房裕東

20世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使得醫(yī)療衛(wèi)生水平大幅提升，人口死亡率大大降低，人口數(shù)量呈現(xiàn)迅猛增長(zhǎng)。20世紀(jì)初，世界總?cè)丝跀?shù)量?jī)H有16億；20世紀(jì)末，世界總?cè)丝跀?shù)量飆升到60億；2022年底，世界總?cè)丝跀?shù)量已達(dá)80億。人口的爆發(fā)式增長(zhǎng)、極端天氣的頻發(fā)、地緣政治沖突等已成為導(dǎo)致全球糧食危機(jī)加劇的主要原因。如何改良作物、培育新品種、提高糧食產(chǎn)量，是眾多作物研究者一直關(guān)注的重點(diǎn)和努力的方向。

“綠色革命”與諾貝爾和平獎(jiǎng)

諾曼·歐內(nèi)斯特·布勞格，美國(guó)著名農(nóng)業(yè)科學(xué)家、植物育種家、植物病理學(xué)家，長(zhǎng)期從事小麥品種改良研究工作。布勞格對(duì)小麥品種的成功改良，使得墨西哥1963年的小麥產(chǎn)量比1944年的提高了6倍，讓墨西哥成為一個(gè)小麥出口國(guó)（在其出口的小麥中，95%的小麥品種均為布勞格所培育）。1964—1979年，布勞格擔(dān)任國(guó)際玉米小麥改良中心負(fù)責(zé)人。1965年，布勞格在巴基斯坦和印度開(kāi)始推廣其培育的矮稈小麥，使這兩個(gè)國(guó)家的小麥產(chǎn)量以每年70%的速度增長(zhǎng)，有效控制了兩國(guó)饑荒災(zāi)情的蔓延。

1968年，美國(guó)國(guó)際發(fā)展機(jī)構(gòu)（USAID）在年度報(bào)告中將印度次大陸的糧食增長(zhǎng)現(xiàn)象稱為“綠色革命”，這一概念指的正是由布勞格發(fā)起的選育高產(chǎn)品種、改進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的一系列農(nóng)業(yè)革新，而布勞格本人也被譽(yù)為“綠色革命之父”。1970年，布勞格獲得了諾貝爾和平獎(jiǎng)。1986年，布勞格創(chuàng)立世界糧食獎(jiǎng)基金會(huì)；1996年6月7日，布勞格成為中國(guó)工程院外籍院士。

“綠色革命”扭轉(zhuǎn)了20世紀(jì)中葉全球多地面臨饑荒的局面，幫助至少10億人擺脫了饑餓的威脅，至少19個(gè)發(fā)展中國(guó)家成功實(shí)現(xiàn)了人口高增長(zhǎng)下的糧食自給自足，拯救了數(shù)百萬(wàn)人的生命。

布勞格改良出了許多矮壯的小麥品種，這些小麥的高度只有普通小麥的四分之三高。這有什么好處呢？ 首先，矮化品種不易倒伏。人們常說(shuō)“樹(shù)大招風(fēng)”，如果植物長(zhǎng)得又細(xì)又高，就很容易在風(fēng)雨中從根部或者莖稈處折斷或倒下，而矮化品種則不容易在外力作用下倒伏。其次，矮化品種有利于增加產(chǎn)量。正如一個(gè)人的精力是有限的，植物的能量也是有限的，如果大部分能量都用來(lái)長(zhǎng)個(gè)兒，就沒(méi)有更多能量去結(jié)實(shí)，產(chǎn)量自然就會(huì)減少。除了小麥矮化品種，育種家們還選育出了高產(chǎn)的水稻矮化品種。這些品種不僅兼具抗倒伏和高產(chǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)還有便于管理、秸稈易于處理等優(yōu)勢(shì)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的優(yōu)良品種。

“巨人癥”與“惡苗病”

對(duì)于人體而言，如果腺垂體分泌過(guò)多生長(zhǎng)激素，就會(huì)引起軟組織、骨骼及內(nèi)臟的增生肥大及內(nèi)分泌代謝紊亂。發(fā)病在青春期前、骺部未閉合時(shí)，稱為“巨人癥”；發(fā)病在青春期后、骺部已閉合時(shí)，稱為“肢端肥大癥”?；肌熬奕税Y”的孩子早期會(huì)表現(xiàn)為過(guò)度的生長(zhǎng)發(fā)育，10歲左右身高就可超過(guò)2米，往往肌肉發(fā)達(dá)、臂力驚人、性器官發(fā)育較早；當(dāng)病程發(fā)展到衰退期（持續(xù)四五年）時(shí)，他們就會(huì)出現(xiàn)精神不振、四肢無(wú)力、肌肉松弛、毛發(fā)脫落、代謝減慢等癥狀。很多“巨人癥”患者的壽命都不長(zhǎng)，多在二三十歲時(shí)去世。

水稻中也有類似人類“巨人癥”的病，被叫作“惡苗病”。患了“惡苗病”的水稻會(huì)瘋長(zhǎng)，莖稈長(zhǎng)得很高，但稻米收獲量卻減少超過(guò)70%，而且稻米質(zhì)量也不好。不同于人類“巨人癥”，水稻“惡苗病”還具有傳染性，可以在水稻之間傳播。所以，“惡苗病”是一種非常嚴(yán)重的農(nóng)作物病害，一旦暴發(fā)，大片良田幾乎顆粒無(wú)收。

赤霉素的發(fā)現(xiàn)與研究

起初，人們并不知道是什么導(dǎo)致水稻患上“惡苗病”，直到1898年日本科學(xué)家證實(shí)，“惡苗病”是由一種真菌感染引起的；又過(guò)了幾十年，科研人員才發(fā)現(xiàn)這種真菌是赤霉菌。他們給正常生長(zhǎng)的水稻接種赤霉菌后，發(fā)現(xiàn)水稻會(huì)瘋長(zhǎng)莖葉，表現(xiàn)出類似“惡苗病”的癥狀；即使將活性赤霉菌去除，只用養(yǎng)過(guò)菌的培養(yǎng)液處理水稻，水稻還是會(huì)出現(xiàn)類似癥狀。這說(shuō)明活性赤霉菌在培養(yǎng)液中分泌了某些物質(zhì)，而這些物質(zhì)具有促進(jìn)植物伸長(zhǎng)的功能。后來(lái)，人們將赤霉菌產(chǎn)生的能促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)的一類化合物稱作赤霉素（gibberellin，GA）。

高產(chǎn)品種都有一個(gè)共同的特點(diǎn)—個(gè)頭矮。為何它們會(huì)比正常植株矮很多呢？這其實(shí)與赤霉素有關(guān)。植物體內(nèi)的赤霉素就好比一個(gè)指揮官，它通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式向植物傳達(dá)向高生長(zhǎng)的指令。在矮化品種中，要么是赤霉素沒(méi)有正常發(fā)令，要么是“通信員”沒(méi)有正常傳令。這樣一來(lái)，沒(méi)有收到指令的植物就不會(huì)消耗過(guò)多營(yíng)養(yǎng)來(lái)長(zhǎng)高，反而能省下大部分營(yíng)養(yǎng)來(lái)結(jié)實(shí)，于是變成了高產(chǎn)品種。這也是布勞格改良小麥、玉米等矮化品種的原因。

赤霉素是一類屬于雙萜類化合物的植物激素。在高等植物生命周期中，赤毒素發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用，它參與了種子萌發(fā)、下胚軸和莖稈伸長(zhǎng)、葉片延展、表皮毛狀體發(fā)育、開(kāi)花時(shí)間、花器官發(fā)育以及果實(shí)成熟等過(guò)程的調(diào)控。人們已先后從不同物種中鑒定了100余種結(jié)構(gòu)明確的赤毒素，按照發(fā)現(xiàn)的時(shí)間順序，它們被命名為GA1—GA136。不過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，只有少數(shù)種類的赤霉素具有調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的作用，如GA1、GA3、GA4、GA7等。

20世紀(jì)的“綠色革命”在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是高產(chǎn)育種中發(fā)揮了重要作用，其所采用的矮化品種作物就是由于赤霉素合成或響應(yīng)發(fā)生突變所造成的。赤霉素異常所導(dǎo)致的矮稈特征使得作物降低營(yíng)養(yǎng)分配到莖稈伸長(zhǎng)、增加營(yíng)養(yǎng)分配到種子生長(zhǎng)，從而提高了產(chǎn)量。同時(shí)，矮稈性狀也使得作物便于栽培管理，減少了作物倒伏所造成的損失。

作物不能正常聽(tīng)令于赤霉素，造就了高產(chǎn)品種；高產(chǎn)品種又保證了糧食的充足，讓人們能吃飽飯。小小的赤霉素有著這樣大大的功勞，真不可小覷它的存在呀！