科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

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(gè)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。現(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(yán)重影響。為此，科學(xué)家利用基因編輯等尖端技術(shù)，培育出了一系列氣候友好的“超級(jí)果蔬”，包括蘋果、草莓、西紅柿和土豆等多個(gè)品種。

高溫讓植物“很受傷”

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所作物基因編輯中心主任謝傳曉研究員向科技日?qǐng)?bào)記者介紹說：“溫度和水是影響植物生長、發(fā)育與演化的關(guān)鍵環(huán)境因子。全球氣溫持續(xù)創(chuàng)下新高，導(dǎo)致氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā)。其中，高溫和干旱成為威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要災(zāi)害。”

謝傳曉指出，嚴(yán)酷的高溫和干旱會(huì)直接導(dǎo)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(huì)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(jié)果和繁殖生長能力下降，最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)或絕收。

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

美國農(nóng)業(yè)局聯(lián)合會(huì)此前報(bào)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(nèi)的農(nóng)作物產(chǎn)量驟降三分之一。據(jù)英國《衛(wèi)報(bào)》網(wǎng)站報(bào)道，近年來氣候變化已導(dǎo)致荷蘭的許多蔬菜無法正常生長。

新技術(shù)打造新品種

謝傳曉介紹道，為幫助果蔬應(yīng)對(duì)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。“隨著科技創(chuàng)新步伐不斷加快，采用基因編輯等新技術(shù)培育耐高溫耐旱品種，也成為應(yīng)對(duì)氣候變化的主要途徑。”

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(gè)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(guān)系”項(xiàng)目的產(chǎn)物。該項(xiàng)目旨在培育能在炎熱氣候下茁壯成長的優(yōu)質(zhì)蘋果和梨。繼Tutti大放異彩后，研究團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)未來7年內(nèi)，將商業(yè)化推廣另5種能適應(yīng)炎熱氣候的蘋果和梨。

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

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

今年2月，以色列和美國科學(xué)家利用CRISPR基因編輯技術(shù)，培育出耐旱且產(chǎn)量、質(zhì)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(chǔ)。

謝傳曉總結(jié)道：“采用基因編輯技術(shù)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(yīng)相關(guān)的基因，可增強(qiáng)作物在極端氣候條件下的生存能力。通過基因編輯技術(shù)改良作物的光合作用效率，可提高作物的生產(chǎn)力，同時(shí)幫助植物更好地適應(yīng)氣候變化。”

尚面臨諸多制約

基因編輯技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究的前沿領(lǐng)域，為作物改良提供了新機(jī)遇，有助全球農(nóng)業(yè)未雨綢繆，更好地適應(yīng)氣候變化。

盡管如此，謝傳曉強(qiáng)調(diào)稱：“利用基因編輯技術(shù)創(chuàng)造出‘超級(jí)果蔬’，目前還面臨公眾接受度低、產(chǎn)品監(jiān)管導(dǎo)致市場化進(jìn)程慢，以及靶標(biāo)基因和基因編輯技術(shù)等知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬與分配等方面的問題。其中知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題可根據(jù)個(gè)案具體合同來約定，相對(duì)比較容易解決。”

謝傳曉介紹說：“基因編輯與轉(zhuǎn)基因明顯不同，基因編輯只改變作物原有的某個(gè)或多個(gè)基因，可不導(dǎo)入外源基因。”例如，去年6月，美國在餐飲服務(wù)中正式推出使用CRISPR技術(shù)進(jìn)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(jìn)，且育種時(shí)間僅為傳統(tǒng)方法的1/4。

謝傳曉指出，從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，從實(shí)驗(yàn)室到“餐桌”，這些“超級(jí)果蔬”未來還有很長的路要走，需要政府、科研界與產(chǎn)業(yè)界共同探討，協(xié)商解決。