生物科技上的新發現,可望解決全球的糧食危機

作者 | 發布日期 2016 年 04 月 17 日 0:02 | 分類 生物科技 follow us in feedly
Flickr/Toshiyuki IMAI

隨著全世界的總人口爆炸性地成長到突破 70 億大關,讓全人類免於飢餓這件事已經成為日益艱難的一大挑戰。有人主張吃素救地球,因為這樣可以減少食物中的能量,在食物量傳遞過程中的耗損,這個說法的確有其根據,但也有其執行面上的困難。此外,即使有一天大家都茹素,但隨著人口持續攀升,未來還是可能會面臨糧食不足的窘境。因此,如何增加小麥、玉米、稻米及大麥等糧食作物的產量,乃是解決此一危機的首要課題。



農作物的產量還會受到許多逆境因子的影響,諸如乾旱、氣候變遷與土壤鹽化。這些不利作物生長的因子,使得前往生產足夠的糧食這個目標的道路,更顯得崎嶇難行。由來自亞利桑那州立大學生命科學院、北德州大學、美國農業部所屬的兒童營養研究中心,與拜耳醫藥大學的科學家所組成的研究團隊,近期已發展出一種藉由改善植物運用從土壤裡吸收而來的水與養分的方式,提高植物對抗逆境的能力,進而提高植物體的生物量與產量的方法。此項研究成果發表於名為 《Trends in Biotechnology》 的科學期刊中。

此研究論文的第一作者,隸屬於亞利桑那州立大學生命科學院的 Roberto Gaxiola 副教授表示,這項研究成果藉由改善作物的永續性與產能,將有助於農業的升級與確保糧食的充足。我們已經知道如何改良負責製造出植物體內氫離子幫浦此一特定基因的表現。該基因協助將葉片中的光合作用產物移動到植物需要這些養分的部位,以便植物長出更強壯的根部與新葉,以及更飽滿的果實與種子。此基因與被稱為 type 1 H+-PPase (H+-pyrophosphatase) 的酵素形成相關,而它存在於自然界所有的植物體內。

 

既不傷害土地,又能生產糧食

現行的農法經常過度使用肥料,並造成許多環境問題,像是土壤過多的磷酸鹽類溶出而污染水源,並使得海洋中出現一些沒有生物可以存活的區域。過度施肥也會造成土壤中的養分過剩,使得植物不再需要長出強壯的根來吸取養分,因而導致植物根部短小的問題,這些都是在二十世紀初,化學肥料剛開始發展的時候所始料未及的狀況!藉由讓植物能更有效地利用土壤中的水與營養物質,農民將可以投入較少的資源與成本來種植他們的作物。

Gaxiola 副教授認為,強健的根部可以讓植物能夠更有效地吸取土壤中的水分與營養物質。我們一方面將根部的吸收力發揮到極致,同時也把對環境的衝擊降到最低。如此一來,不需要增加土地的負擔就能夠生產出更多的糧食,為環境與人類創造雙贏。

研究結果顯示,藉由調整 type 1 H+-PPase 此一基因的表現,在稻米、玉米、大麥、小麥、番茄、萵苣、棉花,以及指形粟(小米的一種)為材料的試驗中,其根部與地上部(莖與葉)的生長都較為強健,也能夠提升植物對養分的吸收力;同時也發現這些作物對水分的利用能力與對鹽分的耐受性明顯提升。而在指形粟的試驗中,學者更發現其內含的抗氧化物質有明顯的增加。至於其他的作物是否也有此現象,則有賴後續研究來證實。 Gaxiola 副教授表示,接下來的試驗進行方向,應是對這項簡易的生物技術做更深入的研究,以將其在農業上的發展潛力發揮到極致!

(首圖來源:Flickr/Toshiyuki IMAI CC BY 2.0) 

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