利用尖端技術 培育“超級果蔬”

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2023年，新西蘭T&G Global公司的Tutti蘋果在德國柏林果蔬展上驚艷亮相，成為全球首個專為炎熱氣候條件培育的蘋果品種。Tutti外觀呈漂亮的深紅色，果肉甜美多汁，不僅外觀誘人，更重要的是它能在40℃的高溫下茁壯成長?，F(xiàn)在，Tutti蘋果已經(jīng)在美國、智利等地推廣。

隨著地球氣候的不斷升溫，高溫與干旱給果蔬的生長和發(fā)育造成了嚴重影響。為此，科學家利用基因編輯等尖端技術，培育出了一系列氣候友好的“超級果蔬”，包括蘋果、草莓、西紅柿和土豆等多個品種。

高溫讓植物“很受傷”

中國農業(yè)科學院作物所作物基因編輯中心主任謝傳曉研究員介紹說：“溫度和水是影響植物生長、發(fā)育與演化的關鍵環(huán)境因子。全球氣溫持續(xù)創(chuàng)下新高，導致氣候災害頻發(fā)。其中，高溫和干旱成為威脅農業(yè)生產主要災害?！?/p>

謝傳曉指出，嚴酷的高溫和干旱會直接導致果蔬植物死亡。在一般高溫、干旱脅迫下，植物的生長速度會減緩甚至停止，生理生化代謝紊亂，光合作用效率降低，開花結果和繁殖生長能力下降，最終導致作物減產或絕收。

據(jù)美國科學新聞網(wǎng)站報道，在種植季節(jié)，即使氣溫略有上升，許多植物的產量也會顯著降低。例如，在全球范圍內，溫度每升高1℃，水稻和小麥產量分別會下降10%和6.4%。

美國農業(yè)局聯(lián)合會此前報告稱，與去年同期相比，美國罕見的干旱使2023年谷物、水果和蔬菜在內的農作物產量驟降三分之一。據(jù)英國《衛(wèi)報》網(wǎng)站報道，近年來氣候變化已導致荷蘭的許多蔬菜無法正常生長。

新技術打造新品種

謝傳曉介紹道，為幫助果蔬應對氣候變化引起的高溫和干旱，傳統(tǒng)方法主要集中在栽培與管理措施上。如遮陽保墑、積極引水灌溉、精量灌溉、松土延緩水分蒸發(fā)等?！半S著科技創(chuàng)新步伐不斷加快，采用基因編輯等新技術培育耐高溫耐旱品種，也成為應對氣候變化的主要途徑?！?/p>

西班牙白天極端高溫超過40℃，夜間溫度也比較高，如此環(huán)境使蘋果種植異常艱難，但Tutti克服了這一障礙。Tutti由Scired和Scilate兩個品種雜交，歷經(jīng)20多年育種和研發(fā)而成。

Tutti蘋果是“炎熱氣候伙伴關系”項目的產物。該項目旨在培育能在炎熱氣候下茁壯成長的優(yōu)質蘋果和梨。繼Tutti大放異彩后，研究團隊預計未來7年內，將商業(yè)化推廣另5種能適應炎熱氣候的蘋果和梨。

澳大利亞默多克大學作物與食品創(chuàng)新中心主任拉吉夫·瓦詩尼表示，科學家已利用CRISPR等基因編輯工具，生產出對氣候友好的草莓、西紅柿和土豆。

例如，在一項研究中，科學家發(fā)現(xiàn)擬南芥體內名為AtGRXS17的基因與抗旱性有關。當他們將該基因添加到西紅柿中后，“動過手術”的植物在干旱環(huán)境中活力滿滿并結出了果實，沒有“移植”該基因的植物則沒結出果實。

今年2月，以色列和美國科學家利用CRISPR基因編輯技術，培育出耐旱且產量、質量和味道都不變的新型番茄，為開發(fā)其他節(jié)水作物奠定了基礎。

謝傳曉總結道：“采用基因編輯技術可提高作物的耐旱、耐鹽和耐高溫等非生物脅迫的耐受性。例如，編輯與逆境響應相關的基因，可增強作物在極端氣候條件下的生存能力。通過基因編輯技術改良作物的光合作用效率，可提高作物的生產力，同時幫助植物更好地適應氣候變化?！?/p>

尚面臨諸多制約

基因編輯技術作為現(xiàn)代農業(yè)研究的前沿領域，為作物改良提供了新機遇，有助全球農業(yè)未雨綢繆，更好地適應氣候變化。

盡管如此，謝傳曉強調稱：“利用基因編輯技術創(chuàng)造出‘超級果蔬’，目前還面臨公眾接受度低、產品監(jiān)管導致市場化進程慢，以及靶標基因和基因編輯技術等知識產權歸屬與分配等方面的問題。其中知識產權問題可根據(jù)個案具體合同來約定，相對比較容易解決?！?/p>

謝傳曉介紹說：“基因編輯與轉基因明顯不同，基因編輯只改變作物原有的某個或多個基因，可不導入外源基因。”例如，去年6月，美國在餐飲服務中正式推出使用CRISPR技術進行基因編輯的芥菜。經(jīng)過“改造”的芥菜不僅辛辣味被去除，營養(yǎng)與口感得到了改進，且育種時間僅為傳統(tǒng)方法的1/4。

謝傳曉指出，從技術到產業(yè)化應用，從實驗室到“餐桌”，這些“超級果蔬”未來還有很長的路要走，需要政府、科研界與產業(yè)界共同探討，協(xié)商解決。