如何养活饥饿的地球技术、伦理缺一不可

科普小知识2022-05-27 06:34:02

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到2050年，地球将需要为90亿人提供食物。

这是我们的记者冯唐

到2030年，全球食品需求将增长50%。到2050年，地球将需要为90亿人提供食物。在气候变化和极端天气条件下，维持全球粮食供应和增加农作物产量是人类面临的巨大挑战之一。

也许人们不用等10年就能面对食物问题。3月7日，津巴布韦公共服务、劳动和社会福利部常务秘书朱迪思·卡特拉(Judith Catella)表示，由于干旱和其他原因，预计今年该国将有700多万人面临粮食短缺，占该国人口的40%以上。

然而，面对有限且往往较差的可耕地，人们如何保持和提高作物产量以应对这一重大挑战？

最近，英国驻中国大使馆和英国国家研究与创新局中国办公室联合举办了一系列“未来农场将如何养活全球人口？”在北京举行。来自诺丁汉大学的三位生物科学家带领观众经历了一场长达11000年的农业适应性场景之旅。从有效的育种策略、进化基因组学到这些科学研究方法带来的研究伦理挑战，他们展示了关于野生相关植物和作物起源的知识，以及如何将现代科学和尖端技术结合起来，为人类创造一个可持续的未来。

永恒的气候问题

最近，发表在《美国国家科学院杂志》上的一篇论文显示，到2040年，种植小麦、玉米、水稻和大豆的土地将变得更加干燥，而种植这四种作物的土地将变得更加湿润。

研究人员表示，尽管一些地区的降雨量增加可能意味着作物产量增加，但考虑到海平面上升、气温上升和洪水风险增加等因素，这些地区的作物产量可能不一定会增加。

事实上，科学家们现在已经达成共识，气候变暖，特别是极端天气的增加，将改变粮食产量、质量和病虫害的分布，从而影响和冲击粮食供应系统，而全球粮食供应系统在未来将变得更加脆弱和低效。

克兰菲尔德大学的杰里·诺克斯教授曾经说过，气候变化将导致温度、降雨量和土壤湿度的变化，并改变粮食作物对土地、生长周期、水和能源需求的适应性，从而严重影响农田使用和作物产量，特别是在低纬度和热带地区。

“农作物对气候变化的适应能力是世界迫切需要解决的问题。据估计，到2050年，地球上将有90亿人口，这将需要大幅增加粮食产量。由此带来的最大挑战之一是，尽管淡水和可耕地减少了，但我们仍需要维持作物生产。”诺丁汉大学医学和健康科学学院进化基因组学副教授Levi Yant在活动中说。

因此，正如以色列希伯来大学教授艾丽莎·弗莱舍所说:“各国必须增加科技创新，提高农业适应气候变暖的能力。”

“在未来，农业的发展方向必须朝着科技和机械化的方向发展。”中国工程院院士吴孔明也指出，应加强信息技术的研发和应用，通过机械实现单粒播种、单株施肥和精确诊断，提高生产率，降低肥料利用率，降低成本。

它始于花粉变得疯狂。

农业的主要目标之一是农作物。“了解控制植物发育的基本机制将有助于制定基于知识的作物改良战略，以应对全球粮食安全的挑战。”诺丁汉大学科学学院负责科研创新的助理副校长佐伊·威尔逊告诉《中国科学》。

植物的果实始于小花粉。作物产量的可持续性集中于花的发育和植物的繁殖，尤其是花粉和花药的形成。数据显示，世界上85%的作物种类依赖昆虫授粉，昆虫授粉产生的经济价值占世界作物总产值的9.5%。

佐伊研究小组目前专注于花粉研究，希望通过有效的育种策略和优化/控制作物花粉育性来提高作物产量，并用于育种和杂交发展。

例如，“我们对非生物胁迫对花粉发育的影响以及环境胁迫对作物肥力和产量的破坏性影响非常感兴趣，”她说，“非生物胁迫会导致花粉发育失败，从而导致作物产量和生产力的损失。”

该研究小组利用花粉发育所有阶段都有缺陷的突变体来研究与花粉发育相关的基因网络，涉及遗传作图、荧光蛋白作图、转录组学、调控目标的直接分析、酵母双杂交相互作用等领域。从拟南芥研究开始，现在已经扩展到水稻、大麦、小麦、百合和热带物种。相关论文发表在《新植物学家》、《植物细胞》等期刊上。

“我们目前正在使用一种系统的方法来建立和发展调控网络，并通过表达分析、相互作用和敲除研究来测试由此产生的网络的功能。”佐伊说，“关于非生物和生物压力的影响以及激素对高等植物生育力的影响的研究也在进行中。”

此外，Yant提到野生植物种群可能给人们不同的视角。“适应无处不在。”他告诉《中国科学》。

“我们有时会在不相关的物种中看到同样的变化。例如，蝙蝠和鸟类进化出翅膀，但蝙蝠是哺乳动物，鸟类来自恐龙。他们的DNA会经历类似的变化吗？换句话说:有没有一个“热点基因”有大的进化变化？Yant说，这需要从野生植物种群开始，了解它们如何进化以适应环境和生理挑战。

Yant团队使用创新的群体基因组方法来确定进化群体的具体变化，并找到影响进化的候选基因和过程。通过理解植物或动物种群如何在极端条件下进化，它提供了对适应全球社会利益的分子机制的理解。例如，一些植物种群可以在纯净的海水中生长，而同一物种的相似种群却不能耐受盐度。“这些系统帮助我们理解进化变化，并为景观退化和气候变化背景下的合理作物设计提供指导。”他说。

谁为谁努力工作是甜蜜的

另一方面，面对农业发展的严峻挑战，现代农业建设也应关注农业发展的伦理问题。

欧洲农业和食品伦理学会主席、诺丁汉大学应用生物伦理中心主任凯特·米勒指出，促进农业发展、消除饥饿和使人类拥有光明的未来是农业技术发展的初衷和立足点，因此农业食品/兽医必须在伦理框架内进行。

米勒分享了欧洲在应用伦理和技术评估方面面临的挑战、应对措施和经验，特别是在农业食品/兽医伦理和研究领域。与此同时，为了让观众更好地理解农业技术的伦理框架，米勒还在演讲中加入了观众投票环节。这些问题涉及研究目标、基因编辑、包容性创新和许多其他方面。

“我希望诺丁汉大学在食品伦理方面的专业知识能够为中国农业食品研究所的研究人员、行业和政策制定者提供参考，帮助他们制定标准，开发符合公司治理的产品价值链。”米勒说。

中国工程院院士任继洲在《中国农业伦理概论》的发布会上表示，农业工作者缺乏伦理知识，对社会和人类的健康与安全关注不够，存在化肥和农药过量使用等问题，食品安全和转基因等高科技风险也需要从伦理角度进行应对。

“农业伦理学讨论人类对自然生态系统农业产业化过程中发生的伦理联系的认知。新时期农业伦理的核心应该是农业生态系统的生存权和发展权他说。

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