储昌
六十年代初,农业科学家们培育出一些小麦、水稻的高产品种。栽种了小麦新品种后,巴基斯坦小麦产量从1965年的460万吨猛增到1970年的840万吨,印度则从1965年的1230万吨猛增到1970年的2000万吨。菲律宾栽种了水稻新品种,产量也大幅度提高。人们把这次的科研活动称为“绿色革命”。把作出了重大贡献的N.E.博洛格称为“绿色革命之父”,授与他1970年诺贝尔和平奖,表彰他发动绿色革命的巨大功绩。
不过,虽然第一次绿色革命成绩巨大,但还有许多问题急待解决,例如产量还须进一步提高,蛋白质含量也必须增加。总之,第一次绿色革命并没有圆满成功,农业科学家正在和生物学家、遗传工程师们合作进行一场规模更大的绿色革命。
这次的目标,首先是要大幅度地提高产量。第一次绿色革命中的新品种之所以增产,是因为提高了从土地中吸收养料的能力。但是,光靠这个办法增产还很不够。据研究,一株植物的干重量只有5—10%来自土壤,绝大部分来自光合作用时吸收的二氧化碳。因此,提高光合作用的效率,将能大大提高作物产量。植物在光合作用时一方面积蓄能量和物质,一方面又通过光呼吸消耗相当一部分能量和物质,如果降低光呼吸作用,提高光合作用,就能使作物增产。美国科学家蔡利思发现了一种光呼吸抑制剂,能使烟草的光呼吸大大降低,从而光合作用的效率提高了3倍。他的研究开辟了一条增产的新途径。
当然,仅仅提高作物的产量还不够,还要提高作物的质量。第一次绿色革命没有提高作物的蛋白质含量,蛋白质的短缺已成为一个十分严重的问题。解决植物蛋白不足,是科学家们努力的又一个目标。
人们吸收的植物蛋白主要来自大米、小麦和玉米。提高它们的蛋白质含量,就能提高粮食的质量。美国科学家沃斯特尔用以色列和伊朗的野生小麦杂交培养出高产量、高蛋白的新小麦,它们的蛋白质含量达26.5%,比普通小麦高一倍。科学家们也不断地在种类繁多的植物王国中探索,寻找新的植物蛋白资源。全球约有35万种植物,可食植物约8万多种,而现在食用的仅3千种,占3—4%。在植物王国中,豆类的蛋白质含量很高,但许多豆类植物没有开发利用。最近,美国科学院对豆类植物作了一次大普查,发现有200多种豆类植物有很高的蛋白质含量,并发表了《豆类植物:未来的资源》一书,认为这是一个巨大的蛋白质资源,急待开发利用。例如生长在巴布亚新几内亚的翅豆,果实含有37%的蛋白质,块根的蛋白质含量为土豆的10倍,目前已有70多个国家引进和研究
此外,进行分子和细胞水平的嫁接、培育新品种,也是这次绿色革命的一个显著特征。不同植物的细胞在一定的培养液中,细胞核会结合,细胞壁会再生,并进行细胞分裂,最后生长出完整的植株。用这种细胞杂交法,美国科学家霍尔和坎罗去年利用根瘤菌作为媒介,把腰豆的蛋白基因转移到向日葵细胞中去,成为向日葵细胞中DNA的一部分。这个基因在向日葵细胞中很稳定,并产生了合成腰豆蛋白的信使物质RNA.“向日豆”的成功表明,有可能通过根瘤菌进行分子水平的大豆、水稻、小麦的杂交,使新作物中具备各种必须氨基酸,将蛋白质的质量提高。
如果说,第一次绿色革命使用的是经典的杂交育种法,那么,第二次绿色革命更多的是应用了分子生物学的各项新成果。无论是根瘤作物制氮基因的寻找,还是抗旱基因的研究,无论是细胞融合还是基因嫁接,都是在微观的水平上进行的。它将比第一次绿色革命更艰巨更困难。第二次绿色革命现在刚刚揭开序幕,可以预期,它将比第一次绿色革命取得更大的成就,将给全球的农业带来一次更深刻的变化。