植物生物学家马库斯-塞缪尔十多年来一直致力于提高农作物的气候适应能力。
在卡尔加里大学的研究温室里,他利用最先进的基因编辑技术培育出更耐寒的植物品种,能够抵御温度波动、洪水和霜冻。
不过,虽然他研究过油菜籽、豌豆和其他作物,但他工作中最难以捉摸、最令人兴奋的部分也许是对抗旱小麦的探索。
这绝对是圣杯。塞缪尔说,我认为这是最难解决的问题之一。
塞缪尔只是加拿大和世界各地致力于开发抗旱小麦品系的众多科学家之一。
如果能够实现,这将是农业研究领域最大的胜利之一。
根据联邦皇家公司国际发展研究中心的数据,小麦是种植面积最大的谷物,占世界耕地总面积的 17%。
它是世界 35% 人口的主食,为世界饮食提供的热量和蛋白质超过任何其他作物。
然而,与玉米、大米和大豆等其他主要作物相比,小麦是一种更耐渴的植物,因此更容易受到水资源短缺的影响。
总部位于华盛顿特区的世界资源研究所估计,到 2040 年,全球近四分之三的小麦产量将因干旱和气候变化导致的供水压力而受到威胁。
桑托什-库马尔(Santosh Kumar)是加拿大农业和农业食品部在马恩岛布兰登从事抗旱研究的小麦育种专家,他说他有时觉得自己在与时间赛跑。
库马尔说,预计到 2050 年,世界人口将翻一番,我们需要为人们提供食物。
如果我们不种植足够的小麦,就会出现粮食短缺。
虽然没有一种小麦能在零水条件下存活,但科学家发现,具有某些特征的小麦植株(如更长、更深的根系)在低水条件下存活的机会更大。
利用传统的植物育种方法,可以分离出具有这些理想特性的植物,然后将它们与其他经过挑选的植物杂交,培育出抗旱性更强的新品种。
我们已经取得了进步--今天加拿大农民种植的小麦比 100 年前的小麦更坚硬、更耐磨。但这一过程仍然非常缓慢,需要多年的田间试验。
而真正耐旱的小麦仍然难以实现,即使由于气候变化,对这种小麦的需求变得更加迫切。例如,由于大草原上的极端高温和干旱,加拿大 2021 年的小麦总产量同比下降了近 40%。
根据加拿大统计局的数据,去年加拿大小麦生产再次遭受旱灾,农民的小麦产量比 2022 年下降了 12%。
科学尚未破解这一难题的原因之一是小麦植物本身的复杂性。小麦基因组非常庞大,其 DNA 含量是人类基因组的五倍。寻找更好的小麦性状要比研究遗传特征更简单的作物困难得多。
库马尔说,这就像 50 块拼图与 10,000 块拼图的区别。
2018 年,国际科学家终于完全绘制出了小麦基因组图谱,这一突破带动了基因研究的最新进展。
其中最引人注目的是,阿根廷科学家在 2020 年宣布,他们研制出了第一种转基因小麦,其中含有向日葵植物的抗旱基因。
阿根廷小麦尚未获准在加拿大种植或食用,全球许多市场仍然对转基因作物持敌视态度。
但是,基因编辑的争议性要小于全面的基因改造,加拿大科学家(如加州大学的塞缪尔)正是在这一领域取得了长足进步。
与全面的基因改造不同,基因编辑并不涉及将不同物种的遗传物质拼接在一起。相反,它是一种精确的方法,允许科学家对 DNA 序列进行微小的、有针对性的改变。
2021 年,加拿大政府放宽了对基因编辑作物的规定,称使用该技术生产的种子是安全的,不需要加拿大卫生部和加拿大食品检验局进行特别评估。
加拿大种子行业组织主席埃伦-斯帕里(Ellen Sparry)说,这一决定是一个里程碑,应能加快抗旱小麦的研发。
但她说,明天在研究实验室发现的有希望的菌株仍需要数年的测试和监管工作,才能最终落入农民手中。
她补充说,这就是为什么科学家们必须尽快获得工作所需的公共和私人资金,以便在气候危机造成更大损失之前发现农业的圣杯。
这不是一个'我们能做到吗?斯帕里说,问题是我们能以多快的速度完成这项工作,以应对我们面临的挑战。