赤霉素的不世之功

房裕东

20世紀以来，科学技术的快速发展使得医疗卫生水平大幅提升，人口死亡率大大降低，人口数量呈现迅猛增长。20世纪初，世界总人口数量仅有16亿；20世纪末，世界总人口数量飙升到60亿；2022年底，世界总人口数量已达80亿。人口的爆发式增长、极端天气的频发、地缘政治冲突等已成为导致全球粮食危机加剧的主要原因。如何改良作物、培育新品种、提高粮食产量，是众多作物研究者一直关注的重点和努力的方向。

“绿色革命”与诺贝尔和平奖

诺曼·欧内斯特·布劳格，美国著名农业科学家、植物育种家、植物病理学家，长期从事小麦品种改良研究工作。布劳格对小麦品种的成功改良，使得墨西哥1963年的小麦产量比1944年的提高了6倍，让墨西哥成为一个小麦出口国（在其出口的小麦中，95%的小麦品种均为布劳格所培育）。1964—1979年，布劳格担任国际玉米小麦改良中心负责人。1965年，布劳格在巴基斯坦和印度开始推广其培育的矮秆小麦，使这两个国家的小麦产量以每年70%的速度增长，有效控制了两国饥荒灾情的蔓延。

1968年，美国国际发展机构（USAID）在年度报告中将印度次大陆的粮食增长现象称为“绿色革命”，这一概念指的正是由布劳格发起的选育高产品种、改进农业技术的一系列农业革新，而布劳格本人也被誉为“绿色革命之父”。1970年，布劳格获得了诺贝尔和平奖。1986年，布劳格创立世界粮食奖基金会；1996年6月7日，布劳格成为中国工程院外籍院士。

“绿色革命”扭转了20世纪中叶全球多地面临饥荒的局面，帮助至少10亿人摆脱了饥饿的威胁，至少19个发展中国家成功实现了人口高增长下的粮食自给自足，拯救了数百万人的生命。

布劳格改良出了许多矮壮的小麦品种，这些小麦的高度只有普通小麦的四分之三高。这有什么好处呢？ 首先，矮化品种不易倒伏。人们常说“树大招风”，如果植物长得又细又高，就很容易在风雨中从根部或者茎秆处折断或倒下，而矮化品种则不容易在外力作用下倒伏。其次，矮化品种有利于增加产量。正如一个人的精力是有限的，植物的能量也是有限的，如果大部分能量都用来长个儿，就没有更多能量去结实，产量自然就会减少。除了小麦矮化品种，育种家们还选育出了高产的水稻矮化品种。这些品种不仅兼具抗倒伏和高产的特点，同时还有便于管理、秸秆易于处理等优势，是农业生产上的优良品种。

“巨人症”与“恶苗病”

对于人体而言，如果腺垂体分泌过多生长激素，就会引起软组织、骨骼及内脏的增生肥大及内分泌代谢紊乱。发病在青春期前、骺部未闭合时，称为“巨人症”；发病在青春期后、骺部已闭合时，称为“肢端肥大症”。患“巨人症”的孩子早期会表现为过度的生长发育，10岁左右身高就可超过2米，往往肌肉发达、臂力惊人、性器官发育较早；当病程发展到衰退期（持续四五年）时，他们就会出现精神不振、四肢无力、肌肉松弛、毛发脱落、代谢减慢等症状。很多“巨人症”患者的寿命都不长，多在二三十岁时去世。

水稻中也有类似人类“巨人症”的病，被叫作“恶苗病”。患了“恶苗病”的水稻会疯长，茎秆长得很高，但稻米收获量却减少超过70%，而且稻米质量也不好。不同于人类“巨人症”，水稻“恶苗病”还具有传染性，可以在水稻之间传播。所以，“恶苗病”是一种非常严重的农作物病害，一旦暴发，大片良田几乎颗粒无收。

赤霉素的发现与研究

起初，人们并不知道是什么导致水稻患上“恶苗病”，直到1898年日本科学家证实，“恶苗病”是由一种真菌感染引起的；又过了几十年，科研人员才发现这种真菌是赤霉菌。他们给正常生长的水稻接种赤霉菌后，发现水稻会疯长茎叶，表现出类似“恶苗病”的症状；即使将活性赤霉菌去除，只用养过菌的培养液处理水稻，水稻还是会出现类似症状。这说明活性赤霉菌在培养液中分泌了某些物质，而这些物质具有促进植物伸长的功能。后来，人们将赤霉菌产生的能促进幼苗生长的一类化合物称作赤霉素（gibberellin，GA）。

高产品种都有一个共同的特点—个头矮。为何它们会比正常植株矮很多呢？这其实与赤霉素有关。植物体内的赤霉素就好比一个指挥官，它通过信号转导的方式向植物传达向高生长的指令。在矮化品种中，要么是赤霉素没有正常发令，要么是“通信员”没有正常传令。这样一来，没有收到指令的植物就不会消耗过多营养来长高，反而能省下大部分营养来结实，于是变成了高产品种。这也是布劳格改良小麦、玉米等矮化品种的原因。

赤霉素是一类属于双萜类化合物的植物激素。在高等植物生命周期中，赤毒素发挥着重要的调节作用，它参与了种子萌发、下胚轴和茎秆伸长、叶片延展、表皮毛状体发育、开花时间、花器官发育以及果实成熟等过程的调控。人们已先后从不同物种中鉴定了100余种结构明确的赤毒素，按照发现的时间顺序，它们被命名为GA1—GA136。不过研究发现，只有少数种类的赤霉素具有调节植物生长的作用，如GA1、GA3、GA4、GA7等。

20世纪的“绿色革命”在农业生产特别是高产育种中发挥了重要作用，其所采用的矮化品种作物就是由于赤霉素合成或响应发生突变所造成的。赤霉素异常所导致的矮秆特征使得作物降低营养分配到茎秆伸长、增加营养分配到种子生长，从而提高了产量。同时，矮秆性状也使得作物便于栽培管理，减少了作物倒伏所造成的损失。

作物不能正常听令于赤霉素，造就了高产品种；高产品种又保证了粮食的充足，让人们能吃饱饭。小小的赤霉素有着这样大大的功劳，真不可小觑它的存在呀！