2021年12月29日 09:00 環球科學 編譯 戚譯引 每家水果店都能買到的香蕉,其實長期以來面臨著滅絕的危機。 這是因為全世界的香蕉植株遺傳基因非常單一,一旦暴發真菌感染,很容易導致「團滅」。 不過最近,英國劍橋大學研究團隊(University of Cambridge)改進了古老的嫁接技術,有望提升香蕉等農作物的遺傳多樣性,這項研究近日在《自然》(Nature)發表。 1 你吃的每一根進口香蕉,幾乎都可以追溯到同一個祖先,那就是英國德文郡(Devonshire)一座莊園裡的香蕉樹。 1870 年,園藝師 Joseph Paxton 得到了一棵從模里西斯運來的香蕉,把它種在查茨沃斯莊園(Chatsworth house)。 他用他的僱主、莊園主德文郡公爵夫婦的名字,將這株香蕉命名為卡文迪許香蕉(Cavendish banana)。 Paxton 對這株香蕉精心呵護,因為擔心它不適應英國的氣候,他設法將它周圍的環境維持在 18~30 攝氏度。 五年後,這株香蕉終於開花,結出上百根香蕉。 伴隨著當時英國的殖民擴張,這株香蕉的幼苗又被傳教士們帶到了太平洋地區,逐漸擴散到世界各地。 在當時,世界上最流行的香蕉是大米七香蕉(Gros Michel)。 直到 20 世紀 50 年代,一場香蕉枯萎病(banana wilt)對香蕉產業造成了重大打擊。 這種疾病由一種鐮刀菌(Fusarium oxysporum f.sp。 cubense)引起,而卡文迪許香蕉對當時流行的菌株 TR1 免疫,因而迅速成為主流的香蕉品種。 如今,全世界種植的香蕉里約 47% 為卡文迪許香蕉,佔據香蕉海運貿易的 99%(這個品種非常適應長途運輸)。 2 曾幫助卡文迪許香蕉崛起的真菌,也隨時可能扼殺它。 遺傳多樣性的高度匱乏使得香蕉這個物種非常脆弱。 卡文迪許香蕉和其他許多商業化的品種都是不育的。 過去的農民使用扡插香蕉苗的方式繁殖,現代農業中也經常使用組織培養技術,這兩種方法本質上就是克隆,每一棵香蕉苗的基因都完全相同。 也就是說一旦爆發病害,就可能導致一個品種的香蕉「團滅」,就像當年的大米七香蕉那樣。 在半個世紀的時間裡,鐮刀菌已經演化出新的菌株 TR4,能夠殺死卡文迪許香蕉。 這種真菌透過被汙染的土壤、水源和種植材料傳播,可以在土壤中存活長達三十年,目前仍未找到完全消滅它的方法。 2019 年,TR4 在拉丁美洲及加勒比地區暴發,這是全世界重要的香蕉產區。 科學家預測,如果不能找到幫助卡文迪許香蕉抵禦枯萎病的方法,這個品種可能在未來幾十年滅絕。 禍不單行,香蕉還面臨著一種新的病原體的威脅。 近期一項研究報告,香蕉血液病(Banana Blood disease)正在東南亞地區蔓延。 這種疾病由蒲桃雷爾氏菌(Ralstonia syzygii)引起,患病的香蕉果肉腐爛,變成深色,看起來就好像出血一樣。 該研究作者測試了包括卡文迪許香蕉在內的 18 個常見品種,發現它們全都對這種疾病易感。 為了保護香蕉,科學家們一邊努力控制疾病蔓延,一邊尋找能夠提升香蕉抗病性的方法。 近期,來自英國劍橋大學的研究團隊發明了一項突破性技術,第一次實現了單子葉植物的嫁接。 這種方法不僅有望應用於香蕉,還可以用於小麥、水稻等廣泛種植的農作物。 3 嫁接技術有著悠久的歷史,被廣泛應用於園藝和農業中。 假設你有一棵品種優良的蘋果樹,想要培育出更多這樣的樹,可以選取它帶芽的枝條(接穗),將其嵌入一棵同種或近似種幼苗(砧木)上的切口,使得兩者的維管、生長組織剛好對齊。 經過一段時間的生長,介面癒合,植物就會長成一棵同樣優良的蘋果樹,儘管它的根部來自另一棵植株。 但是,嫁接技術一直不適用於像香蕉這樣的單子葉植物,因為它們缺乏維管形成層(vascular cambium)。 這是樹皮(韌皮部)內側的一層結構,在嫁接過程中,維管形成層的生長讓兩個植株真正融合到一起,實現營養物質交換,讓植株成活。 劍橋大學的研究人員發現,在單子葉植物種子發育的早期階段,分別取它們的根和芽組織,在下胚軸位置實施嫁接,就能有效融合。 該技術對一系列單子葉作物植物有效,包括菠蘿、香蕉、洋蔥、龍舌蘭和棗椰樹。 實驗證明,將熒光染料注入植物根部,可以看到它向上移動並穿過嫁接部位。 這個技術聽起來並不複雜,但研究團隊需要對抗這個領域裡根深蒂固的成見。 「我回顧了過去幾十年關於嫁接的研究論文,每個人都說它不能用於單子葉植物。 我很固執地堅持下去,堅持了很多年,直到我證明他們是錯的,」劍橋大學植物科學系學者、蓋茨劍橋獎學金獲得者(Gates Cambridge Scholar)、該論文的第一作者 Greg Reeves 博士說。 「我們實現了每個人都認為不可能的事情。 胚胎組織嫁接在一系列類似物種中具有真正的潛力。 我們還發現,即使是在演化上相隔較遠的物種,它們也是嫁接相容的,」該研究資深作者、劍橋大學植物科學系的 Julian Hibberd 教授說。 全世界有大約 6 萬種單子葉植物,其中許多是重要的農業作物,如水稻、小麥、大麥。 這一最新技術有助於改良植物品種,例如培育矮化植物,提升對土壤傳播病菌的抵抗力,或提升在惡劣環境條件下生長的能力。 Reeves 補充說:「使重要的糧食作物能夠對抗正在摧毀它們的疾病,這是一項緊迫的挑戰。 我們的技術能夠直接提升植物抗病性,或者耐鹽堿等其他有益的特性,而不需要藉助基因改造或長時間的育種計劃。 」 研究人員已透過劍橋企業(Cambridge Enterprise)為他們的嫁接技術申請了專利,或許在不久的將來就能在農業中得到應用。 論文資訊 Reeves, G。 , Tripathi, A。 , Singh, P。 et al。 Monocotyledonous plants graft at the embryonic root–shoot interface。 Nature (2021)。 https://doi.org/10.1038/s41586-021-04247-y 參考來源: 《香蕉一直處在滅絕的邊緣,但這項古老技術有望拯救它們》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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香蕉一直處在滅絕的邊緣,但這項古老技術有望拯救它們
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