改良木薯 养活世界

“下一代木薯育种项目”的负责人切多齐·埃吉西视察了尼日利亚的一个木薯田。资料来源:艾米·马克斯曼

“我喜欢这个。”伊斯梅尔拉比说，把他的手掌放在木薯上，好像他的父母在赞美他心爱的孩子。他害羞地笑了。“它们看起来不太好——不高。”拉比说，“但它克服了我们设置的所有障碍。”

拉比是位于尼日利亚伊巴丹的国际热带农业研究所(IITA)的遗传学家。他和他的同事正在进行一项关于改良木薯的研究。木薯根富含淀粉，为全球超过8亿人提供食物和收入。非洲的木薯消费量最高，但其产量低于亚洲和南美洲。然而，非洲的木薯品种通常对枯萎病更有抵抗力，例如目前在亚洲蔓延的致命木薯花叶病。

去年11月，拉比向世界最大的木薯进口国泰国运送了五种非洲木薯品种。他和他的同事在耗资6200万美元的“下一代木薯育种项目”的帮助下培育了这些植物。该项目由英国*和比尔及梅林达·盖茨基金会于2011年创建。随着气候变暖和人口增长，木薯病毒也在传播。项目科学家正在使用基因组数据来识别木薯品种的有用特性，以满足全球需求，并培育它们来对抗饥饿。

当这些非洲植物到达泰国时，泰国科学家将它们与亚洲木薯品种杂交，并筛选它们以获得“后代”。拉比和他的同事寻找遗传标记来预测植物对花叶病毒和其他12种性状的抗性。这些特征包括叶的颜色和每根可食用淀粉的数量。

这些遗传标记帮助尼日利亚研究人员培育出了目前在该国试验场种植的八种木薯品种。科学家和农民将把它们与目前广泛使用的最佳木薯品种进行比较。

在11月的一个炎热的下午，拉比和“下一代木薯育种项目”的负责人、IITA遗传学家切多齐·埃吉斯漫步在培育木薯新品种的试验场。他们讨论了如何帮助农民使用木薯新品种的农艺学和经济策略，例如为这些作物创造市场。“我们不能只是坐在房间里，确保这些木薯植物表现完美。”“我们正把它带到问题发生的地方，我们一直在研究如何利用我们的科学研究。”

问题的根源

木薯是三大洲自给农民的主要生计来源，因为它能在贫瘠的土壤中生存并抵御干旱。此外，它的根可以随时收获。然而，木薯的生产在地理上差异很大。非洲种植的木薯平均每公顷生产8.8吨可用根，而在美洲和亚洲，每公顷产量分别为13吨和22吨。

研究人员一直试图通过从亚洲和南美进口品种来改善非洲农民的状况。然而，这些外来植物很难对抗非洲病原体，因此“表现很差”。

事实证明，培育生命力更强的杂交品种具有挑战性。研究人员需要五年时间来繁殖，才能获得有价值的杂交品种。之后，育种者还必须种植实验植物大约一年，并评估根系的质量——这需要收获、浸泡、切割和干燥，然后称重剩余的淀粉。即便如此，高产量木薯在暴露于恶劣环境时可能会有问题。

这种低效的繁殖过程浪费了土地、人力和金钱。与此同时，尽管木薯是非洲人最大的碳水化合物来源之一，但就全球销售和研究资金而言，玉米、小麦和大米远远超过了它。“下一代木薯育种工程”旨在通过基因测序鉴定优质杂交品种，加快培育生命力更强的木薯品种，提高产量。项目研究人员还致力于通过与尼日利亚企业家的对话刺激市场投资，这些企业家打算购买小规模农民种植的木薯根。

澳大利亚墨尔本莫纳什大学的植物科学家罗斯·格莱多说，这项工作早就应该进行了。“木薯终于被认可了，这太好了。”格雷多说。

不断增长的雄心

在试验场种植的八个木薯品种是IITA团队第一轮作物育种的产物。研究人员分析了2013年发芽的大约2500株幼苗的DNA，并根据与特定性状相关的基因序列，确定了有希望的品种。拉比说，2018年10月分析的数据显示，带有与高水平β-胡萝卜素相关的遗传指纹的幼苗有83%的机会以预测水平“释放”养分。β-胡萝卜素是维生素A的前体，维生素A在许多非洲人的饮食中完全不存在。与此同时，研究表明，具有木薯花叶病抗性遗传标记的品种的抗性在60%左右。

“基因组选择不是灵丹妙药。”拉比说，“但是实地测试费用太高了。这种方法至少可以帮助你降低成本。”

全球育种者利用尼日利亚中心的数据测试木薯品种对花叶病的抗性。枯萎病病毒通过粉虱传播会抑制木薯根的生长。早在20世纪20年代和90年代，这些病毒就在非洲肆虐，导致饥荒。2015年，柬埔寨出现了一种病毒。

在泰国、南美和太平洋岛国，木薯受导致花叶病的病毒影响最严重，农民希望通过传统育种将非洲的抗性等位基因混合到他们的作物中。哥伦比亚木薯和尼日利亚品种之间的这种杂交得到了“下一代木薯育种项目”研究人员鉴定的标记的帮助，目前正在IITA附近的一个试验场种植。

2020年，科学家将从目前表现最好的8个品种中挑选一些植物，并在尼日利亚种植。他们还与泰国、老挝、巴西、乌干达和坦桑尼亚的研究人员讨论将木薯品种运送到这些地方。与此同时，该团队正试图找到帮助农民采用新产品的方法。

“播种”解决方案

2005年，科学家、援助机构和各种媒体大肆宣传木薯品种。该品种是由比尔和梅林达·盖茨基金会资助的一个1200万美元的项目开发的。该项目被称为“木薯生物营养促进计划”，旨在对木薯品种进行基因改造，使其包含铁、锌和其他营养成分。Egesi知道很少有非洲农民能够负担得起他们的农作物，包括杀虫剂。"我过去是一个害羞的人，但现在我到处说话。"埃奇说，“我确保我们考虑的是一切，而不是技术本身。”

当尼日利亚农民被问及为什么不种植更多他们喜欢的木薯品种时，他们通常的回答是没有足够的作物。木薯通过播种成熟植物的茎来繁殖，而不是播种。每一截茎都会产生其“亲本”的“克隆体”，因此在田地里种植相同的品种需要很长时间。同时，如果长期按照这种方法种植，木薯品种的质量将下降，因为“克隆”从“亲本”继承病原体并产生突变，导致“突变融化”。

2016年，IITA遗传学家埃洛·霍默塞·迪比鲁-奥约和他的同事开发了一种新方法:第一个木薯半水培系统。在Diebiru-Ojo实验室的荧光灯下，纤细的木薯芽在装满潮湿土壤的透明塑料盒中生长。每两周，该小组将切断分枝芽，并将碎片移植到另一个盒子里。在两个月内，他们使用了一株已经可以在户外生长的木薯来生产100株幼苗。

Diebiru-Ojo说，她知道一些农民已经表示愿意为这种优质作物买单。她希望这将促进高质量木薯芽的销售，这样同一种作物就不会被克隆很多代。"这个项目结束后，我想让系统继续运行."

如果新品种不能生根，病毒最终会“得到它想要的”。埃吉西站在木薯地里往外看，他说:“看到这些木薯没有任何疾病迹象，我真的很激动。一旦这些品种获得*批准，我们将首先向人们推广它们。”(宗华)

《中国科学日报》(2019-018第三版国际版)