環境與生態

不怕鹽害的救世種子

全球農地逐漸鹽化,經過基因改造能耐受鹽份的水稻和蔬果,可供應好幾百萬人的糧食需求,解決全球糧食危機!

撰文/哈里斯(Mark Harris)
翻譯/林慧珍

環境與生態

不怕鹽害的救世種子

全球農地逐漸鹽化,經過基因改造能耐受鹽份的水稻和蔬果,可供應好幾百萬人的糧食需求,解決全球糧食危機!

撰文/哈里斯(Mark Harris)
翻譯/林慧珍


重點提要

■全世界約1/4農地鹽化日益嚴重,對農作物傷害極大。
■植物學家在天然鹽生植物中找到能增加耐鹽性的基因,來改造水稻及番茄。
■這類耐鹽的基改作物可養活全球數百萬人,但反對者擔心基改作物會產生無法預期的影響。


美國阿卡迪亞生物科學公司的執行長雷伊(Eric Rey)從公事包拿出一個裝了半碗米飯的塑膠容器,這些飽滿的棕色米飯看起來與一般米飯沒有兩樣、聞起來也差不多。我小心翼翼地取出幾粒米粒送入口中咀嚼,嚼起來也如一般米粒:柔軟、有嚼勁、味道清淡,我必須阻止自己從廚房拿瓶醬油為這米飯加點鹹味。想幫這米飯加點鹹味的念頭似乎有點怪,因為這種稻米是種植在會讓大多數植物死亡的鹽水中。這種水稻經過基因改造,模擬海灣、河口及海岸沼澤常見的一些特殊鹽生植物(halophyte),來適應鹽化環境。我很訝異這種耐鹽基改稻米吃進嘴裡並不會太鹹而吃不消,我同時也試吃了在淡水種植、未經改造的一般稻米煮熟的米粒,在盲檢試驗的情況下試吃,我無法分出兩者差別。

雷伊說,從2012年的生產量來看,「稻米是世界上最有價值的作物,但是在中國部份地區,農地鹽度持續增加,基本上已不能再耕種水稻。」雷伊表示,關於鹽生植物耐高濃度鹽份的基因研究已有新發現,結合現代生物技術,把這些基因轉殖入水稻及其他作物,可望成為餵養地球不斷增長人口的解決之道。全球有1/4的灌溉農地正面臨因灌溉方式不當、導致土壤鹽化的問題,海平面上升也讓數千萬公頃的農田遭受海水入侵。如果能在這種鹽化農地耕種作物,可餵養不斷增長的人口,對於滿足本世紀中葉全球增加的20億人口的糧食需求,可說是重要的一步。

加州大學戴維斯分校的植物學家布倫沃德(Eduardo Blumwald)表示,這並非空想,阿卡迪亞公司的水稻正是以他的研究成果為基礎而研發出來的基改作物。他說:「在水質不良、微鹹以及回收再利用的水中、甚至在稀釋的海水中種植農作物,我認為目前是可行的。」布倫沃德的溫室坐落在西雅圖南方約1130公里處,淺淺的鹹水池中長滿了高大翠綠的水稻。他與來自世界各地的科學家正嘗試把天然耐鹽植物的基因轉殖到一般作物,除了稻米,還包括小麥、大麥和番茄(棉花也正在研發中)。

然而,為了讓這些救世種子落地生根,它們必須種植於溫室外,來證明它們可以在暴風雨、乾旱和捕食性昆蟲肆虐的現實嚴苛環境下生長,這些基改作物也必須禁得起政治家、科學家和農民對於基改作物安全和管理問題的質疑炮火。

即使這些基改作物滋味鮮美,人們還是會因為它是基因工程的產物而不願接受,擔心這些基因轉殖到其他作物會產生無法預料的後果。反對者說,這類基改計畫讓世界上一些最貧窮、最脆弱的人民暴露於不確定性當中。此外,環境顧問柯特(Janet Cotter)指出,研發能夠在鹽化環境下種植的作物,只會讓不良的灌溉方式更不節制。她表示:「一旦採用不好的灌溉方式,等於背離永續之路。」


天然鹽生植物的奧秘

鹽生植物又稱耐鹽植物,能適應含鹽環境。紅樹林就是一種鹽生植物,這種植物形態較為少見,有著球狀突起、稀疏怪異的葉片、突起的根,外觀與味道往往讓人提不起胃口。人們嘗試推廣鹽生植物,早期是因紅樹林能做為建築材料、具有豐富油脂、能生產生質燃料,或能做為動物飼料等優點。1998年,研究人員在Scientific American撰文,提出在全球各地大量種植鹽生作物來養活人類的構想。但由於他們所提出的利基作物並沒有市場,這個構想宣告失敗。在1990年代中期布倫沃德開始研究鹽生植物之前,它們一直被視為植物中的異類。布倫沃德說:「大多數的農業科學家從來沒有想過鹽度,他們想的是如何使作物變得更大、更圓、更富色彩且更香甜。」

然而布倫沃德卻對這些植物裡稱為反向運輸蛋白(antiporter)的一種蛋白質產生了興趣,這種蛋白質能增進鈉離子(鹽)和氫離子交換通過植物細胞膜的效率。水中的鈉離子進入植物組織後會破壞其酵素、進而影響植物外圍的水份運輸,最終影響植物的光合作用。布倫沃德發現,藉由基因工程讓普通作物產生大量反向運輸蛋白,可培育出能在鹽度約為海水1/3的鹹水中生長的植物,且少有不良副作用。這種反向運輸蛋白能把鈉離子推入細胞內的液泡隔絕起來,因而讓鈉離子無法對植物造成傷害。在一些天然鹽生植物中,這些液泡異常大,稱為「鹽囊」(salt bladder)。近年來躍上餐桌的藜麥(quinoa),也是一種鹽生植物,它的鹽囊看起來像葉子上細小的半透明球。

布倫沃德改良了一些英國的家傳番茄(譯註:種植者自行蒐集種子種植、世代傳下的番茄品種,有別於種子公司所販售、經過育種改良的品種),提高其反向運輸蛋白含量,布倫沃德表示,這些植株能生長於「鹽度約是雞湯四倍」的鹹水中,且能長出味甜多汁的紅色圓形番茄,每顆重達好幾十公克。不過這些番茄雖然能在布倫沃德的溫室蓬勃生長,卻還無法通過現實環境的考驗。布倫沃德說:「在溫室裡,你可以把相對濕度控制在40%以上,怎麼種都成功。」然而一旦濕度降低,植物葉面散失較多水份時,會出於保護地關閉氣孔,因此當在實際濕度只有5%、土壤水份不足的田間種植時,種植難度自然大增。


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