對(duì)于一個(gè)生活在大城市里,，并且從不擔(dān)心晚上吃不到飯的人來(lái)說(shuō)，糧食危機(jī)可能是一個(gè)遙遠(yuǎn)的詞匯,。但事實(shí)上,，這顆星球的糧食危機(jī)已經(jīng)近在眼前。按照世界人口的增長(zhǎng)速度,，預(yù)計(jì)到2050年,，人類需要的糧食會(huì)是目前糧食需求量的兩倍左右。而另一方面,，隨著城市化的進(jìn)程,，耕地的面積卻很難增加那么多，耕地質(zhì)量反而很可能還會(huì)有所下降,。所以,，改良糧食作物的生物性質(zhì)，提高作物的產(chǎn)量成為戰(zhàn)勝糧食危機(jī)最有效的方法之一,。
土地質(zhì)量下降的原因有多種多樣,，其中，土地的鹽化成為了威脅糧食產(chǎn)量的重要原因之一,。海水的入侵和雨水的淋溶作用都會(huì)鹽化土地,。全球有20%左右的農(nóng)耕土地鹽度過(guò)高，造成了嚴(yán)重的減產(chǎn),。
如同我們吃鹽太多會(huì)覺(jué)得口渴一樣,，植物攝入過(guò)多的鹽分也會(huì)“感覺(jué)”不適。以小麥為例,，當(dāng)土壤中的氯化鈉達(dá)到一定的濃度以后,，小麥的產(chǎn)量就會(huì)下降；如果氯化鈉的濃度進(jìn)一步上升,，小麥植株甚至?xí)谑斋@季節(jié)到來(lái)之前死亡,。
古老的抗鹽基因小麥的根系從土壤中吸收水分,，同時(shí)讓水分從葉片表面蒸發(fā)。這樣,，水就在植物中形成一股下進(jìn)上出的連續(xù)流,。不過(guò)，隨著水分進(jìn)入小麥植株的鹽分卻不能蒸發(fā),，只能留在葉片里,，并開(kāi)始慢慢積累起來(lái),。這些多余的鹽會(huì)讓細(xì)胞中一些必要的酶逐漸失去活性,，甚至還會(huì)讓細(xì)胞脫水。因?yàn)槔先~片比嫩葉片中積累的鹽要多一些,，所以老葉片更易受鹽分所累,，很容易死亡脫落。當(dāng)過(guò)多的葉片失去光合作用的能力,，作物的減產(chǎn)也就不難理解了,。
不過(guò)，也不是所有的植物都像農(nóng)田中的小麥那么脆弱,，甚至連這些小麥的祖先對(duì)鹽的忍耐能力也要強(qiáng)悍得多,。1萬(wàn)年前，當(dāng)人類剛剛在中東的兩河流域定居下來(lái),，并開(kāi)始發(fā)展農(nóng)業(yè)的時(shí)候,，種植的小麥品種叫做一粒小麥。1991年出土的著名木乃伊冰人奧茨的腸道中就發(fā)現(xiàn)了加工過(guò)的一粒小麥,。格里漢姆和他的同事們發(fā)現(xiàn),，在一粒小麥體內(nèi)，存在一個(gè)叫TmHKT1;5-A的基因,。這個(gè)基因也許是讓一粒小麥可以忍耐高鹽土壤的關(guān)鍵,。遺憾的是，隨著人類育種的過(guò)程,，這個(gè)可以賦予小麥抗鹽天分的基因也逐漸消失在歷史長(zhǎng)河中了,。
格里漢姆教授的計(jì)劃是，首先弄清楚這個(gè)抗鹽基因的工作原理,，然后再想辦法讓現(xiàn)代小麥也擁有這個(gè)基因,，提高鹽度較高的耕地上的產(chǎn)量。為什么擁有了這個(gè)基因的小麥就有了抗鹽的能力了呢,？科學(xué)家用了一種很聰明的辦法,。他們把編碼這個(gè)基因的核酸注射到非洲爪蟾的卵子里。選擇非洲爪蟾的卵子的原因是它的體積很大,，肉眼也可以看見(jiàn),，所以很方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,。結(jié)果顯示，這個(gè)抗鹽基因可以編碼一個(gè)鈉離子的通道,，把卵細(xì)胞外的鈉離子運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞里面,。
這樣的結(jié)果看起來(lái)十分奇怪，因?yàn)榘凑罩庇X(jué)來(lái)說(shuō),，幫助植物抵抗過(guò)多鹽分的基因應(yīng)該讓細(xì)胞排出鈉離子才對(duì),，為什么反而會(huì)讓細(xì)胞“吃”進(jìn)更多的鹽呢？原來(lái),，在可以抗鹽的一粒小麥體內(nèi),，并不是所有的細(xì)胞都表達(dá)這個(gè)抗鹽基因。相反的是,，只有在運(yùn)輸水分的導(dǎo)管周圍,，抗鹽基因才發(fā)揮作用。當(dāng)小麥的根部吸收水分以后,，要通過(guò)導(dǎo)管才能到達(dá)葉片,，如果導(dǎo)管周圍的細(xì)胞都具有“吸鹽”的能力，就相當(dāng)于給導(dǎo)管安裝上了一圈“排鹽器”,。就這樣,，從根部吸收的水分就會(huì)在運(yùn)輸?shù)耐局袚p失相當(dāng)多的鹽分。而一粒小麥就是通過(guò)這種方法,，讓到達(dá)葉片的水分中的鹽濃度降到了一個(gè)安全的程度,。這就是這種遠(yuǎn)古小麥可以在鹽地上生長(zhǎng)的秘訣。
既然鑒定出了可以抗鹽的基因,，并且弄清楚了這個(gè)基因工作的原理,，剩下來(lái)的就是一些技術(shù)性的工作了。格里漢姆和他的研究團(tuán)隊(duì)利用雜交育種的方法,，把一粒小麥中的抗鹽基因TmHKT1;5-A引入到了歐洲農(nóng)田里常見(jiàn)的硬粒小麥當(dāng)中,。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硬粒小麥獲得了這個(gè)抗鹽基因以后,，葉片中的鹽含量只有普通硬粒小麥的四分之一到十二分之一,。
雜交小麥的未來(lái)在過(guò)去幾年，很多植物育種學(xué)家也在嘗試改良小麥品種,，增加耐鹽的能力,。不過(guò)，相關(guān)的研究還沒(méi)有走出實(shí)驗(yàn)室,。然而,，僅僅在實(shí)驗(yàn)室取得成功是不夠的，新培育出的小麥品種還必須經(jīng)過(guò)實(shí)際耕地種植的考驗(yàn)才行,。這也是格里漢姆這次研究重要的地方,。因?yàn)樗难芯繄F(tuán)隊(duì)培育出的新品種雜交抗鹽小麥在實(shí)際的耕地中也取得了良好的結(jié)果,。在澳大利亞各地進(jìn)行的田間試驗(yàn)表明，這種新品種的抗鹽小麥確實(shí)可能提高產(chǎn)量,。在鹽地上,，新品種雜交小麥的產(chǎn)量比一般小麥提高了最多25%，而且,，在普通耕地上,，這種雜交小麥也不會(huì)降低產(chǎn)量，換句話說(shuō),，引入抗鹽基因并沒(méi)有給小麥帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān),。
在這項(xiàng)研究中，格里漢姆和他的同事們用的是四倍體硬粒小麥作為材料,，培育出的新品種雜交小麥也是硬粒小麥,。硬粒小麥在歐洲和美洲很常見(jiàn),。這種小麥顆粒的蛋白質(zhì)含量很高,，比較“硬”，是意大利面和通心粉的主要材料,。而包括中國(guó)在內(nèi)的發(fā)展中國(guó)家種植的小麥以六倍體的普通小麥為主,，這種小麥磨出來(lái)的面粉可以用來(lái)制作饅頭和餃子等面食。因此,，如果在六倍體普通小麥上也能引入抗鹽基因,，將會(huì)更好地幫助發(fā)展中國(guó)家提升糧食產(chǎn)量，也就能更有效地緩解全球饑餓問(wèn)題,。
在接受采訪時(shí),，格里漢姆表示，他們現(xiàn)在已經(jīng)通過(guò)雜交育種技術(shù),，成功地把抗鹽基因轉(zhuǎn)入到了六倍體普通小麥中,。這種攜帶新基因的六倍體雜交小麥品種的葉片也可以被很好地保護(hù)，不會(huì)被高鹽分的土壤所傷,，從而讓整個(gè)植株具備了抗鹽的能力,。不過(guò)，雜交六倍體普通小麥的田間試驗(yàn)仍在進(jìn)行中,，以檢驗(yàn)這種新的抗鹽六倍體雜交小麥?zhǔn)欠裾娴目梢蕴岣弋a(chǎn)量,。
這項(xiàng)研究不僅培育出了新的作物品種，還再一次說(shuō)明那些人類作物的野生近親很可能是一座基因的寶庫(kù),。在漫長(zhǎng)的育種過(guò)程中,，人類的作物丟失了很多基因，對(duì)環(huán)境壓力的抗性也越來(lái)越差,。而試著從這些作物的野生對(duì)應(yīng)種里找回那些失去的優(yōu)秀基因,，不失為一種可行的育種辦法,。（生物谷Bioon.com）
