■本報記者 唐鳳
基因編輯讓番茄重獲美味。
當前，隨著經(jīng)濟和技術發(fā)展，糧食產(chǎn)量連年增加，但全球糧食安全情勢仍不容樂觀。
例如，全世界每年大約生產(chǎn)8000億個番茄，但有多少值得食用呢?
實際上，經(jīng)過數(shù)千年的培育，這種蔬菜已更適合農(nóng)民和銷售商，而不是消費者。番茄藤現(xiàn)在以一種有序的方式生長，從而生產(chǎn)出大量果實。但是，很多研究已經(jīng)證實，番茄的味道和營養(yǎng)在這個過程中迷失了。
植物科學家正在研究這個問題。近日，3個研究組分別闡述了如何制作一種超級番茄：不以犧牲口味換取產(chǎn)量。
這些研究不僅展示了有用性狀是任何被引入到植物中的，還提醒人們關注植物生長和發(fā)育基礎研究的價值。有人稱超級番茄是一場“甜蜜的勝利”，人們開始關注口味和營養(yǎng)，而不僅僅追求產(chǎn)量，同時，也展示了植物學家能為改善世界食品體系做更多工作。
情勢逼人
聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織、國際農(nóng)業(yè)發(fā)展基金會、聯(lián)合國兒童基金會、世界糧食計劃署和世界衛(wèi)生組織等五大機構(gòu)近日共同發(fā)布2018年《世界糧食安全和營養(yǎng)狀況》報告指出，2017年，全球8.21億人處于饑餓狀態(tài)，相當于每9人中就有1人在挨餓，已重回10年前水平。
除了饑餓，隱性饑餓問題也不容忽視。數(shù)據(jù)顯示，全球有20億人因膳食中缺乏這些微量營養(yǎng)素而導致健康受損。世界銀行和國際食物政策所的研究結(jié)果表明，發(fā)展中國家由于營養(yǎng)不良造成的勞動力損失占該國GDP的3%~5%。
目前，氣候變暖已經(jīng)影響到主要糧食作物的產(chǎn)量。氣候變化會對降雨模式和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成影響，導致糧食供應短缺、糧價高漲，而糧食安全較差的發(fā)展中國家所受影響更大。
英國利茲大學戰(zhàn)略研究院院長Tim Benton在近日舉行的“氣候變化和食品體系會議”上指出，氣候變暖將改變糧食產(chǎn)量、質(zhì)量和病蟲害的分布，從而對糧食供應體系產(chǎn)生影響和沖擊，未來全球糧食供應體系會變得更脆弱和低效。
“人們普遍認為，到2050年，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量必須進一步增加50%，才能養(yǎng)活預計的全球90多億人口。而飲食模式的改變進一步加劇了這一挑戰(zhàn)。”瑞士弗里克有機農(nóng)業(yè)研究所的Adrian Muller告訴《中國科學報》記者。
Muller提到，有許多關于實現(xiàn)這一目標的建議，如進一步提高生產(chǎn)和資源使用效率、重視農(nóng)業(yè)生態(tài)學和有機農(nóng)業(yè)，以及減少動物產(chǎn)品和食物浪費等。
干凈生產(chǎn)
其中，有機農(nóng)業(yè)頗受爭議。研究顯示，雖然有機農(nóng)業(yè)比傳統(tǒng)耕作更環(huán)保，但是若不開辟新的耕地，有機農(nóng)業(yè)仍舊無法滿足人類對食物的需求。
“有機農(nóng)業(yè)或許可以在滿足全球食物需求的同時實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，但條件是減少食物浪費和肉類生產(chǎn)。”Muller說。
Muller團隊2017年11月在《自然—通訊》發(fā)表論文指出，模型預測要實現(xiàn)100%的有機農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化同時滿足全球糧食需求，所需耕地要比目前增加16%~33%，還需要減少50%的食物浪費，并且停止生產(chǎn)動物飼料。
此外，控制農(nóng)業(yè)對環(huán)境的負面影響也至關重要。如果農(nóng)業(yè)不斷破壞環(huán)境，反過來環(huán)境壓力又影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，就會陷入惡性循環(huán)。
《自然》近日發(fā)表論文顯示，如果不提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平、改變糧食消費方式、應對人口和收入水平的預期變化，2010年到2050年糧食系統(tǒng)對環(huán)境造成的影響可能會上升50%~90%。
“我們的研究顯示，如果不采取行動，到2050年，與糧食生產(chǎn)相關的地球承載能力極限將被打破。”該論文通訊作者、英國牛津大學的Marco Springmann在接受《中國科學報》記者采訪時表示。
但Springmann研究組同樣發(fā)現(xiàn)，沒有單一措施足以緩解糧食系統(tǒng)給地球環(huán)境帶來的壓力。
研究人員利用國家級詳細數(shù)據(jù)建立了一個全球糧食系統(tǒng)模型，研究與糧食有關的環(huán)境影響。結(jié)果顯示，在全球范圍內(nèi)采用更多以植物為基礎的飲食可以將溫室氣體排放量減少一半以上。除了改變飲食結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術和管理水平、減少糧食損失和浪費也是限制食物系統(tǒng)環(huán)境影響的必要條件。
“如果綜合運用這些措施，那么許多此前預期會增加的環(huán)境壓力或許能緩解。”Springmann說。
同樣，二氧化碳排放不僅影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還可能影響人類營養(yǎng)狀況。
營養(yǎng)全球
美國哈佛大學陳曾熙公共衛(wèi)生學院Matthew Smith和Samuel Myers及同事發(fā)現(xiàn)，除非采取有力的緩解措施，否則二氧化碳濃度預計在未來30至80年內(nèi)將超過550 ppm(百萬分之一)，這可能使許多主要作物的鐵、蛋白質(zhì)和鋅含量減少3%~17%，從而影響世界多地的人類營養(yǎng)狀況。
“多年來流行的理論是，較高的二氧化碳導致植物更快生長，這有利于碳水化合物的形成，而其他重要營養(yǎng)物卻有可能被高碳水化合物所‘稀釋’。”Smith告訴《中國科學報》記者。
實際上，目前全球人口的營養(yǎng)狀況已不樂觀?！妒澜缂Z食安全和營養(yǎng)狀況》報告顯示，有近1.51億5歲以下兒童因營養(yǎng)不良而身材矮小，遠低于各年齡段的身高標準。國際組織呼吁采取措施為人們獲得有營養(yǎng)的食物提供保障，并打破營養(yǎng)不良的代際循環(huán)。
Smith提到，決策者應當監(jiān)測其食品供應的營養(yǎng)含量，并在必要時采取行動，例如重視作物強化或營養(yǎng)補充計劃，以及鼓勵飲食多樣性等。
中國農(nóng)科院生物技術研究所副所長張春義提到，早在2004年5月，農(nóng)科院便針對微量營養(yǎng)素攝入不足造成的隱性饑餓問題，啟動了中國作物營養(yǎng)強化項目，致力于篩選、培育、評價和推廣富含微量營養(yǎng)素的營養(yǎng)強化作物新品種。
“生物強化對改善人民健康水平、提升生活質(zhì)量十分重要，過量攝入低營養(yǎng)高能量食物是導致肥胖癥、糖尿病和心血管疾病的主要原因，迫切需要全社會關注營養(yǎng)健康。”農(nóng)科院作物科學所所長劉春明告訴《中國科學報》記者。
劉春明團隊日前在國際上首次發(fā)現(xiàn)了一種可用于培育高營養(yǎng)水稻的新型育種材料。
“水稻的糊粉層是水稻高蛋白、不飽和脂肪酸、維生素、微量元素的主要儲存場所。我們篩選的糊粉層加厚水稻品系跟普通全米比較蛋白質(zhì)、維生素、膳食纖維、鋅、鐵、鈣增加了30%~300%;跟白米比較增加了2~10倍。”劉春明說。
研究人員將誘變過的種子從中間切開，利用不帶胚的一半分析其糊粉層厚度，帶胚的一半保留獲得后代，共篩選了近3萬粒種子，獲得了這種糊粉層加厚的品系。相關成果在線發(fā)表于美國《國家科學院院刊》。
但推進營養(yǎng)型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，“需要全社會關注、進行科普知識教育、政府的扶持和支持、企業(yè)參與才可以實現(xiàn)”。劉春明說。
“雖然，我們無法預測未來的飲食會發(fā)生怎樣的變化，也無法捕捉到數(shù)十億人日益惡化的健康狀況，但無論如何，全球減排努力將是幫助避免潛在危害的最直接方式。”Smith說。
