我们吃的香蕉，搞不好马上就要绝种了
2016/12/2 17:03:30 中国科普博览
本文经授权转载自微信公众号环球科学ScientificAmerican(ID：huanqiukexue)
虽然全球的超市和水果店货架上到处都有香蕉，但这些香蕉都是基因几乎相同的同一物种。因为受到疾病的威胁，这种香蕉也面临着灭绝的危险。
▲“解决这个问题的最终途径是增加人类种植香蕉的基因多样性。”图片来源：Clive Gee/PA
卡文迪什香蕉
香蕉是世界上最受欢迎的水果作物，在130多个热带和亚热带国家每年会生产出超过一亿吨香蕉。今天的香蕉之所以可以食用，其实是因为香蕉物种在自然的遗传过程中发生了一点小意外，使香蕉变得无籽。现在西方国家市场上的香蕉都属于卡文迪什香蕉及其亚种，这些香蕉的基因基本上都是相同的。卡文迪什香蕉不能进行自然繁殖，它的繁殖要依赖于植物干细胞培养或者组织培养一类的无性生殖技术。
虽然亮黄色的卡文迪什香蕉在超市和餐桌上非常常见，但就是这种几乎随处可见的香蕉，现在正面临着灭绝的危险。因为在世界范围内大规模种植的卡文迪什香蕉基因高度一致，这意味着当疾病爆发的时候，这种香蕉就会非常危险。在历史上曾经就有一种真菌疾病重创了橡胶产业，如果我们不从根本上解决这个问题，这样的问题还有可能再次出现。包括我们在内的植物科学家，正在试图通过研究香蕉基因的多样性以及致病病原体，来阻止卡文迪什香蕉的灭绝。
Big Mike的灾难
因为基因易感性高导致疾病蔓延有过很多先例，其中最有代表性的例子同样来自于香蕉。上世纪60年代，商业种植园中最主要的香蕉品种叫做Gros Michel，也叫Big Mike，这一品种非常受消费者欢迎，以至于当时香蕉种植业的全都全部转向种植这个品种。一时间，上千公顷的热带雨林全部被开垦来种植这种香蕉。
但是正是这种香蕉的受欢迎为它带来了厄运。上世纪50年代到60年代，一场疾病席卷了这些香蕉种植园，这种被称作镰刀菌萎蔫病或者巴拿马病的真菌疾病几乎使Gros Michel香蕉濒临灭绝，世界香蕉出口产业在当时几乎处于崩溃的边缘。这场灾难的罪魁祸首是一种来自土壤的真菌：它感染了香蕉树的根和维管系统，使得香蕉无法继续运输水分和营养而枯萎死亡。
巴拿马病可以通过土壤水和耕作使用的农具进行传播，所以这种疾病很难控制。针对土壤和植物干细胞的抗真菌药也没有作用。另外，这种真菌可以在土壤里存活几十年，所以受到感染的土地就不能重新种植香蕉了。
卡文迪什香蕉对于这种真菌导致的枯叶病有抵抗力，因此在那场疾病之后成为替代Gros Michel的香蕉品种。尽管卡文迪什香蕉在口味上差了一些，尽管将这种新的香蕉推向国际市场面临着重重挑战，卡文迪什香蕉最终还是取代了Gros Michel成为了香蕉种植园主要的种植品种。在那之后，整个香蕉产业发生了巨大的转变，直到今天，卡文迪什香蕉仍然占据了47%的香蕉种植比例以及99%用于出售出口发达国家的市场份额。
卡文迪什香蕉的威胁
但是卡文迪什香蕉也有自己的缺点，最突出的缺点就是它们容易患香蕉叶斑病。一种假尾孢属真菌会感染这种植物的叶子，使细胞死亡，影响光合作用，最终导致香蕉的产量和品质降低。如果这种香蕉叶斑病继续不加控制，香蕉产量将会面临着35%~50%的产量下降。
卡文迪什香蕉的种植者现在正在试图通过修剪被感染的叶子，以及抗真菌药来控制这种香蕉叶斑病。为了控制这种疾病，种植者每年会使用超过50种的化学药品，这样大量滥用抗真菌药会对环境产生不良的影响，还会对种植香蕉的农场工人的健康产生威胁，增加生产成本。与此同时，这也筛选出了耐抗真菌药的真菌品种：当这种有抗性的真菌更加普及时，这种疾病就会更加难以控制。
▲图为位于菲律宾南部的棉兰老岛的一个香蕉种植园，一架作物喷粉机正在喷洒抗真菌药。图片来源：Romeo Gacad/AFP
更糟糕的是，卡文迪什香蕉正在受到一种新出现的尖孢镰刀菌(TR4)的威胁。这种真菌最早在台湾、马来西亚和印度尼西亚被发现，接着就传播到了东南亚、中东和非洲地区。如果这种真菌传播到拉丁美洲和加勒比海地区，对于这些地区的香蕉出口产业来说将会是一个沉重的打击。卡文迪什香蕉对这种真菌几乎没有抗性，香蕉种植者目前也只能采取一些临时的措施来阻止它传播到更多的地区，比如使用清洁农具以及限制可能被污染的土壤在农场之间转移等。
蕉叶斑病和巴拿马病都导致了香蕉的减产，并且非常难以控制。虽然通过正确、到位的监控，并干预和阻止它们的传播可以显著降低患病风险和它们带来的损失，就像现在美国所做的那样，但是这些措施并没有给我们提供急需的长久解决方案。
解决方案
ros Michel香蕉的惨剧已经给我们带来了教训，即过分依赖单一基因的作物物种会带来非常大的风险。为了减少这种风险，我们应该提高栽培香蕉的物种多样性。
人类记录过的野生香蕉超过1000种。虽然这其中的大多数都没有农业价值，比如具有高产、无籽、香甜并且可以长时间储存等特征，使得它们可以直接代替卡文迪什香蕉，但它们可以成为新的基因来源。科学家可以从它们之中找到抗性基因以及其他人类需要的特点，将这些基因用于基因工程和无性繁殖。
虽然野生香蕉物种如此重要，但是至今几乎没有研究者关注、收集、了解和利用这些野生香蕉的基因，更没有相应的研究经费。近一个世纪以来，几乎所有的作物都通过植物育种提高了产量，然而香蕉还没有从遗传学和育种技术中获益。但是我们已经迈出了第一步：我们现在了解了香蕉的基因序列以及导致这两种疾病的真菌，这些研究将会帮助我们了解这些病原体导致香蕉疾病的分子机制，从而为我们进一步在野生和种植的香蕉品种中找到抗性基因提供帮助。
研究者现在可以确定野生香蕉以及其他植物中的抗性基因，然后利用经典的育种技术或者基因工程技术将这些基因转入栽培的品种之中。
”
科学家们还可以用这种方法研究香蕉病原体的动态进化过程，了解香蕉对于这些变化的抗性变化。
最新的技术以及详细的基因测序，结合基因工程以及植物育种领域的长期研究，将会帮助我们与威胁卡文迪什香蕉物种的病原体斗争。
最终我们需要提高种植香蕉的基因多样性，这样我们才不会依赖于单一的物种，就像种植卡文迪什香蕉还有它的前任一样。否则，像这样香蕉灭绝的威胁将会再次重演。
撰文 Ioannis Stergiopoulos, André Drenth, Gert Kema
翻译 邢浩然
审校 丁家琦
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