為保護水果和蔬菜免受氣候變化的影響，科學(xué)家們正在開發(fā)種植植物的新方法。圖片來源：美國科學(xué)新聞網(wǎng)站
科技日報記者劉霞
2023年，新西蘭T&GGlobal公司的Tutti蘋果在德國柏林果蔬展上驚艷亮相，成為全球首個專為炎熱氣候條件培育的蘋果品種。Tutti外觀呈漂亮的深紅色，果肉甜美多汁，不僅外觀誘人，更重要的是它能在40℃的高溫下茁壯成長?，F(xiàn)在，Tutti蘋果已經(jīng)在美國、智利等地推廣。
隨著地球氣候的不斷升溫，高溫與干旱給果蔬的生長和發(fā)育造成了嚴重影響。為此，科學(xué)家利用基因編輯等尖端技術(shù)，培育出了一系列氣候友好的“超級果蔬”，包括蘋果、草莓、西紅柿和土豆等多個品種。
高溫讓植物“很受傷”
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所作物基因編輯中心主任謝傳曉研究員向科技日報記者介紹說：“溫度和水是影響植物生長、發(fā)育與演化的關(guān)鍵環(huán)境因子。全球氣溫持續(xù)創(chuàng)下新高，導(dǎo)致氣候災(zāi)害頻發(fā)。其中，高溫和干旱成為威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要災(zāi)害。”
謝傳曉指出，嚴酷的高溫和干旱會直接導(dǎo)致果蔬植物死亡。在一般高溫、干旱脅迫下，植物的生長速度會減緩甚至停止，生理生化代謝紊亂，光合作用效率降低，開花結(jié)果和繁殖生長能力下降，最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)或絕收。
據(jù)美國科學(xué)新聞網(wǎng)站報道，在種植季節(jié)，即使氣溫略有上升，許多植物的產(chǎn)量也會顯著降低。例如，在全球范圍內(nèi)，溫度每升高1℃，水稻和小麥產(chǎn)量分別會下降10%和6.4%。
美國農(nóng)業(yè)局聯(lián)合會此前報告稱，與去年同期相比，美國罕見的干旱使2023年谷物、水果和蔬菜在內(nèi)的農(nóng)作物產(chǎn)量驟降三分之一。據(jù)英國《衛(wèi)報》網(wǎng)站報道，近年來氣候變化已導(dǎo)致荷蘭的許多蔬菜無法正常生長。
新技術(shù)打造新品種
謝傳曉介紹道，為幫助果蔬應(yīng)對氣候變化引起的高溫和干旱，傳統(tǒng)方法主要集中在栽培與管理措施上。如遮陽保墑、積極引水灌溉、精量灌溉、松土延緩水分蒸發(fā)等。“隨著科技創(chuàng)新步伐不斷加快，采用基因編輯等新技術(shù)培育耐高溫耐旱品種，也成為應(yīng)對氣候變化的主要途徑。”
西班牙白天極端高溫超過40℃，夜間溫度也比較高，如此環(huán)境使蘋果種植異常艱難，但Tutti克服了這一障礙。Tutti由Scired和Scilate兩個品種雜交，歷經(jīng)20多年育種和研發(fā)而成。
Tutti蘋果是“炎熱氣候伙伴關(guān)系”項目的產(chǎn)物。該項目旨在培育能在炎熱氣候下茁壯成長的優(yōu)質(zhì)蘋果和梨。繼Tutti大放異彩后，研究團隊預(yù)計未來7年內(nèi)，將商業(yè)化推廣另5種能適應(yīng)炎熱氣候的蘋果和梨。
澳大利亞默多克大學(xué)作物與食品創(chuàng)新中心主任拉吉夫·瓦詩尼表示，科學(xué)家已利用CRISPR等基因編輯工具，生產(chǎn)出對氣候友好的草莓、西紅柿和土豆。
例如，在一項研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)擬南芥體內(nèi)名為AtGRXS17的基因與抗旱性有關(guān)。當(dāng)他們將該基因添加到西紅柿中后，“動過手術(shù)”的植物在干旱環(huán)境中活力滿滿并結(jié)出了果實，沒有“移植”該基因的植物則沒結(jié)出果實。
今年2月，以色列和美國科學(xué)家利用CRISPR基因編輯技術(shù)，培育出耐旱且產(chǎn)量、質(zhì)量和味道都不變的新型番茄，為開發(fā)其他節(jié)水作物奠定了基礎(chǔ)。
謝傳曉總結(jié)道：“采用基因編輯技術(shù)可提高作物的耐旱、耐鹽和耐高溫等非生物脅迫的耐受性。例如，編輯與逆境響應(yīng)相關(guān)的基因，可增強作物在極端氣候條件下的生存能力。通過基因編輯技術(shù)改良作物的光合作用效率，可提高作物的生產(chǎn)力，同時幫助植物更好地適應(yīng)氣候變化。”
尚面臨諸多制約
基因編輯技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究的前沿領(lǐng)域，為作物改良提供了新機遇，有助全球農(nóng)業(yè)未雨綢繆，更好地適應(yīng)氣候變化。
盡管如此，謝傳曉強調(diào)稱：“利用基因編輯技術(shù)創(chuàng)造出‘超級果蔬’，目前還面臨公眾接受度低、產(chǎn)品監(jiān)管導(dǎo)致市場化進程慢，以及靶標基因和基因編輯技術(shù)等知識產(chǎn)權(quán)歸屬與分配等方面的問題。其中知識產(chǎn)權(quán)問題可根據(jù)個案具體合同來約定，相對比較容易解決。”
謝傳曉介紹說：“基因編輯與轉(zhuǎn)基因明顯不同，基因編輯只改變作物原有的某個或多個基因，可不導(dǎo)入外源基因。”例如，去年6月，美國在餐飲服務(wù)中正式推出使用CRISPR技術(shù)進行基因編輯的芥菜。經(jīng)過“改造”的芥菜不僅辛辣味被去除，營養(yǎng)與口感得到了改進，且育種時間僅為傳統(tǒng)方法的1/4。
謝傳曉指出，從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，從實驗室到“餐桌”，這些“超級果蔬”未來還有很長的路要走，需要政府、科研界與產(chǎn)業(yè)界共同探討，協(xié)商解決。
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