生物多樣性與生物技術——作物的馴化與二次綠色革命 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

生物多樣性與生物技術——作物的馴化與二次綠色革命

2007年10月30日
作者:蔣鎮宇(國立成功大學生命科學系教授)

現今人類餐桌上所食用的糧食,無一不是野外植物馴化的結果;小麥與大麥的馴化約發生在距今10,000年前的肥沃月灣(兩河流域);玉米的馴化則發生在現今的墨西哥,距今約9,000年前。相對而言,作物在亞洲的馴化時間較晚(距今約7000年前),但似乎也較為多元,馴化的種類包括水稻(Londo et al. 2006)、大豆、蔥、茶葉、香蕉以及奇異果(後來在紐西蘭的馴化)。

綠色革命與糧食危機

茶的果實與茶籽。攝影:蔣鎮宇馬爾薩斯( Thomas R. Malthus ,1766-1834)的人口論引發了達爾文「物競天擇」的學說(亦即天擇是生物演化的機制)。但在廿世紀中葉的第一次綠色革命,因為人類大量使用化學肥料並善用水利灌溉,使得穀類與糧食的產量大為增加,更因而改變了農業生物學者對作物生產量及品質的看法。

全人類的糧食危機卻未因為綠色革命而獲得解除,第三世界國家每天卻有數百萬人在挨餓甚至瀕臨死亡。另外一個農業問題是糧食作物過度地使用農藥。而真正影響第三世界孩童健康的,還有微量元素的缺乏。

作物的馴化來自野生近緣種

雲南紅河州的野生茶森林。攝影:蔣鎮宇類主要的糧食作物在新石器時代多已被馴化,包括水稻、小麥、大麥、玉米、樹薯等糧食作物。主要的馴化中心有三,分別是:距今10,000年前的肥沃月彎(兩河流域)、距今9,000年前的墨西哥以及距今8000年的亞洲(尤其是中國)。均是受到全球盛行氣候,生態環境趨於穩定的影響。

作物的馴化在世界不同地區分別展開,顯示馴化不全然是偶發的事件。到了廿一世紀的今天,人類仍對野生蔬果進行馴化,山蘇花、饑荒草便是例證,也因而豐富了我們食物的選擇。

重建作物馴化的中心

生物科技為第二次綠色革命帶來了曙光,利用基因重組及轉殖技術,生物學者的確可以讓所想要的性狀,甚至在親緣較疏遠的物種上表現出來,雖然轉殖技術上仍有許多缺點及不確定性,但是在科技發達的今日,的確可以讓人們期待許多令人鼓舞的新發現及生技產物。

人類在作物馴化過程中的強力篩選所付出的代價,不但是形態的多樣性消失、而變得單一,許多遺傳變異亦無可避免的從作物中流失,其效應有如迫使被篩選物種經歷一瓶頸效應(bottleneck)。

林下掉滿地的茶籽。攝影:蔣鎮宇人為篩選造成了遺傳基因多樣性的流失最明顯的例子,莫過於栽培稻缺乏許多的抗病原菌及抗逆境基因,因此農民必須使用大量的農藥及殺蟲劑。在多數的作物都缺乏健全的遺傳結構下,生物科技單單利用長期馴化過的穀物作為遺傳物質來源,恐難達到二次綠色革命提升作物品質的需求及使命,如何尋求及善用存在於野生近緣種及族群的有用基因,則是生物技術及生物多樣性學者,共同努力的課題。

重建馴化及傳播的歷史,則有助於顯示遺傳多樣性熱點的分布。對於栽培作物馴化歷史的研究仍處於早期階段,較為清楚的是玉米、小麥、及瓜類作物。

野生的作物近緣種、乃至古老的當地的品系,蘊含長久演化所累積在演化支系(lineage)中的有用基因及遺傳變異,提供了生物技術學者最佳基因轉殖的來源。

廿一世紀農業的危機與需求:二次綠色革命

雲南紅河的香蕉,是當地重要的經濟收入來源。攝影:蔣鎮宇人類糧食作物的來源,無一不是從野生植物經過人為的長期篩選馴化而來,使得野生物與栽培種之間有極大的形態差異。

透過密集的篩選,改變了植物的特性,並且快速地「固定」所欲的特質,達到育種的目的,但卻無可避免地造成了許多野外性狀、以及決定這些性狀的基因從作物中流失。

生物技術的發展帶給人類第二次綠色革命的契機,生物技術的進步必然大大提昇了農業的品質,然而許多提升產量及農業品質的有用基因(包括對抗逆境、抗病蟲害等),都存在於自然界那些作物的近緣野生種中。

近年來由於生物多樣性觀念的被重視,以及生物科技的快速發展,許多具有與人類醫藥及保健相關的基因或化合物漸次從野生物中被發現,更有學者提出呼籲,在人類面臨許多新興的猛暴疾病威脅下,廿一世紀醫藥的希望可能就存在於原始森林中曾被認為百無一用、不知名的小花小草身上,這樣的認知強化了自然保育的重要性,也提升了生物學者對所謂「有用基因」(潛在有用)的重視及研究。如何利用生物科技,結合生物資源的多樣性,已經是二次綠色革命最重要的課題。如何善用野生物的遺傳多樣性提高產量及糧食品質、以及降低農藥的使用,是現今農業的當務之急。

兩株千年的老茶樹。攝影:蔣鎮宇

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