■本報(bào)記者 唐鳳
基因編輯讓番茄重獲美味。
當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展，糧食產(chǎn)量連年增加，但全球糧食安全情勢(shì)仍不容樂(lè)觀。
例如，全世界每年大約生產(chǎn)8000億個(gè)番茄，但有多少值得食用呢?
實(shí)際上，經(jīng)過(guò)數(shù)千年的培育，這種蔬菜已更適合農(nóng)民和銷(xiāo)售商，而不是消費(fèi)者。番茄藤現(xiàn)在以一種有序的方式生長(zhǎng)，從而生產(chǎn)出大量果實(shí)。但是，很多研究已經(jīng)證實(shí)，番茄的味道和營(yíng)養(yǎng)在這個(gè)過(guò)程中迷失了。
植物科學(xué)家正在研究這個(gè)問(wèn)題。近日，3個(gè)研究組分別闡述了如何制作一種超級(jí)番茄：不以犧牲口味換取產(chǎn)量。
這些研究不僅展示了有用性狀是任何被引入到植物中的，還提醒人們關(guān)注植物生長(zhǎng)和發(fā)育基礎(chǔ)研究的價(jià)值。有人稱(chēng)超級(jí)番茄是一場(chǎng)“甜蜜的勝利”，人們開(kāi)始關(guān)注口味和營(yíng)養(yǎng)，而不僅僅追求產(chǎn)量，同時(shí)，也展示了植物學(xué)家能為改善世界食品體系做更多工作。
情勢(shì)逼人
聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織、國(guó)際農(nóng)業(yè)發(fā)展基金會(huì)、聯(lián)合國(guó)兒童基金會(huì)、世界糧食計(jì)劃署和世界衛(wèi)生組織等五大機(jī)構(gòu)近日共同發(fā)布2018年《世界糧食安全和營(yíng)養(yǎng)狀況》報(bào)告指出，2017年，全球8.21億人處于饑餓狀態(tài)，相當(dāng)于每9人中就有1人在挨餓，已重回10年前水平。
除了饑餓，隱性饑餓問(wèn)題也不容忽視。數(shù)據(jù)顯示，全球有20億人因膳食中缺乏這些微量營(yíng)養(yǎng)素而導(dǎo)致健康受損。世界銀行和國(guó)際食物政策所的研究結(jié)果表明，發(fā)展中國(guó)家由于營(yíng)養(yǎng)不良造成的勞動(dòng)力損失占該國(guó)GDP的3%~5%。
目前，氣候變暖已經(jīng)影響到主要糧食作物的產(chǎn)量。氣候變化會(huì)對(duì)降雨模式和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成影響，導(dǎo)致糧食供應(yīng)短缺、糧價(jià)高漲，而糧食安全較差的發(fā)展中國(guó)家所受影響更大。
英國(guó)利茲大學(xué)戰(zhàn)略研究院院長(zhǎng)Tim Benton在近日舉行的“氣候變化和食品體系會(huì)議”上指出，氣候變暖將改變糧食產(chǎn)量、質(zhì)量和病蟲(chóng)害的分布，從而對(duì)糧食供應(yīng)體系產(chǎn)生影響和沖擊，未來(lái)全球糧食供應(yīng)體系會(huì)變得更脆弱和低效。
“人們普遍認(rèn)為，到2050年，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量必須進(jìn)一步增加50%，才能養(yǎng)活預(yù)計(jì)的全球90多億人口。而飲食模式的改變進(jìn)一步加劇了這一挑戰(zhàn)。”瑞士弗里克有機(jī)農(nóng)業(yè)研究所的Adrian Muller告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。
Muller提到，有許多關(guān)于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的建議，如進(jìn)一步提高生產(chǎn)和資源使用效率、重視農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)和有機(jī)農(nóng)業(yè)，以及減少動(dòng)物產(chǎn)品和食物浪費(fèi)等。
干凈生產(chǎn)
其中，有機(jī)農(nóng)業(yè)頗受爭(zhēng)議。研究顯示，雖然有機(jī)農(nóng)業(yè)比傳統(tǒng)耕作更環(huán)保，但是若不開(kāi)辟新的耕地，有機(jī)農(nóng)業(yè)仍舊無(wú)法滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)食物的需求。
“有機(jī)農(nóng)業(yè)或許可以在滿(mǎn)足全球食物需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，但條件是減少食物浪費(fèi)和肉類(lèi)生產(chǎn)。”Muller說(shuō)。
Muller團(tuán)隊(duì)2017年11月在《自然—通訊》發(fā)表論文指出，模型預(yù)測(cè)要實(shí)現(xiàn)100%的有機(jī)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化同時(shí)滿(mǎn)足全球糧食需求，所需耕地要比目前增加16%~33%，還需要減少50%的食物浪費(fèi)，并且停止生產(chǎn)動(dòng)物飼料。
此外，控制農(nóng)業(yè)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響也至關(guān)重要。如果農(nóng)業(yè)不斷破壞環(huán)境，反過(guò)來(lái)環(huán)境壓力又影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，就會(huì)陷入惡性循環(huán)。
《自然》近日發(fā)表論文顯示，如果不提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平、改變糧食消費(fèi)方式、應(yīng)對(duì)人口和收入水平的預(yù)期變化，2010年到2050年糧食系統(tǒng)對(duì)環(huán)境造成的影響可能會(huì)上升50%~90%。
“我們的研究顯示，如果不采取行動(dòng)，到2050年，與糧食生產(chǎn)相關(guān)的地球承載能力極限將被打破。”該論文通訊作者、英國(guó)牛津大學(xué)的Marco Springmann在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)表示。
但Springmann研究組同樣發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有單一措施足以緩解糧食系統(tǒng)給地球環(huán)境帶來(lái)的壓力。
研究人員利用國(guó)家級(jí)詳細(xì)數(shù)據(jù)建立了一個(gè)全球糧食系統(tǒng)模型，研究與糧食有關(guān)的環(huán)境影響。結(jié)果顯示，在全球范圍內(nèi)采用更多以植物為基礎(chǔ)的飲食可以將溫室氣體排放量減少一半以上。除了改變飲食結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和管理水平、減少糧食損失和浪費(fèi)也是限制食物系統(tǒng)環(huán)境影響的必要條件。
“如果綜合運(yùn)用這些措施，那么許多此前預(yù)期會(huì)增加的環(huán)境壓力或許能緩解。”Springmann說(shuō)。
同樣，二氧化碳排放不僅影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還可能影響人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)狀況。
營(yíng)養(yǎng)全球
美國(guó)哈佛大學(xué)陳曾熙公共衛(wèi)生學(xué)院Matthew Smith和Samuel Myers及同事發(fā)現(xiàn)，除非采取有力的緩解措施，否則二氧化碳濃度預(yù)計(jì)在未來(lái)30至80年內(nèi)將超過(guò)550 ppm(百萬(wàn)分之一)，這可能使許多主要作物的鐵、蛋白質(zhì)和鋅含量減少3%~17%，從而影響世界多地的人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)狀況。
“多年來(lái)流行的理論是，較高的二氧化碳導(dǎo)致植物更快生長(zhǎng)，這有利于碳水化合物的形成，而其他重要營(yíng)養(yǎng)物卻有可能被高碳水化合物所‘稀釋’。”Smith告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。
實(shí)際上，目前全球人口的營(yíng)養(yǎng)狀況已不樂(lè)觀?！妒澜缂Z食安全和營(yíng)養(yǎng)狀況》報(bào)告顯示，有近1.51億5歲以下兒童因營(yíng)養(yǎng)不良而身材矮小，遠(yuǎn)低于各年齡段的身高標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際組織呼吁采取措施為人們獲得有營(yíng)養(yǎng)的食物提供保障，并打破營(yíng)養(yǎng)不良的代際循環(huán)。
Smith提到，決策者應(yīng)當(dāng)監(jiān)測(cè)其食品供應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)含量，并在必要時(shí)采取行動(dòng)，例如重視作物強(qiáng)化或營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充計(jì)劃，以及鼓勵(lì)飲食多樣性等。
中國(guó)農(nóng)科院生物技術(shù)研究所副所長(zhǎng)張春義提到，早在2004年5月，農(nóng)科院便針對(duì)微量營(yíng)養(yǎng)素?cái)z入不足造成的隱性饑餓問(wèn)題，啟動(dòng)了中國(guó)作物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化項(xiàng)目，致力于篩選、培育、評(píng)價(jià)和推廣富含微量營(yíng)養(yǎng)素的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化作物新品種。
“生物強(qiáng)化對(duì)改善人民健康水平、提升生活質(zhì)量十分重要，過(guò)量攝入低營(yíng)養(yǎng)高能量食物是導(dǎo)致肥胖癥、糖尿病和心血管疾病的主要原因，迫切需要全社會(huì)關(guān)注營(yíng)養(yǎng)健康。”農(nóng)科院作物科學(xué)所所長(zhǎng)劉春明告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。
劉春明團(tuán)隊(duì)日前在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)了一種可用于培育高營(yíng)養(yǎng)水稻的新型育種材料。
“水稻的糊粉層是水稻高蛋白、不飽和脂肪酸、維生素、微量元素的主要儲(chǔ)存場(chǎng)所。我們篩選的糊粉層加厚水稻品系跟普通全米比較蛋白質(zhì)、維生素、膳食纖維、鋅、鐵、鈣增加了30%~300%;跟白米比較增加了2~10倍。”劉春明說(shuō)。
研究人員將誘變過(guò)的種子從中間切開(kāi)，利用不帶胚的一半分析其糊粉層厚度，帶胚的一半保留獲得后代，共篩選了近3萬(wàn)粒種子，獲得了這種糊粉層加厚的品系。相關(guān)成果在線(xiàn)發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》。
但推進(jìn)營(yíng)養(yǎng)型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，“需要全社會(huì)關(guān)注、進(jìn)行科普知識(shí)教育、政府的扶持和支持、企業(yè)參與才可以實(shí)現(xiàn)”。劉春明說(shuō)。
“雖然，我們無(wú)法預(yù)測(cè)未來(lái)的飲食會(huì)發(fā)生怎樣的變化，也無(wú)法捕捉到數(shù)十億人日益惡化的健康狀況，但無(wú)論如何，全球減排努力將是幫助避免潛在危害的最直接方式。”Smith說(shuō)。
