超级作物存在吗

超级作物存在。

发表在顶尖学术期刊《科学》上的一项研究，就带来了一个好消息。通过对植物进行生化通路的改造，生物学家们找到了一种带来超级农作物的方法。利用该方法，一部分实验植物增重超过了40%！

我们知道，植物是一种神奇的生物。从一颗种子，长成一棵参天大树，它的重量不知增加了几千几万倍。这些质量不是来自土壤，而是来自空气中的二氧化碳。

在植物中，存在一种叫做RuBisCO的酶。在光合作用时，这种酶能够把空气中的二氧化碳变成糖分，成为植物体内的有机组成部分。然而，这种酶却并非完美——它不但能识别二氧化碳，还能结合氧气。而它与氧气的结合，则会生成一种有毒的代谢产物。

为了不让自己中毒，植物不得不采用一种叫做光呼吸（photorespiration）的生化通路，进行“排毒”。但这毕竟需要消耗能量，而且消耗得还不少！此外，光合作用辛辛苦苦积累下来的生物质（biomass），也会损耗25%。据估计，对于大部分农作物而言，光呼吸所消耗的能量，对作物产量造成了20%-50%的损耗。

仅仅在美国中西部，每年因为光呼吸而损失的卡路里，就能喂饱2亿人口。

如果能杜绝这种浪费，不就有望增加植物的产量了吗？这正是研究人员们所着力的方向。我们知道，光呼吸是一条复杂的生化通路，涉及9个酶催化的步骤，反应还会发生在叶绿体、过氧化物酶体、以及线粒体等多个不同的部位。这种复杂的情况，要是能得到精简就好了。

研究人员们利用合成生物学的方法，设计了3种不同的“替代”通路。第一种替代通路里有5种酶，第二种替代通路里有3种酶，第三种替代通路只需要2种酶。此外，他们还使用了RNAi的方法，抑制植物体内的原始通路。

温室筛选的结果发现，3种替代通路有着截然不同的表现。第一种通路下，植物的生物质增加了13%，第二种通路则没有带来什么明显变化。有趣的是，第三种通路在没有使用RNAi的情况下，生物质就增长了18%。如果使用RNAi，这一增长还能上升到24%！

事实上，在田野间生长的植物，比温室里长得还要好！研究人员们统计了两个生长季的生长数据，发现相比野生型，经过基因改造的植物（第三种通路），其生物质提高了25%有余。辅以RNAi，增长更是超过40%。

研究人员们把这种替代通路比作是巴拿马运河。这条运河的存在，大大提高了贸易的效率。而他们所设计的替代通路，则在植物体内提高了代谢效率，有着异曲同工之妙。

目前，这项研究主要在烟草中完成。研究人员们乐观地表示，由于光呼吸通路在大多数植物中都存在，这一策略有望用于多种作物的改造，最终提高作物的产量。对于大豆、豇豆、水稻、土豆、番茄、以及茄子的改造，正在进行之中。

从理论到实践：

尽管一些研究者对若干种转基因作物取得的成效印象深刻，但Good听说，转基因油菜有些“叵测”，即该作物在一些环境中表现良好，但在另一些环境中却并不见效。他已经丧失了对其最初的欣喜，表示如果可以重头再来，他将会像Lynch和CIMMYT一样，把大多数精力用在传统育种上。

转基因作物面临的一个关键挑战是，诸如氮高效利用等特征会受到一张复杂基因网的影响，不仅在基因之间，而且还会与环境发生相互作用。

杜邦先锋和阿凯迪亚仍然信心满满，认为有一天单个基因会产出可提供高效营养的作物。同时，研究人员正在设法将传统育种技术和一系列高科技方法相结合。

然而，政府管制或许会成为推行“节约型”传统作物和转基因作物的最大障碍。欧洲和非洲的管制障碍让很多转基因技术难以做到大规模实验种植和商业化。Qaim说，这些障碍在一定程度上也要归咎于转基因节约型作物的进展低于人们的预期。