无水种植植物
[A]自从人类开始种植自己的食物以来,我们就面临着无法预测的友敌:降雨。它的来去没有太多预警,一 大片茂盛的绿叶植物一年就能干枯,第二年就会被吹走。(38)粮食的安全和命运依赖于充足的雨水,在非洲尤 其如此。在那里,96%的农田依赖于降雨,而不是较发达地区常见的灌溉。其后果是:南非持续的干旱————三十 年来最严重的一次————今年将导致至少四分之一的玉米作物受损。
[B]南非开普敦大学的生物学家吉尔·法兰特表示,对那些想在降雨量无法预测的地方种植农作物的人来 说,大自然有很多答案。(43)她正在努力寻找一种方法,从那些适应极端干早天气的稀有野生植物中获取特 性,并将它们用于粮食作物。随着地球气候的变化和某些地区的降雨量变得更加难以预测,这些答案将变得更 加有价值。法兰特说道:“当变得越来越干旱时,我所追求的农业类型的确是为了让人们能够生存下去。
[C]极端的环境会产生极端顽强的植物。在南非铁锈般红色的沙漠中,被称为岛山的陡峭岩石山丘从平原 上拔地而起,就像大地之骨。(36)这些山丘是早期地质时代的遗留物,大部分土壤已被刮光,遭受风吹日晒。然 而,在世界各地的沙漠中,这些和类似的岩层里,一些顽强的植物已经适应了在不断变化的条件下继续生存。
[D]法兰特称它们为复苏植物。在烈日下没有水的月份里,它们会枯萎、萎缩及缩小,直至看起来像一堆灰 色枯叶。(45)但降雨可以使它们在几小时内复苏。她间歇性拍摄的这些复苏视频看起来像是有人正在倒带播 放植物的死亡。
[E]“耐旱”植物与这些顽强植物之间一大区别是:新陈代谢。(40-1)许多不同种类的植物已形成耐受干 旱期的策略。有些植物储存水分来使它们度过干早;另一些则把根深深地扎入地下水源。(40-2)但是,一旦这 些植物耗尽它们储存的水或者用完地下水源,它们就会停止生长并开始死亡它们也许能够应对一段时间的干 旱,而且许多人用“时旱”这个术语来描述这种植物,但它们实际上从未停止消耗水的需求,所以法兰特更喜欢称 它们为抗旱。
[F]复苏植物,被定义为那些每克干物质通过摄取不足0.1克的水就能够复苏的植物,它们是不同的。它 们缺乏蓄水结构,而且它们生长在岩石表面,这阻止了它们利用地下水,所以它们反而形成了改变其新陈代谢的 能力。(44-1)当它们察觉到延长的干旱期时,它们会改变新陈代谢,在它们的组织中产生糖、某些应激相关蛋白 以及其他物质。当植物干枯时,这些物质呈现蜂蜜的特性,然后是橡胶的,最后进入一种类似玻璃的状态状态 是“植物可以维持的最稳定状态。”这减缓了植物的新陈代谢并保护其干枯的组织。这些植物还 会改变形状,萎缩以使表面积最小化,剩余的水正是通过植物表面蒸发掉的。(44-2)它们可以从数月或数年的 无水状态中恢复过来,这取决于具体的物种。
[G]还有什么东西能做到这种干枯又复苏的把戏呢?种子—几乎所有的种子。在职业生涯之初,法兰特 研究了“顽拗性种子”,比如鳄梨、咖啡豆和荔枝。虽然美味,但这些种子非常娇弱————如果干枯了,它们就不能 发芽生长(如果你曾尝试过用鳄梨核来种树,你就可能知道这一点)。在种子的世界里,这令它们非常见,因为 大多数开花植物的种子都很健壮。(42)大多数种子可以等到干早的、不宜生长的季节结束,到条件造合,空 们就会发芽。然而,一旦开始生长,这些植物似乎就不再具有暂停其茎叶陈代谢的能力。
[H](37)完成与种子有关的博士学位后,法兰特开始研究是否有可能分离出使大多数种子如此迅速恢复 活力的特性,并将其转移到其他植物组织上。在过去的二十年里,法兰特和其他人所发现的是,有很多基因参与 了复苏植物的应对干旱,她们正试图弄清楚哪些分子信号转导过程激活了复苏植物的种子发育基因————以及如何将其复制到农作物上。 “大多数基因是由一组主导基因调控的,”法兰特说道。“我们正在研究基因启动子以及什么会是它们的主开关。
[I]一旦法兰特及其同事觉得她们对打开哪个开关有了更好的认识,她们就得找到在有用作物上如此做的 最佳方法。法兰特说道:“我正在尝试三种育种方法,”常规方法、转基因法和基因编辑法。(41)她表示自己意 识到很多人不想吃转基作物,但她正在推进每种可用的工具,直到其中一种发挥作用。农民和消费者都可以 选择是否使用任何一种盛行的版本:“我正在给人们一个选择。”
[J]去年,法兰特和复苏行业的其他成员聚在一起讨论了复苏植物的最佳物种,以便用作实验室模型。就像 医学研究人员用老鼠来测试人类医学治疗的想法一样,植物学家用实验室或温室环境中相对容易生长的植物来 测试他们对相关物种的看法。昆士兰岩石紫罗兰是至今为止研究得最成功的复苏植物之一,去年一个中国团队 发表了它的基因图谱草稿。同样是在去年,法兰特及其同事发表了一篇关于另一个候选对象维柯萨的详细分子 研究,这是一种坚硬如钉的南非植物,花朵像百合,法兰特表示,基因组正在研究中。这些模型中的一个或者两 个都将帮助研究人员在试验国测试他们的想法一目前大部分是在实验室里完成的。
[K]首先理解基础科学是关键。已有充分的理由可以说明农作物为什么还不使用干旱防御。例如,从常规 的新陈代谢转换为几乎无水的新陈代谢会消耗大量的能量。了解农民可能期望获得怎样的产量以及确定植物 的安全性也将是必要的。(39)法兰特说道:“产量永远不会很高”,因此这些植物针对的不是试图从高产农田中 榨取更多金钱的爱荷华州农民,而是那些需要帮助才能挺过像如今南非这种干旱的维挂生计型农民。“我的愿 景是帮助维持生计的农民,”法兰特说道。“我的目标是具有非洲价值的农作物。”