來自根部的革命 (I)

來自根部的革命 (I)
知識通訊評論第95期

長久以來農業作物都在地面上尋求增產之道，改良品種施肥殺蟲，雖然那造就了綠色革命，也對環境造成很大傷害。現在育種科學家轉而著眼於作物根部，來開展新的耕作策略。

著眼作物根部是新的策略

植物的根部盤根錯節、骯髒不堪、又深埋腳下，要研究它們簡直是一團糟。要把它們挖出來不但曠日廢時，有時候還會是費力耗勁的事。下鏟得要小心翼翼的，免得傷害到細緻的根分枝形狀、根鬚、以及附著其上的微生物。這些景況在說明了，為什麼農業研究者一直看不到，也不會想到植物的根部。

現在情況有所改變。許多科學家開始認為，根部是他們增進作物收成的關鍵要素，這是超越綠色革命的新努力。起自一九四○年代的綠色革命，進行密集的研發，透過培育高產量作物品種、使用殺蟲劑、肥料與灌溉，大大增加了食物產量。但是食物增產卻伴隨著地下水枯竭，到了一九九八年，氮肥的使用量增加了八倍之譜，帶來像污染水道之類的環境問題。儘管收成大增，仍然有許多人餓肚子，這場綠色革命遺漏了許多發展中國家，這些國家有些土壤貧瘠，能夠取得的灌溉資源與昂貴肥料也很有限。美國賓州州立大學植物營養學家林區 (Jonathan Lynch) 表示，過去採用的那些增產策略，如今無法滿足日漸增長的食物需求。

林區說植物的根是毋須倚賴昂貴資源投入，是二次綠色革命的關鍵。根負責傳導水跟營養素，這是兩項植物最需要，但卻經常有限的生長因素。林區等人論道，若能改善根部的能力，使其利用已經在土地內部的水跟營養素，在這個過程中將「邊際」土地轉為有生產力的土地，那麼又為何要投入更多的水跟營養素呢？

這其中大有改良空間。雖然從事植物育種的人，已經藉由操弄「地上部分」的特性，造就了巨大的收穫（比方說培育出矮短品種，使其將能量放在生產穀物上，而非莖梗），然而根的特性卻並非如此。林區說，我們現在還有辦法可以增加產量的原因，是因為蘊藏在根部的驚人遺傳變異，完全被忽略掉了。

以下是透過根部促進糧食生產，四種最有希望的做法：

訂做根部

當根部的結構是依據環境量身訂做時，它的作用是最有效率的。深根可以汲取乾涸土壤底下的水分，而細緻的淺根則能夠利用困在土壤表面，有限的營養素。

位於澳洲坎培拉的大英國協科學與工業研究組織 (CSIRO) 植物生物學家瓦特 (Michelle Watt) ，試著製造出一種比較適合在旱區生長的小麥品種。瓦特的研究團隊最近研究小麥品種，發現有些品種的根生長的深度，比其他品種深了百分之二十五。該團隊把成長較快、較深的根，與一般廣泛使用的品種交叉配種，發展出四百種新的小麥品種，已經在印度與澳洲進行實地試種。

瓦特也利用新的遺傳工具。瓦特的研究團隊並不一一爬梳小麥基因組裡的一百七十億組鹼基對，而是在跟小麥同科，今年剛完成定序的溫帶草類二穗短柄草，僅有二億七千一百萬組鹼基，小得多的基因組裡，尋找與深根有關的遺傳標記。她的團隊希望這些遺傳標記，能夠讓他們從種子就辨識出，哪些小麥品種比較有可能長出深根，而不用大費周章地去種這些種子，再把它們挖出來測量根的長度。

過去綠色革命大大增加作物產量

林區在賓州州大的研究發現，在水分有限的情況下，根部組織有大量細胞間空氣空間的玉米品種，比沒有這項能力的玉米品種，產量要高出八倍。林區表示，這種植物缺水時，可能是讓根部組織容納更多空氣，藉此減少長出新根部組織的新陳代謝損耗，來讓穀物能得到額外的能量。林區還不確定這項特性對於未來的培育工作，能夠有多大的幫助。他說根部結構的研究目前還在萌芽階段，就好比以管窺天，還會有許多根本無法預測的根部結構特性冒出來。