则是旱地谷物。

但库存计划还没完成。 这项启动「搜索并救援」的计划的第一步,是团队必须细心的检查已有的库存──也就是确认哪些物种的样品不足或缺失,以及可以在哪里找到它们。

经过六年、超过3000个日子的努力后,这项任务将 371 个不同物种或亚种的 4644 个样本装入袋中,这大约是他们当初计划采集数量的 80%。

收获与失去

班巴拉豆是一个成功的例子。 这个重要物种的野生近缘种在基因库中完全不见踪影,而这项研究从奈及利亚的土让中挖出了 17 份它们的样品,「包括一些非常难找的。 」丹普沃尔夫说。

这种耐性极强的坚果主要由西非小农栽种,禁得起高温与干旱,在贫瘠的土壤中也能长得很好。 它可以生吃当作点心、烘烤或加工成其它食品。 它会是那些即将成为未来粮食的「素人」作物之一吗?

「我对班巴拉豆颇有研究。 」乔・迪佛利斯(Joe DeVries)说。 迪佛利斯是非营利组织──种子系统团体(Seed Systems Group)的领导人,多年来在非洲的种子部门进行研究。 「它在许多国家都是非常重要的作物,包括刚果、马达加斯加、查德和贝南。 」

他说问题在于,目前的培植重点都忽略了它,所以它的产量仍然很少。

在南亚和东非部份地区受到欢迎的家山黧豆(Lathyrus sativus)耐旱性强,能在危急时刻提供粮食。 但食用太多家山黧豆,对成人来说有膝盖以下麻痹的风险,对儿童则可能造成脑部损害。 某次在巴基斯坦的搜索行动中,采集到了家山黧豆毒素较低的野生近缘种,为创造出更安全的品种增添了希望。

在其它区域同样列在列表上的食物当中,东非的䅟子和印度次大陆的木豆(Cajanus cajan)是人们较为熟悉的作物。 团队在秘鲁和厄瓜多找到三种野生马铃薯,利马(Lima)库存充足的国际基因库里皆缺少这些变种。 有一种野生版本的红萝卜在葡萄牙被寻获,它在有盐份且较干燥的土壤中生长良好,目前正被培植用于孟加拉国国和巴基斯坦。 野生燕麦能够抵抗白粉病(powdery mildew),但已被驯化的作物则会被这种疾病摧毁。 从亚美尼亚到塞普勒斯和黎巴嫩一带可以发现野生燕麦的踪迹。 另外,科学家也在肯亚找到基因库中所缺失的、茄子的四种野生近缘种。

但并非所有消息都是好消息。 有时,团队的救援来得太晚。 丹普沃尔夫就亲眼看见尼泊尔的野生水稻因人类造成的栖地改变而受害。 「对我来说,这大概是一个最明显且最紧急的提醒,告诉我们这项任务有多重要。 」他说。

这也是一场大冒险。 在奈及利亚,采集者必须躲过洪水和一场由圣战团体博科圣地(Boko Haram)发起的暴动。 在厄瓜多要寻找一种难以找到的野生水稻变种,则必须穿上带有金属刺的高筒靴以避免被蛇咬伤。 在意大利,要找到一种块茎可食用的豌豆希望愈来愈渺茫──直到一名当地研究员从火车车窗碰巧看见它(并立刻在下一站下车)。

英国基尤皇家植物园(Kew Gardens)千禧年种子库(Millennium Seed Bank)的计划协调员,克里斯・卡克尔(Chris Cockel)表示,除了珍贵样品之外,当地科学家还发现了一种通常会被他们忽略、 对杂草植物的新见解。 「它们会这么有趣的原因,是因为它们一直以来都在边缘求生存,没有受到过任何人类的帮助。 」他说。

打造强壮作物的漫漫长路

每一批被拯救的种子,有三分之一会被保留在采集它们的国家,其余则会迅速被送到基尤植物园种子库的安全保存设施。 在那里,他们会保留最初采集到的种子,同时也会应要求送出样本。 卡克尔已经发送过样本到九个不同国家的基因库,且即将发送样本到另外三个国家。

基因库的培育人员用这些种子研发出味道和长相与我们所知食物相像的品种,但它们拥有生存优势,这是长期在野外生活获得的好处。 这个过程的第一步是「预先育种」(pre-breeding),也就是一种将已被驯化品种与其野生近缘种杂交的费力过程,目的是注入有用的特征,并过滤掉不需要的特征。 目前有 19 种有采集到其野生近缘种的作物正在经历此过程。 但培植的过程是漫长的,得花 10 到 20 年或更长,才会创造出一个农人可使用的认证品种。

这种在种子天然栖地以外进行保存与培植的做法也招来批评。 有人说它无法涵盖到所有需要被保存的种子。 还有人说,将种子从它们的天然栖地拿走后,基因库会更重视研究人员的需求而非小农的需求,尽管小农也能帮助保存原野中的多样性。 作物信托基金指出,他们的工作并非只是让基因库变得更丰富,他们会还依照联合国《粮食和农业植物遗传资源国际条约》(International Treaty on Plant Genetic Resources for Food and Agriculture)分享采集到的东西。

迪佛利斯说,已被驯化的种子与其野生近缘种的杂交,已经默默塑造了我们长期种植并食用的那些作物。 「如果我们没有取得这些活的野生近缘种,就无法替它们进行杂交。 这是极为重要的工作,而身为一名作物遗传学者,我很开心这样的过程正在进行中。 」他说。

这个计划中搜集种子的部份已经完成,而整个计划也将在明年作结束。 团队正在向资助他们的挪威政府争取更多补助。

「与自然界所蕴含的相比,我们所做的研究不过是一点皮毛而已。 」卡克尔说道。

许多野生近缘种仍未被寻获,而已经被采集到的那些仍无法拼凑成科学家想象的全貌。

与此同时,培植人员和研究人员皆可使用那些被拯救起来的种子。 团队中弥漫着一种急迫的气氛。 「他们招募农人在预先育种结束前前来帮忙,这个过去所没有的举动,能缩短从保存到研发出耐气候变迁作物的过程,」丹普沃尔夫说:「这让我们相当兴奋。 」




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