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近几日 ， 有一条农业科技界的“狠活”上了热搜 ， 是说中国农业科学院作物科学研究所水稻分子设计技术与应用创新团队 ， 发现LVPA4单个基因通过协调作用 ， 能够同时显著提高水稻的产量和品质 ， 在水稻高产优质育种中具有应用价值 。
【发现高产又好吃的水稻基因，基因工程能为粮食安全注入新动力吗？】我们都知道 ， 目前的食物生产方式 ， 正在对环境造成巨大破坏 ， 但是如何在不进一步伤害地球的情况下生产更多的粮食呢？是当下科学家努力的方向 。 推而广之 ， 如果再能找到水稻抗旱基因等等 ， 然后重新排列一下这些基因 ， 就会出现既需要较少水、又高产好吃的水稻 ， 那该是一件多好的事情 。 其实 ， 这一切都会成为可能 ， 这主要归功于基因技术 。
我们都知道 ， 我们的祖先一开始就通过植物间的杂交来进行品种改良 。 其中 ， 我们的主粮作物小麦和其它植物杂交的历史甚至可以追溯到一万年前 ， 从那时开始 ， 小麦、玉米、大米和大豆的产量在不断提高 。 当然 ， 它们的外形也发生了很大变化 ， 甚至你都看不出来它们是近亲 。
尤其是在过去的几十年里 ， 粮食产量确实在飙升 。 从上世纪60年代以来 ， 粮食单产就翻了好几倍 ， 虽然生产了更多的粮食 ， 但人类也为此付出了沉重的代价 。 为了养活不断增长的人口 ， 我们并没有止步于增加产量 ， 过度使用化肥、农药 ， 以及敏感的生态系统不断向农田转变 ， 导致全球40%的肥沃土壤退化 ， 使得未来的农业发展面临巨大挑战 。
科学家通过研究推算 ， 预计到2050年 ， 气候危机将使粮食产量在最好的情况下减产3% ， 在最坏的情况下至少减少12% 。 问题是 ， 随着人口不断增加 ， 实际上我们需要生产更多的粮食 。 到2050年 ， 全球人口数量将达到100亿 ， 也就是说那时候我们需要生产至少比现在多出30%的粮食 。
如果世界上每个人都改为吃素 ， 我们就可以生产足够的食物 ， 但现在看起来这根本就不可能 。 在当前的情况下 ， 唯一的方法就是进一步扩大农业边界 ， 譬如砍伐森林 ， 这意味着人类将告别剩余不多的自然生态系统 。
欣慰的是 ， 科学家们正在努力地寻找和设计具有气候适应性的超级作物 ， 这种作物可能会产生更高的质量 ， 并且需要更少的资源来种植 ， 但他们不是通过传统的自然杂交育种 ， 他们希望通过使用一种被称为基因的方法改变植物的遗传密码来加快这一过程 ， 例如在水稻生产中 。
今年夏天 ， 干旱成为全球并发性自然灾害 ， 这对水稻生产来说是个大问题 ， 因为水稻是一种需水量较大的植物 。 在世界上 ， 有超过一半的人口以大米为主食 ， 但2022年几乎主要的水稻生产国从印度到巴基斯坦再到我国 ， 几乎都受到了干旱的影响 。 这时候一种新的水稻品种可能会在未来有所帮助 。
我们种植的水稻 ， 目前采用的父本大多是IR64品种 ， 科学家通过基因调整其基因 ， 成功地使得该品种更耐旱 。 与母株相比 ， 这种新水稻在几周内的用水量减少了40% 。 同时 ， 传统品种在40℃高温下不能存活 ， 但有一半的基因水稻存活了下来 。 他们是如何做到的呢？
简而言之 ， 科学家们只是让植物中天然存在的基因变得更强大 。 该基因参与减少植物孔隙的数量和大小 ， 这些孔隙负责植物的气体和水分交换 ， 通过提高该基因的控制能力 ， 在减少水分蒸发的同时 ， 产量不吃不变甚至增加 。
这就是前面提到的基因组技术 ， 它与传统的基因改造或“转基因”技术有着根本的不同 。 因为它实际上依赖于自然过程 ， 但它使得突变过程的随机性大大降低 。 而大多数转基因产品都含有合成基因 ， 或者是将另外一种生物体的基因插入到感兴趣的植物或动物中 。 例如大家所熟知的 ， 在世界各地广泛种植的抗虫棉花和转基因玉米 ， 含有最初在细菌中发现的基因 。
基因组部使用外来DNA ， 而是利用自身遗传密码中存在的信息来改变生物体的特征 。 使用特殊的酶 ， 就像剪刀一样 ， 我们可以删除、交换或重复植物DNA中存在的基因 。 任何生物体的突变实际上都相当频繁 ， 可以在实验室中诱发 ， 也可以在自然界中存在 。 只不过在自然界中发生的需要几十代的时间 ， 而基因组超级强大之处是你可以在极短的时间内改变单个基因 。
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