近年來(lái)，一系列農作物生物技術(shù)取得突破，這些技術(shù)有望提高農作物產(chǎn)量，降低農業(yè)對環(huán)境的影響，幫助人們應對未來(lái)的氣候變化，為不斷增長(cháng)的人口提供更好的營(yíng)養，預示著(zhù)一場(chǎng)新的“綠色革命”到來(lái)。

　　高產(chǎn)新小麥品種催生第一次“綠色革命”

　　第一次“綠色革命”出現于20世紀60年代，隨著(zhù)一系列科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的出現，糧食產(chǎn)量與日俱增。其中最引人注目的是美國農學(xué)家諾曼·博洛格成功培育出高產(chǎn)抗病的半矮稈小麥品種，這種小麥使谷物產(chǎn)量增加了一倍多，成為應對世界糧食危機的關(guān)鍵。這項農業(yè)技術(shù)的推廣，被稱(chēng)為“綠色革命”。

　　隨后，其他作物育種家在博洛格的基礎上更進(jìn)一步，提高了其他主要谷物的產(chǎn)量。自1961年以來(lái)，全球谷物產(chǎn)量增長(cháng)了400%，而世界人口增長(cháng)了260%。博洛格因其成就于1970年獲得諾貝爾和平獎。

　　博洛格歷經(jīng)20年艱巨的雜交工作培育出高產(chǎn)抗病的小麥品種。今天，作物育種家正在現代生物技術(shù)工具的加持下，顯著(zhù)提高作物產(chǎn)量、耐受干旱以及對抗病蟲(chóng)害的能力。

　　新技術(shù)大幅減少氮肥使用量

　　在第一次“綠色革命”時(shí)期，農作物需要增加化肥施用量才能獲得更高的產(chǎn)量。但有些肥料會(huì )對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

　　例如，農作物未吸收的氮和其他肥料流經(jīng)地表會(huì )刺激河流、湖泊和沿海地區中有害藻類(lèi)的生長(cháng)。過(guò)量的氮肥會(huì )被土壤細菌分解，導致大氣中二氧化氮的濃度不斷上升，二氧化氮導致全球變暖的“威力”是二氧化碳的300倍。此外，利用大氣氮生產(chǎn)工業(yè)氨是能源密集型產(chǎn)業(yè)，預計到2050年，氮肥的生產(chǎn)將消耗全球能源的2%。

　　好消息是，兩個(gè)現代植物育種團隊取得重大突破，將大幅減少農作物生產(chǎn)所需的氮肥量。

　　今年7月，中國研究人員在《科學(xué)》雜志報告稱(chēng)，基因OsDREB1C在水稻中猶如一個(gè)“分子開(kāi)關(guān)”，可以顯著(zhù)提高水稻的光合作用和氮素利用效率。進(jìn)一步的田間試驗證明，在水稻品種中增強表達這種基因，可使水稻產(chǎn)量提高30%以上，氮素利用效率提高25%以上。而且，本次發(fā)現的關(guān)鍵基因不只限于水稻內，還廣泛存在于玉米、小麥等作物基因組中。

　　氮對植物生長(cháng)至關(guān)重要，但植物不能直接將空氣中的氮氣轉化為它們可以利用的形式。花生和大豆等豆類(lèi)植物有根瘤，可以利用固氮細菌為植物提供氮肥。水稻和小麥等谷物植物則沒(méi)有這種能力，必須依靠從土壤中的肥料中吸收無(wú)機氮，例如氨和硝酸鹽。

　　今年7月，美國加州大學(xué)戴維斯分校一組研究人員報告稱(chēng)，他們成功地對水稻品種進(jìn)行基因編輯，使其根部適合固氮細菌。因此，當在有限的土壤氮條件下生長(cháng)時(shí)，基因編輯品種的水稻產(chǎn)量會(huì )比常規品種高20%至35%。相關(guān)研究刊發(fā)于《植物生物技術(shù)雜志》。

　　研究人員表示，這一發(fā)現每年可為美國農民節省數十億美元的化肥成本，同時(shí)也有益于環(huán)境。他們相信，這一基因編輯技術(shù)可以應用于其他谷物作物。

　　利用動(dòng)物肥胖基因讓植物“增肥”

　　據美國《理性》雜志報道，來(lái)自北京大學(xué)、貴州大學(xué)以及美國芝加哥大學(xué)研究團隊利用動(dòng)物肥胖基因讓植物“增肥”。科學(xué)家們將動(dòng)物肥胖基因FTO轉入到水稻細胞中，用它來(lái)控制基因表達，以提高農作物產(chǎn)量。具體來(lái)說(shuō)，就是將FTO基因片段搭載于環(huán)狀DNA，通過(guò)根癌農桿菌侵染植物細胞。FTO基因在水稻細胞中表達的蛋白，可以擦除RNA甲基化修飾m6A，并且影響相關(guān)RNA功能表達。

　　在實(shí)驗室條件下，新品種水稻的產(chǎn)量是原來(lái)的3倍。田間試驗中植株的質(zhì)量提高了50%，產(chǎn)量也提高了50%。而且作物的根更長(cháng)，光合作用更有效，能夠更好地抵御干旱的壓力。

　　重要的是，這項技術(shù)在水稻和馬鈴薯植株上取得了相似的結果，而這兩種作物并不特別密切相關(guān)。這表明，這一基因可以在廣泛的植物中發(fā)揮作用，相關(guān)研究刊發(fā)于《自然·生物技術(shù)》雜志。

　　《理性》雜志在報道中指出，這場(chǎng)由新生物技術(shù)推動(dòng)的“綠色革命”預示著(zhù)一個(gè)未來(lái)——使用更少的肥料提升農作物產(chǎn)量，最終獲得更多糧食，這有助農田恢復，減少水污染及溫室氣體排放。