100年后农业与因应气候变迁作物

发布者:网站管理员
发布时间:2020-03-26 23:00
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日本京都立命馆大学的研究学者为了因应气候变迁与未来全球人口爆炸可能造成的粮食不足危机,进行相关议题研究,说明气候变迁的发生或许是重演1万多年前冰河时期的情况;而发现生成果胶的酵素,也为植物生理控制的研究门槛迈进一步。


  根据联合国统计,2050年全球人口将成长将近至100亿。为了避免粮食不足之危机,必须提高农业生产率。

  日本京都立命馆大学古气候学家中川毅(Takeshi Nakagawa)教授表示:“农业在面对气候变迁时,有着脆弱的致命伤”,的确,气候变化过于剧烈的话,将难以稳定的收成。 

  但是,为何古气候学家会发出这样的警告呢?其论述是来在自古气候学的知识及见解中,已经有了“地球气候变化史”背景。

为何农业能遍及世界各地?

  日本福井县若狭町有一处水月湖,自数十万年前的远古时代以来,其湖内有被称为“年纹〔1〕”的沉积物,每年一次薄薄地堆积着。 由于水月湖周围不容易受干扰的环境,年纹才能维持原状一直残留到现在。 

中川教授分析年纹中所含植物的化石,揭开了存在于地球的气候史

  中川教授论述:根据考古学的知识及见解,大约1万1千年前农业耕作在世界上开始普及,这也与地球的冰河时期结束后,气候开始变暖的时间一致。

  在异常气候或有自然灾害的年份,沉积物的颜色差异,可直接由目视判断,因此,农业能够普及的重要因素,被简单地认为就是因为“平均气温上升”所致。 然而,此种推论并不能解释,冰河时期温暖的低纬度地区,农业耕作为何尚未普及。

  中川教授逐一调查年纹之后,发现除了温度差异之外,冰河期与温暖期之间也存在的巨大差异——气候稳定性。由于冰河时期气候变动频繁,其变动幅度也很大,因此明言,这就是“剧烈震荡”的气候。

  中川教授表示:“两者相较,自温暖期开始,期间气候一直很稳定,因此推论,气候的稳定,很可能是农业能够普及的决定性因素”。

  尤其是冰河时期的最后几年,水月湖的平均温度跳升了2-3度。 实际上,该数字和联合国跨政府气候变化专门委员会(IPCC所预测的,在未来100年的上升幅度很接近(最低2°C,最高4°C前后)。也就意谓着,未来100年内气温上升的幅度,可能会再发生和大约12,000年前所自然发生的“暖化”相同。

  透过年纹分析,过往暖化可能发生在短暂的一年至三年间。而IPCC预测未来全球温度将上升2至4℃,但这不一定是气候变迁最坏的情况。

  中川教授也解释:“IPCC所预测的背后意涵,与12,000年前完全不同的气候状况,也可能在100年后再次面对。”

  我们不能完全否定,未来的气候是否会如冰河期那样剧烈变化的可能性。倘若真如上述,在温暖而稳定的气候中发展起来的农业,能够适应气候变化到何种程度呢?

发现地球上最复杂结构的酵素、解开植物生长的奥秘

  农业因应气候变化的方式之一即为缩短生长期程,因此,对于植物生长机制(构造及原理)的理解是不可或缺的。植物并没有像动物一样的骨骼,为何植物却能在抗重力的情况下往高处生长呢?

  日本立命馆大学生命科学院石水毅(Takeshi Ishimizu)教授:“那是因为植物有细胞壁。”

  根据石水毅教授的说法,在细胞壁上具有可以牢固地维持植物结构的骨骼功能,和具有可以将细胞彼此附着的黏胶(paste)功能,这两者都是植物生长所不可或缺的。

  黏胶功能的基底,是占细胞壁30%的所谓果胶(pectin)成分,因为该成分可用于增加食品的黏稠度,在市售的果酱和速成甜品上也被使用。在我们的生活上普遍应用,与植物生长同样不可或缺的果胶,其生成过程,到近年仍完全不知。石水教授道:“果胶可说是在地球上最复杂的构造。”

  石水教授认为:因为很难找到生成果胶的酵素。所以,如果能解开果胶的生成过程,对于农作物的生长促进技术也能有所贡献。

  石水教授的研究团队花了六年时间开发可发现生成果胶酵素的方法;其次,也研究了果胶的合成量与植物生长速度之间的关联性,得知生成果胶的酵素越多,植物的生长越快。

  石水教授道:“倘若将来能控制果胶的合成,也就有控制植物生长速度的可能性。”

  石水教授的下一个任务,是探究果胶生成酵素的编码遗传基因。他在阿拉伯芥〔2〕中研究了超过27,000个基因,并在五年内成功鉴定出RRT1基因。

研究自开始至今已以花费了11年的岁月,是世界上第一个发现果胶生成酵素的遗传基因

  石水教授提及:“依据果胶生成酵素的遗传基因RRT1的发现,就能解释为何果胶具有很精妙而类似植物的特性;将此遗传基因RRT1的存在与否及存在数量作为指标,来选择快速成长的植物,也希望这些发现可成为链结未来农业。”

  农业支撑人类的生存。然而,在全球暖化和人口的快速增长的背景下,人们正期望着农业创新。作为来自日本的研究,如何为未来的农业有所贡献,并改变农地田野的景观。

  对于100年后的农业,我们都有着高度期盼。

注1:所谓“年纹”,是可以用来推测年代历史的条纹状痕迹,其日文原文称为“年缟”,而树木上的“年轮”则是以类似圆形轮状呈现。
注2:阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana),又名拟南芥、阿拉伯草,是第一个基因组被完整测序的植物。它是理解许多植物性状的一种流行的分子生物学工具。
文章来源: ASTD https://t.cn/A6Z2Ntv9
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