主页 > 房产

农业领域的一大突破,科学家创造“超级农作物”、产量提升40%

时间:2019-05-14 来源:意思家居

据不完全统计,2018年的全世界人口总数已经超过了76亿、且呈现有增无减的趋势,照这一趋势发展下去,21世纪中期(即2040年至2070年之间),全世界的人口总数将超过100亿。假如21世纪中期的全球人口总数一定突破100亿,那么,一个实实在在、迫在眉睫的问题就摆在了今时今日的人们面前:我们要如何养活100亿人?各个国家能否守住粮食安全的防线?相关领域的科学家们认为,若要养活100亿人口,我们必须在21世纪中期之前,把全世界的农业水平再提高60%-120%,这是一项非常艰巨的任务,但并不是无法达成。比如1960年至2005年的45年里,全世界的农作物产量从1.84吨/公顷,提升到了3.96吨/公顷,提升的幅度高达135%,这得益于杀虫剂和化肥的使用、高产量农作物品种的培养和灌溉技术的进一步发展和优化等等。近日,一支国际研究团队发布了一则重大消息,他们发现了一种创造“超级农作物”的方法,有望使农作物产量提高40%!

农业领域的一大突破,科学家创造“超级农作物”、产量提升40%

(小麦)

1771年,英国牧师、化学家普里斯特利(J.Priestley)通过密闭钟罩试验,发现了绿色植物的“光合作用”——所谓的“光合作用”是指绿色植物利用太阳的光能,同化二氧化碳和水、且制造有机物质和释放氧气的过程——此后,科学家们发现绿色植物的光合作用也会产生一些“毒副作用”。绿色植物中存在一种名为RuBisCO的酶,光合作用的过程中,RuBisCO会把空气中的二氧化碳变成糖分,成为植物体内的有机组成部分,不过,RuBisCO也能与氧气结合,生成一种有毒的代谢产物。为了防止中毒,绿色植物不得不采用一种名为“光呼吸”(photorespiration)的方式进行“排毒”,“光呼吸”不仅消耗绿色植物的能量、光合作用所产生的“生物质”(biomass)也会损耗25%左右。故此,对于大部分的农作物而言,“光呼吸”所损耗的能量会减少20%至50%的农作物产量。

农业领域的一大突破,科学家创造“超级农作物”、产量提升40%

(玉米)

“增加光合作用效率”(RIPE)是一项确立于2012年的国际研究项目,旨在研究、探索和改良绿色植物的光合作用,进而提高农作物的产量。此项目的负责人唐纳德.奥尔特(Donald Ort)教授说,仅仅在美国的中西部地区,因为农作物“光呼吸”而每年损失的卡路里,就足以养活2亿人口,如果农作物能够杜绝这一种“浪费”,即可增加农作物的产量了。“光呼吸”是一条复杂的生化通路,涉及了9个酶催化的步骤、且发生于叶绿体、过氧化物酶体、以及线粒体等等多个不同的部位,十分的繁琐。唐纳德.奥尔特教授和同事们设计了3种不同的“替代通路”,用以替换和简化“光呼吸”这一生化通路,第1种“替代通路”里有5种酶、第2种“替代通路”里有3种酶、第3种“替代通路”里有2种酶。与此同时,国际研究团队还使用了RNAi的方法,抑制植物体内的原始通路。

农业领域的一大突破,科学家创造“超级农作物”、产量提升40%

(水稻)

温室筛选的结果表明,第1种“替代通路”中,绿色植物的生物质提升了13%;第2种“替代通路”中,绿色植物的生物质没什么明显的变化;第3种“替代通路”中,绿色植物的生物质提升了24%。更惊人的是,国际研究团队在野外环境里开展的实验里,采用第3种“替代通路”的绿色植物长势更好,其生物质提升了25%以上,辅以RNAi的话,生物质的增长超过了40%!目前,这一研究主要在烟草中完成,唐纳德.奥尔特教授和同事们很乐观的认为,这一技术可以应用于传统的农作物改良中、大幅提升传统农作物的产量,创造“超级农作物”,此后,他们将在大豆、水稻、土豆等等农作物上进行试验。

小考题:你是否接受生物技术改良之后的农作物?会不会担心这一类农作物有什么潜在危害?欢迎你留言讨论。

(本号专注于科技前沿、历史拾遗、奇闻异事和人物品鉴,还望你的关注和订阅,万分感谢!