小麦是世界上最重要的粮食作物,全球有20亿的人口以小麦为主要食粮。在中国,小麦的地位仅次于水稻。
人类栽培小麦历史悠久。1955年在安徽省亳县钓鱼台发掘的新石器时代遗址中,发现有炭化小麦种子;殷墟出土的甲骨文有“告麦”记载,说明公元前1238至公元前1180年小麦已是主要的栽培作物。然而,就是这样一种具有悠久种植史的农作物,却正面临空前的危机,气候变化、疾病和干旱将令它遭遇浩劫。
以澳大利亚为例,昆士兰理工大学格雷斯教授在研究报告中指出,由于全球变暖可能导致澳大利亚主要小麦产区降雨量减少,气温升高,导致小麦生长期缩减,并引发新的病虫害问题,进而造成小麦单产下降。未来30年到50年内,气温将上升3℃,降雨量将减少约20%。在这样的条件下,澳大利亚的小麦单产将平均减少15%,相当于收入减少10亿美元。
幸运的是,一种挽救小麦的策略正在浮出水面。科学家正在从零开始重新创造这种作物,这些“人工合成”小麦的试种有很强的适应性,直到下世纪仍能为数十亿人提供食物。
约3万年前,两种并无亲缘关系的野草——乌拉尔图小麦和拟斯卑尔脱山羊草——自然杂交,形成二粒小麦。时隔约2万年,二粒小麦又与另一种野草粗山羊草杂交,从而诞生了今天的普通小麦。机缘巧合使小麦成为六倍体植物。但这也是它现在的问题所在:这样的植物不能与其它通常只有两个或四个染色体组的物种杂交。如此一来,引入抗盐、抗旱等新特性几近不可能。基因渗入法可以将近缘植物的部分染色体导入小麦,但它的效果不是很显著。因此,培植人员一直致力于最大限度地发挥小麦自身的基因潜力,不断挑选产量越来越高的新变种。
但现在,就连这有限的操作空间也即将用完。小麦天然的基因可变性逐渐耗尽,而这种作物面临着迅速改变的环境。新的真菌病正在出现;而在美国中西部,农场主正遭受一个多世纪以来最严重的干旱。
科学家正为避免灾难而加倍努力。16年前,墨西哥国际小麦和玉米改良中心的科学家发现了让二粒小麦的野生变种与山羊草的野生变种杂交的办法,其结果就是一种不育的三倍体。但这种三倍体植物接触化学物质水仙碱之后,染色体会加倍,从而可以与现代的六倍体小麦杂交。
科学家已用这种技术将二粒小麦和山羊草的数千种野生变种杂交,创造出1000多种人工合成小麦。来自生命力顽强的野生变种的人工合成小麦可与传统小麦杂交,形成具有新特性的小麦。
它们的价值已开始显现。在墨西哥的旱灾地区,一种人工合成小麦的产量比普通小麦高出50%;而在印度、巴基斯坦、厄瓜多尔、澳大利亚和阿根廷等试种地区,它的产量比普通小麦高5%至40%。这是因为这种人工合成小麦的根能伸入地下异常之深,在地下深处找到水分。
另一些试种的人工合成小麦表现出耐极度炎热的特性,有些品种在墨西哥索诺拉沙漠高达40℃的环境中也生长良好。如果气候变化导致气温升高,这样的耐热品种将意义重大。
科学家还开发出了对一系列新出现的作物疾病具有抗性的人工合成小麦。此外。新品种的小麦还可能有其他许多优良特性,例如矿物质的含量更高。
研究人员表示,希望这成为不改变基因开发新作物的一种模式。