盖茨基金会支持的基因技术,提高了烟草植物20%的产量

2016-11-21 | 作者: 王心馨 | 标签: 基因技术 烟草 盖茨基金会

十年前,美国伊利诺伊大学的农业科学家们曾提出一个大胆的想法:用基因技术修补植物的光合作用,以提高农作物的产量。

只是当时的想法在科学界遭遇了质疑,并被许多基金会忽视了。但该项目并没有就此夭折,而是收到了比尔及梅林达·盖茨基金会支持,希望该技术能缓解全球贫困问题。

如今,在比尔及梅林达·盖茨基金会支持下,该项目获得了巨大的突破。通过基因修补提高了测试植物烟草20%的产量。相比于农民用传统方法也只能努力提高1-2%的产量,20%的产量提高相当惊人。当地时间11月18日,《科学》杂志刊发了这一研究论文。



研究团队经过多年的计算分析,实验室和田间试验,选择了靶蛋白进行实验,选择烟草则是因为它们很容易进行基因修改。

研究的过程是植物在光照过强时用来保护自己的一种机制。当植物直接接受阳光照射,它们通常会获得比自身需要更多的能量,同时也会激活能帮助它们释放能量的机制。因为一旦不能转移多余的热量,叶子就会枯萎。这个过程被称为非光化学淬灭。

这有点像一个工人采取较短的咖啡休息时间,然后重新回到装配线。对于烟草植物的总体生长来说,作用相当惊人。

但是当乌云遮住太阳,或者叶子处在暗处,缺乏光照会限制光合作用,而且非光化学淬灭过程会花上半个小时时间来调节,同时浪费光能。



通过伊利诺伊大学美国国家超级计算机预测,研究人员发现,在一天时间里,非光化学淬灭过程的缓慢恢复会导致作物产量降低。根据计算结果显示,损失量高的惊人。根据植物类型和当时温度的不同,损失量达到7.5%-30%。

伊利诺伊大学的农作物科学家,该项目的负责人Stephen P. Long,与加州大学伯克利分校的研究人员,非光化学淬灭分子过程专家Krishna Niyogi一起讨论的结果是,提高三种蛋白质的水平,可能会加速恢复过程。

为了验证这一想法,研究团队将三个基因的“组合”(从拟南芥植物中提取)插入到烟草中。利用荧光成像技术,研究团队能够确定,如果转移到暗处,哪一种转基因植物恢复得最快。



通过对比实验,相比于未做改动的烟草,有两种基因改变的植物产量提高的20%,第三种植物产量提高了14%。

当然,烟草并不是该项研究的最终目标。《科学》杂志称,该团队已经成功将基因植入了大米及玉米,并可能发现进一步提升植物对光照条件变化反应的速度。
“我们无法100%确定这项技术对于其他作物也有效。不过因为我们实验的对象是一个所有作物都有的过程,我们相信它会有效的。”Stephen P. Long在接受媒体采访时说。


研究团队,中间为Stephen P. Long

在Stephen P. Long看来,基因工程将带来第二次“绿色革命”,从而让食物的产量大增。就像发生在20世纪60年代-70年代的第一次绿色革命那样,当时先进农业生产技术进入发展中国家,带来了农作物产量的提升,有效地减少了世界饥饿问题。

一直以来,转基因农作物经常受到抨击的原因之一是:转基因技术并没有能够显著提高农作物产量——一个农民也可以在一公顷土地上生产相同数量的玉米或小麦。

现在,伊利诺伊大学的研究可能会改变关于基因工程的讨论。《纽约时报》称,有部分人认为,转基因技术将部分基因从一个物种中移到另一个物种上,这是与上帝开玩笑。

但是,如果真能提高农作物产量的40%-50%,情况就会变得不同。因为这能够帮助全球大部分的贫困人口。也能满足联合国项目的需求——在接下来的20年里实现食物产量增长70%。

“我们是想减轻世界的贫困问题。什么是农民需要的,我们又能如何帮助他们。”监督此项目的盖茨基金会官员凯瑟琳·卡恩说。 

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来源:澎湃新闻

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