■本報記者 唐鳳
基因編輯讓番茄重獲美味。
當前，隨著經濟和技術發展，糧食產量連年增加，但全球糧食安全情勢仍不容樂觀。
例如，全世界每年大約生產8000億個番茄，但有多少值得食用呢?
實際上，經過數千年的培育，這種蔬菜已更適合農民和銷售商，而不是消費者。番茄藤現在以一種有序的方式生長，從而生產出大量果實。但是，很多研究已經證實，番茄的味道和營養在這個過程中迷失了。
植物科學家正在研究這個問題。近日，3個研究組分別闡述了如何制作一種超級番茄：不以犧牲口味換取產量。
這些研究不僅展示了有用性狀是任何被引入到植物中的，還提醒人們關注植物生長和發育基礎研究的價值。有人稱超級番茄是一場“甜蜜的勝利”，人們開始關注口味和營養，而不僅僅追求產量，同時，也展示了植物學家能為改善世界食品體系做更多工作。
情勢逼人
聯合國糧食及農業組織、國際農業發展基金會、聯合國兒童基金會、世界糧食計劃署和世界衛生組織等五大機構近日共同發布2018年《世界糧食安全和營養狀況》報告指出，2017年，全球8.21億人處于饑餓狀態，相當于每9人中就有1人在挨餓，已重回10年前水平。
除了饑餓，隱性饑餓問題也不容忽視。數據顯示，全球有20億人因膳食中缺乏這些微量營養素而導致健康受損。世界銀行和國際食物政策所的研究結果表明，發展中國家由于營養不良造成的勞動力損失占該國GDP的3%~5%。
目前，氣候變暖已經影響到主要糧食作物的產量。氣候變化會對降雨模式和農業生產造成影響，導致糧食供應短缺、糧價高漲，而糧食安全較差的發展中國家所受影響更大。
英國利茲大學戰略研究院院長Tim Benton在近日舉行的“氣候變化和食品體系會議”上指出，氣候變暖將改變糧食產量、質量和病蟲害的分布，從而對糧食供應體系產生影響和沖擊，未來全球糧食供應體系會變得更脆弱和低效。
“人們普遍認為，到2050年，農業產量必須進一步增加50%，才能養活預計的全球90多億人口。而飲食模式的改變進一步加劇了這一挑戰。”瑞士弗里克有機農業研究所的Adrian Muller告訴《中國科學報》記者。
Muller提到，有許多關于實現這一目標的建議，如進一步提高生產和資源使用效率、重視農業生態學和有機農業，以及減少動物產品和食物浪費等。
干凈生產
其中，有機農業頗受爭議。研究顯示，雖然有機農業比傳統耕作更環保，但是若不開辟新的耕地，有機農業仍舊無法滿足人類對食物的需求。
“有機農業或許可以在滿足全球食物需求的同時實現可持續發展，但條件是減少食物浪費和肉類生產。”Muller說。
Muller團隊2017年11月在《自然—通訊》發表論文指出，模型預測要實現100%的有機農業轉化同時滿足全球糧食需求，所需耕地要比目前增加16%~33%，還需要減少50%的食物浪費，并且停止生產動物飼料。
此外，控制農業對環境的負面影響也至關重要。如果農業不斷破壞環境，反過來環境壓力又影響農業生產，就會陷入惡性循環。
《自然》近日發表論文顯示，如果不提升農業生產水平、改變糧食消費方式、應對人口和收入水平的預期變化，2010年到2050年糧食系統對環境造成的影響可能會上升50%~90%。
“我們的研究顯示，如果不采取行動，到2050年，與糧食生產相關的地球承載能力極限將被打破。”該論文通訊作者、英國牛津大學的Marco Springmann在接受《中國科學報》記者采訪時表示。
但Springmann研究組同樣發現，沒有單一措施足以緩解糧食系統給地球環境帶來的壓力。
研究人員利用國家級詳細數據建立了一個全球糧食系統模型，研究與糧食有關的環境影響。結果顯示，在全球范圍內采用更多以植物為基礎的飲食可以將溫室氣體排放量減少一半以上。除了改變飲食結構，提高農業生產技術和管理水平、減少糧食損失和浪費也是限制食物系統環境影響的必要條件。
“如果綜合運用這些措施，那么許多此前預期會增加的環境壓力或許能緩解。”Springmann說。
同樣，二氧化碳排放不僅影響農業生產，還可能影響人類營養狀況。
營養全球
美國哈佛大學陳曾熙公共衛生學院Matthew Smith和Samuel Myers及同事發現，除非采取有力的緩解措施，否則二氧化碳濃度預計在未來30至80年內將超過550 ppm(百萬分之一)，這可能使許多主要作物的鐵、蛋白質和鋅含量減少3%~17%，從而影響世界多地的人類營養狀況。
“多年來流行的理論是，較高的二氧化碳導致植物更快生長，這有利于碳水化合物的形成，而其他重要營養物卻有可能被高碳水化合物所‘稀釋’。”Smith告訴《中國科學報》記者。
實際上，目前全球人口的營養狀況已不樂觀。《世界糧食安全和營養狀況》報告顯示，有近1.51億5歲以下兒童因營養不良而身材矮小，遠低于各年齡段的身高標準。國際組織呼吁采取措施為人們獲得有營養的食物提供保障，并打破營養不良的代際循環。
Smith提到，決策者應當監測其食品供應的營養含量，并在必要時采取行動，例如重視作物強化或營養補充計劃，以及鼓勵飲食多樣性等。
中國農科院生物技術研究所副所長張春義提到，早在2004年5月，農科院便針對微量營養素攝入不足造成的隱性饑餓問題，啟動了中國作物營養強化項目，致力于篩選、培育、評價和推廣富含微量營養素的營養強化作物新品種。
“生物強化對改善人民健康水平、提升生活質量十分重要，過量攝入低營養高能量食物是導致肥胖癥、糖尿病和心血管疾病的主要原因，迫切需要全社會關注營養健康。”農科院作物科學所所長劉春明告訴《中國科學報》記者。
劉春明團隊日前在國際上首次發現了一種可用于培育高營養水稻的新型育種材料。
“水稻的糊粉層是水稻高蛋白、不飽和脂肪酸、維生素、微量元素的主要儲存場所。我們篩選的糊粉層加厚水稻品系跟普通全米比較蛋白質、維生素、膳食纖維、鋅、鐵、鈣增加了30%~300%;跟白米比較增加了2~10倍。”劉春明說。
研究人員將誘變過的種子從中間切開，利用不帶胚的一半分析其糊粉層厚度，帶胚的一半保留獲得后代，共篩選了近3萬粒種子，獲得了這種糊粉層加厚的品系。相關成果在線發表于美國《國家科學院院刊》。
但推進營養型農業產業發展，“需要全社會關注、進行科普知識教育、政府的扶持和支持、企業參與才可以實現”。劉春明說。
“雖然，我們無法預測未來的飲食會發生怎樣的變化，也無法捕捉到數十億人日益惡化的健康狀況，但無論如何，全球減排努力將是幫助避免潛在危害的最直接方式。”Smith說。
