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香蕉,可能要滅絕了?

2019-08-15 11:14:43  來源:中國科普博覽

最近一個傳聞驚到了覽覽:我們現在吃的香蕉,可能要滅絕了。

一直追求水果自由的覽覽,其實只實現了香蕉自由。

難道香蕉真的會輕易狗帶?

2019年7月15日著名的網站FreshFruitPortal.com報道“哥倫比亞的2個種植園內的香蕉疑似感染了香蕉枯萎病熱帶四號(TR4)”——香蕉枯萎病的一個新變種[1]。

哥倫比亞北部的四個香蕉種植園,因為懷疑感染了這種病毒而被隔離。

TR4一旦大規模爆發,將會給香蕉種植園帶來毀滅性的打擊,甚至可能會引起現有香蕉種植品種的滅絕。

圖1 香蕉種植園(圖片來自參考資料6)

圖1 香蕉種植園(圖片來自參考資料6)

為什么一種真菌性病害會給香蕉種植園,甚至現有的香蕉種植品種帶來毀滅性的打擊呢?這還要從香蕉的種植歷史講起。

Part.1

大家吃的香蕉為什么都一樣?

世界上最早是存在幾百種可供食用的香蕉,但是能夠適合大規模種植,產量高,并且味道能得到廣大消費者喜愛的香蕉品種并不多。

同時,香蕉對生長環境的要求非常嚴格,只能在亞熱帶和熱帶區域生長,要想在世界范圍內進行廣泛的貿易,就必需選擇能適合長距離運輸的品種。

圖2 大麥克香蕉(A)和卡文迪什香蕉(B) (圖片分別來自維基百科和The Conversation)

圖2 大麥克香蕉(A)和卡文迪什香蕉(B) (圖片分別來自維基百科和The Conversation)

大麥克香蕉(圖2)口感香甜,香味迷人,并且皮也很厚,適合長時間儲存和長距離運輸,因此人們選擇用大麥克香蕉進行單一品種的種植。這種種植模式在短時間內為香蕉種植業帶來了巨大收入,同時也極大的促進了全球香蕉貿易的發展,但是也為大麥克香蕉的瀕臨滅亡埋下了伏筆。

Part.2

單一品種,容易被病菌“一鍋端”

植物在有性繁殖過程中會產生隨機突變。自然環境中的生物性脅迫(如:細菌,真菌,病毒,昆蟲等病害)和非生物性脅迫(如:干旱,高溫,低溫等)也會促使植物發生突變。在環境的篩選中,一些有益的突變(如抗病性,抗高溫,抗低溫等)被保留下來。

大麥克香蕉是三倍體,不能進行有性繁殖,只能通過無性生殖繁衍后代。然而,通過無性繁殖產生的后代基因幾乎是完全一樣的(個體的一些隨機突變除外),這也就導致了香蕉的基因多樣性嚴重降低。一旦有一種病原菌或者害蟲能夠快速專一的侵染和殺害這一品種,就必然會引起這一品種的滅亡。

上世紀50年代和60年代,巴拿馬病(Panama disease,又叫,香蕉枯萎病1號,圖3)大面積爆發,重創香蕉種植業和貿易業,嚴重影響了全球的香蕉貿易[2,3]。

圖3 巴拿馬病的病癥:葉子變黃,萎蔫,莖干開裂。(圖片來自參考資料4)

圖3 巴拿馬病的病癥:葉子變黃,萎蔫,莖干開裂。(圖片來自參考資料4)

巴拿馬病就是由一種真菌病害(Fusarium oxysporum f.sp。 cubense race1)引起[4,5],常見的殺菌技術并不能徹底殺死這種病菌。它可以長時間存活于土壤,植物體中,也會伴隨香蕉的運輸進行長距離傳播。

香蕉種植者和育種人員通過篩選很快就鎖定了多個抗病品種,但適合大規模種植和長距離運輸的只有卡文迪什香蕉(Cavendish banana,圖2)。

雖然這個品種與大麥克相比有很多缺陷,口感和香味遠沒有大麥克好等等,但是它不會被巴拿馬真菌病害侵染[3,6,8]。因此香蕉貿易開始依賴于卡文迪什香蕉的大規模種植。

Part.3

新的香蕉枯萎病殺手來襲

在種植過程中,人們慢慢的發現種植在亞熱帶區域的卡文迪什香蕉在低溫的條件下對香蕉枯萎病的另外一個變種(Fusarium oxysporum f.sp。 cubense race 4)非常敏感[8]。

1989年之前的研究和報道都表明Fusarium oxysporum f.sp。 cubenserace 4只影響在亞熱帶區域種植的卡文迪什香蕉,因此它也被稱為Fusarium oxysporum f.sp。 cubense Subtropical race 4(簡稱SR4)。

圖片來源:Veer圖庫

圖片來源:Veer圖庫

在1990年,一個新的香蕉枯萎病變種(Fusarium oxysporum f.sp。 cubense tropicalrace 4, 簡稱TR4)被報道能攻擊熱帶種植的香蕉也能攻擊亞熱帶種植的香蕉,這幾乎覆蓋了所有適合香蕉生長的區域[5,8,9,10]。

TR4被人們發現之后的20年內,它的發病范圍主要集中在東亞和東南亞的部分地區以及澳大利亞北部地區,因此并沒有引起大家的恐慌。但是近期的一些報道表明它已經陸續傳播到了中亞,中東和非洲等部分地區[8]。

美洲是全球主要的香蕉種植和出口地區之一,在今年之前并沒有被TR4所影響。一旦TR4傳播到美洲,全世界的香蕉種植區都會籠罩在TR4的陰影之下。

Part.4

下一種能吃的香蕉在哪?

也許有人會認為卡文迪什香蕉沒了,我們可以再尋找一種能夠抗TR4的香蕉的品種不就可以了嗎?事情遠沒有那么簡單,我們會面臨一列的問題:

(1)這個品種是否適合人類食用呢?

(2)這個品種的種植條件是否很苛刻呢?

(3)這個品種是否適合長距離運輸呢?

(4)這個品種又能堅持多少年呢?

圖片來源:Veer圖庫

圖片來源:Veer圖庫

一味的去尋找新的品種根本不是解決的辦法。找到一個新的品種時,病原菌也會進化出不同的變種,我們又會進入之前經歷的死循環(大麥克-巴拿馬病;卡文迪什-香蕉枯萎病熱帶四號)。

另一方面,病原菌進化的速度要比我們尋找新品種,馴化新品種的速度快的多。要想打破這個怪圈就要打破香蕉單一品種種植的模式,但是想同時找到很多適合大規模種植,口感好還適合長距離運輸的香蕉品種并沒有那么容易,因為香蕉育種也是一個漫長的過程。

還有一個殘酷的事實擺在我們面前——與60年前相比可供我們選擇的香蕉品種也嚴重減少了。也許有人會說那我們重新選用二倍體或者四倍體的香蕉進行種植,使香蕉采用有性繁殖的方式去繁殖不就可以增加香蕉基因的多樣性了嗎?但是二倍體和四倍體香蕉通過有性繁殖長出的果實是含有種子的,這些種子會硌到我們的牙齒,嚴重影響我們食用香蕉的心情。

Part.5

轉基因香蕉你會吃嗎?

隨著生物技術的發展,研究者也在嘗試運用轉基因和基因編輯的技術去提高香蕉對病菌的抗性。

2017年,澳大利亞昆士蘭科技大學的研究者James Dale及其合作者在世界著名的研究型期刊Nature Communication上發表重要成果:他們通過轉基因技術在卡文迪什香蕉中表達基因RGA2(分離于抗TR4的二倍體香蕉)和Ced9(線蟲的抗細胞凋亡基因),可以顯著提高對TR4的抗性[11]。

圖片來源:Veer圖庫

圖片來源:Veer圖庫

然而,轉基因香蕉,你會吃么?當前,轉基因食物并沒有被所有消費者接受。轉基因香蕉要想大規模種植還要面臨立法問題,倫理問題和環保人士的抗議等一系列問題。

即使上述問題都被解決了,轉基因香蕉還面臨一個問題——種植模式的問題。轉基因香蕉單一品種種植依然面臨病原菌新變種的挑戰。因此,我們要想保證香蕉不被滅絕,我們首先要保證香蕉的生物多樣性,這是保持一個物種能在自然環境里面生存下去的先決條件。

同時也要通過分子生物學的方法去研究香蕉枯萎病的致病機理,從根源上遏制它的傳播。最后我們也要加大宣傳和科普,讓大家正確的認識轉基因技術和它優勢,以及它能為未來香蕉種植業帶來的各種可能性。

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