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不怕苦不怕難的新種強壯稻米

編輯 Gene 報導

科學家利用常見的大腸桿菌的製糖基因開發出一種韌性強,較能抗旱、耐寒、耐鹽的基改新種稻米,也許能讓人類在原本不可能種稻的地方種植。

由美國康乃爾大學的中央研究院院士吳瑞領導的研究小組,已成功運用遺傳工程科技,把取自大腸桿菌的兩種「海藻糖」(trehalose)基因(otsAotsB)「融合」,轉植入印度香米的基因組當中,從而創造出改良稻種。基改新稻種可以抗寒、抗旱,對土壤鹽分較高亦能適應,可望協助開發中國家農民種植在條件較惡劣的土地,讓收穫量提升達二成。

海藻糖是一種未還原雙糖,能讓生物分子,即油脂、酵素等其他蛋白質,在飽受惡劣環境壓力的環境中,保持穩定。海藻糖存在於大自然的真菌、細菌及某些無脊椎動物體內,但只有少數植物能製造海藻糖。它可以保護某些抗旱植物在乾枯期不受損害。

之前的研究顯示,把海藻糖基因轉殖入稻米內,稻米反而長不好。吳瑞等人的重大突破把兩種海藻糖基因「融合」後,才轉殖入稻米,表達出更高效率的海藻糖合成酵素,於是得到令人滿意的結果。他們再把如此改良後的海藻糖基因植入全球最常見稻種的印度香米,如此改良之後,作物遭逢惡劣環境時,更有抵抗力,還能發育正常。而且,海藻糖也能協助作物的細胞在環境條件改善之後,恢復活力。這些基因只在稻梗與稻葉內活動,並不出現在穀粒中。

遭乾旱與高鹽度影響的土壤會改變植物的新陳代謝,阻礙其成長與發育,但他們的最新研究,可能使數百萬公頃生產力低的薄田收成改善。他們的實驗顯示,這種基改新稻十天不澆水,稻苗似乎奄奄一息時,給它加水,便又恢復生氣,而一般稻子十天不給水早就枯死了。實驗也顯示,此種基改新稻抗鹽水性約為普通稻子的兩倍,可耐受比其他稻子所能承受低十度的溫度。這意味農人將能在原本因為土壤鹽分高或太乾,或因氣候嚴寒而不可能種稻的田裡種植這種基改稻種。在正常情況下,基改稻米也能更有效率地進行光合作用。這種基改新稻迄已試種到第五代,抗壓力基因仍在,而且代代相傳,但必須再進行幾年實驗,才能確認可供一般農業用途。參與工作的Ajay K. Garg表示,他們還想要進一步瞭解其他重要作物內的海藻糖之功效。

吳瑞表示,這種新型態的基改稻米不會傷害環境,原因是目前不論野稻或農田稻種當中,都有少量的海藻糖基因。就算基因混入野稻,也只是讓它變得更有耐力而已。但是基改稻米現在仍然不能種植在實驗田以外。

贊助此計劃的洛克菲勒基金會農業處長Gary Toenniessen認為,明年基改稻米就會成發展中國家的農地上測試,將來會有八億多人受惠於綠色革命。但是Toenniessen也警告道,雖然基改稻米在寒冷的紐約州長得很好,但未必會在自然狀況下生長良好。

依研究小組估計,如果把基改新稻種應用在商業化農作種植,收穫量可望增加達二成。也許能讓人類在原本不可能種稻的地方種植,或許有助於解決今天全球人口過多,糧食不足的問題。

原始論文:
Ajay K. Garg, Ju-Kon Kim, Thomas G. Owens, Anil P. Ranwala, Yang Do Choi, Leon V. Kochian, and Ray J. Wu. Trehalose accumulation in rice plants confers high tolerance levels to different abiotic stresses. PNAS published November 27, 2002, 10.1073/pnas.252637799

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