辐射种子对抗世界上最严重的小麦病

在肯尼亚,两种新的小麦品种能够抵抗一种真菌,该真菌甚至击败了诺曼·博洛格的抗性品种。

上周,肯尼亚农民首次看到了两种新的小麦品种,它们能够抵抗全球小麦生产的最大威胁。他们得以在田间并排看到抗性和非抗性的小麦。肯尼亚政府还将赠送第一批种子——六公吨——给种子生产商,希望他们的田地能够作为视觉说服,促使邻居尝试新的品种。

“小麦锈病能够在距离收获仅一周的健康作物上,将其变成一丛丛黑色的茎秆,”国际原子能机构/粮农组织联合计划主任梁渠(Liang Qu)告诉《大众科学》。“他们可以看到其中的区别。”

这些小麦的诞生过程,让我们得以一窥对抗农作物疾病的持续不断的全球性斗争。这些新品种旨在对抗小麦锈病,这是一种真菌,在20世纪50年代的流行病期间,曾一次性摧毁了美国五分之一的小麦产量。(该锈病在美国已不再出现。)诺曼·博洛格,被称为“绿色革命之父”,1970年诺贝尔和平奖得主,曾通过开发抗性小麦品种,几乎根除了小麦锈病。但几代之后,博洛格的小麦已经失效了。锈病已经进化了。而正如新的肯尼亚小麦现在效果显著一样,锈病也会再次进化。

IAEA

1999年,科学家首次确认出现了一种新的小麦锈病,感染了博洛格的抗性小麦。他们将这种新锈病命名为Ug99,以其确认年份和地点乌干达命名。从那时起,这种通过空气传播的锈病已经蔓延到非洲和中东。据国际原子能机构估计,它影响了全球37%的小麦。如果不加以治疗,它会导致70%到100%的作物死亡。专家们担心它可能会到达欧洲粮仓,以及中国和印度。

梁渠的计划,是联合国粮食及农业组织和国际原子能机构之间的一项合作,该计划支持了开发这些新小麦的肯尼亚研究人员。国际原子能机构可能最出名的是处理核灾难,如福岛核电站事故,但它也致力于使用辐射的作物科学技术。

为了培育抗锈病的小麦,肯尼亚埃尔多雷特大学的研究员米里亚姆·基纽亚(Miriam Kinyua)将肯尼亚农民喜爱的小麦种子送往粮农组织/原子能机构联合实验室。在那里,这些种子受到了少量辐射的照射,足以破坏它们的DNA。这创造了一批种子,其中一些可能仅仅是碰巧能抵抗Ug99。然后,基纽亚培育并测试了这些种子的Ug99抗性,最终培育出了两种有效的小麦。整个过程就像是进化过程的加速版本,进化依赖于自然出现在种群中的随机突变。自20世纪40年代以来,作物科学家们一直使用这种称为诱变育种的技术。

Greg Webb / IAEA

诱变育种不被认为是转基因工程,后者是将一种生物的基因引入另一种生物。转基因工程可以快速、有针对性地培育出新品种,但粮农组织/原子能机构联合计划不使用它,因为原子能机构专注于辐射技术。“我们并非说各国不应利用转基因技术,”原子能机构发言人格雷格·韦伯(Greg Webb)说。“我们的工作是帮助各国利用核技术。”

梁渠补充说,诱变育种快速、简单且成本低廉。整个Ug99抗性育种项目耗时四年。

对于肯尼亚的小农来说,种植新品种小麦比使用昂贵的杀菌剂要好。有了这些种子,农民只需要购买或交换一次。在首次种植后,他们可以保留一些谷物作为第二年的作物。

粮农组织和原子能机构对这些新小麦非常兴奋。他们已经发布了新闻稿。他们正在努力在肯尼亚传播信息。肯尼亚可以通过贸易将种子传播给其他国家。但研究人员并没有因此停歇——他们也永远不能停歇。因为他们预计小麦锈病最终会进化出对这些新小麦的抗性,届时他们将不得不培育全新的小麦品种来对抗这种锈病。梁渠估计,这些新小麦可能可以使用三到五年。“我们必须保持警惕,”他说。

 

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Francie Diep 是一位居住在加利福尼亚州圣巴巴拉的科学记者。除了《Popular Science》,她的作品还发表在《Scientific American》、《Smithsonian》及其他刊物上。她对基因、细胞、机器人、档案馆以及互联网上的奇特内容着迷。

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