保卫粮食

2008-09-28 09:04高卫东
百科知识 2008年13期
关键词:粮食水稻基因

高卫东

“民以食为天”。今年以来,全球粮食价格大幅飙升,粮食危机成了媒体上出现频率很高的一个词。在此背景下,6月初召开的主题为“气候变化与生物能源的挑战”的世界粮食峰会格外引人关注。粮食问题有多严重?粮价为何大幅上涨?谁引发了粮食危机?我国的粮食生产有没有保障?我们该如何应对粮食危机?

“无声的海啸”

其实,这场粮食危机几年前就已初露端倪。统计显示,全球主要粮食价格自2005年来已上涨了80%多,特别是从2007年以来,全球食品价格指数上涨近1/3,创1845年以来最高值。粮食价格指数的上涨速度远高于整体物价的涨幅,人人都感受到了粮价上涨带来的压力。

有关人士担心,粮价上涨将引发新一轮通胀,从而引爆经济危机,导致全球的社会危机,乃至全球性的动荡。因为全球已有30多个国家面临粮荒,有8.54亿的人口,也即每8个人中至少有1个人,陷于饥馑。这其中,受到最大影响的国家是津巴布韦、厄立特里亚、海地、塔吉克斯坦、缅甸、尼日尔、塞内加尔等。这些国家的粮食主要依赖进口,粮价上涨后,国家没有足够的外汇购买粮食,所以政府不得不提高国内粮价,从而引发了中低收入者的强烈抗议和不满,有些地区甚至因食品价格爆发了骚乱。

事实上,不仅穷国的粮食安全正受到致命威胁,一些发达国家甚至是像美国这样的粮食生产大国,食品价格也在上涨。根据美国农业部的统计,2007年,美国鸡肉批发价比上一年提高10%,鸡蛋价格上涨21%,牛奶的价格也上涨了14%。美国有些城市甚至出现了抢购大米的热潮。在此轮食品价格上涨中,欧洲地区食品价格上涨的势头同样明显。过去一年里,欧洲衡量小麦、食糖和玉米等8种主要农产品价格变动的指数上涨了10%。

据诺贝尔经济学奖获得者加里·贝克估计,如果食品价格上涨30%,发达国家民众的生活水平会降低3个百分点;而贫困国家民众的生活水平则会降低20个百分点。与粮价飙升相伴的是全球粮食储备已降至历史最低点。以大米为例,全球大米库存量已跌至7520万吨,创下上世纪80年代以来的最低点,仅为本世纪初的一半。

都是石油惹的祸?

按照联合国粮农组织的统计,2007年,被直接作为人类食物的粮食仅占当年世界粮食产量的一半不到(10.1亿吨)。全球消除饥饿所需填补的粮食缺口仅0.5亿吨。剩下的粮食到哪去了?答案在行驶的汽车中。因为大量粮食转化为了燃料。

仅仅两年前,国际石油价格还处在每桶40美元的水平,如今已突破了120美元大关。为确保能源安全,粮食作为可替代能源进入人们的视野,特别是2007年12月,美国通过了新能源法案,将发展生物燃料等替代能源作为国策。其他国家亦纷纷效仿美国的做法,把用粮食制造乙醇作为重要政策加以推广。2007年,全球用于生产燃料的粮食超过1亿吨。恰恰是这1亿吨,打破了世界粮食市场维持多年的供需平衡关系。2007年,全球粮食储备总量已经下跌到3.09亿吨,仅仅相当于54天的全球消费量,而1999年的全球粮食储备水平相当于115天的全球消费量。

能源涨,粮食也跟着涨。更糟糕的是,用于生产乙醇的玉米涨价,带动了农民将用于种植其他作物的耕地转种玉米。因为玉米可以带来更好的效益。其他作物的供应减少后,粮价自然上升。

另一方面,较高的石油价格使得机械化农业的生产和运输成本上升。同时,化肥等石油下游产品也跟着涨价,进一步推高了农产品价格。有人曾计算过,用玉米生产乙醇能节省全球2%的石油消耗,但也同时造成粮价上涨30%左右。可以说,石油和能源价格的高企,影响了食品生产的整个价值链,带动了其他领域的价格增长。

还有些专家认为,造成粮食价格上涨的根本原因是多方面的。除了前面提到的原因外,还包括:由于经济发展与人口的增长,一些发展中国家对食品的需求更多,一个十分明显的变化就是粮食的饲料化,从而造成粮食生产增速低于需求的增速。另有一些粮食出口国,比如澳大利亚和一些中欧国家,遭受到各种自然灾害,导致粮食减产。再就是受国际投机资本的影响。美国次级债危机爆发后,美元贬值,一些投机性资本转向商品期货市场,在一定程度上放大了粮食市场的波动。同时,不断上涨的粮食价格也使得很多国家对粮食出口采取限制性措施,这些都进一步导致国际粮食贸易量迅速下降,加剧了粮食供应的紧张局势。

所以说,这种全球粮食安全问题在很大程度上是“人为的”。事实上,“我们的星球有足够的粮食为所有人类提供充足食物”,但在分配上存在巨大的鸿沟。

突然发生的粮食危机,还和世界多年忽视农业有关。据说一个优质作物新品种从研究到实验成功要花费10~15年时间,但在过去60年,全球粮食充足,没有人想到要预防粮食危机。

谁来养活中国

上世纪90年代,美国世界观察研究所所长莱斯特·布朗曾经提出,粮食安全是人类面临的最严峻挑战。到了2030年,由于人多地少、人口增长以及耕地消耗等原因,届时,即使中国有足够的外汇能够进口所短缺的2亿多吨粮食,世界范围内却没有任何国家能够提供这么多粮食。“2030年,谁来养活中国?”我国专家最后给出的答案是中国可以做到自己养活自己。

“粮食安全”的评价指标通常有粮食产量水平、库存水平、进出口贸易依存水平、贫困人口温饱水平等。联合国粮农组织给出的粮食安全衡量标准有3点:一是国家粮食的自给率必须达到95%以上;二是年人均粮食达400千克以上;三是粮食储备应该达到本年度粮食消费的18%,而14%是警戒线。

按照这一标准,2007年我国粮食总产量为5,015亿吨,谷物净出口为796万吨,大豆净进口3082万吨,粮食(含大豆)的自给率超过95%:按13亿人口计算,人均占有粮食在300~400千克之间波动;2006年期末库存消费比约为35%,2007年期末估计约为40%~45%。

因此,目前我国不存在粮食安全问题。

具体来看,上表是我国去年几大作物的一些基本情况。

另据国家信息中心最新预测,2008年我国稻谷产量将达到1.857亿吨,较上年增长0.11%。从2005年至今,国内连续3年稻谷产量大于当年稻谷消费总量。

从目前的统计数据看,我国还不是缺粮国。

致命的局限

根据联合国推算,2050年世界人口将达到i00亿,满足其粮食需求至少需要1999年的1.5

倍谷物数量。1991年谷物的种植面积为7.04亿公顷,而2050年的谷物种植面积预计会减少至6.2亿公顷。虽然谷物产量提高了1.7倍,达到28亿吨,但人均年拥有的谷物不足280千克,低于我国目前人均粮食拥有量。虽然全球现今有10亿人靠鱼类获取蛋白质,可减轻对粮食的依赖,但过度捕捞已使鱼类资源减少了1/4以上,对环境的影响也不容忽视。

粮食继续增产的压力在不断加大,难度也在增加。联合国开发署等机构的报告说,2020年二氧化碳等温室气体的排放会增加45%~90%,使得2050年的气温将比现在升高1.5℃,2100年约升高3℃。农作物的适应性将面临巨大的挑战。最新研究显示,当温度上升到30℃以上时,稻米产量就会下降。英国前不久的一项实验也证实,农作物在某些特定的生长阶段,对于温度的变化远比人们想象的敏感。比如在授粉阶段,即使承受高温的时间只持续15分钟,也会对授粉产生不利影响,从而降低产量。同时在此种条件下结出的种子,繁殖能力也会大打折扣。根据我国政府的气候变迁报告评估,如果不采取任何行动,本世纪后半期,小麦、稻米和玉米产量将减少达37%。同时,全球淡水储量将普遍降低,水质下降,会严重影响作物的灌溉。特别是受气候变暖影响较大的亚洲和非洲。

为抵消气候变暖给我国农业带来的减产,有关专家认为,我国在2030年时可能需要增加1.5亿亩耕地。因为我国在2030年的粮食产量会比现在少5%~10%,这相当于一年减少3000万~5000万吨。而我国的人口在2030年将达到15亿的高峰。为了养活这新增的2亿人,一年需要多消耗1亿吨的粮食。

人们常说,中国以占世界7%的耕地养活了世界上22%的人口。我国耕地面积自1982年之后快速减少,到2007年国家不得不提出要保住18亿亩耕地的“红线”。同时,农村精壮劳动力大量向城镇转移,留在农村务农的基本为妇女和老人;另一方面,人民收入连年提高,饮食结构大幅变化,尤其是城市居民,对肉蛋奶等高蛋白食物的需求不断增加。每个城市居民多吃一块肉,就意味着生产上比原先多一份饲料需求。要知道,生产1千克鸡肉需要2千克粮食,1千克猪肉要3千克粮食,1千克牛肉则需要8千克粮食。

从粮食作物种类和区域结构看,我国面临的问题仍比较突出,小麦由前几年产不足需转变为产略大于需;稻谷由前几年的产不足需转变为产需基本平衡;玉米工业消费增长较快,将由以往供需平衡有余逐步向基本平衡转变;大豆产需缺口扩大,需要通过进口来解决。粮食库存品种结构与消费需求结构不完全适应,需要进一步改善。在区域布局上,我国粮食生产继续向优势区域集中,13个主产区粮食产大于需,余粮较多;7个主销区粮食产不足需,粮食自给率下降,缺口较大;11个产销平衡区粮食缺口亦有所扩大。

藏粮于科技

据联合国粮农组织预测,未来世界粮食增产总量的20%来自播种面积的增加,约80%来自单产的提高,所以,我们必须大力推进农业科技进步,提高单产,提高复种,提高品质。

国家粮食局局长聂振邦年初表示,从长远看,在耕地增长有限的前提下,我国粮食单产水平稳步提高的难度较大。果真如此,我们有没有好的科技手段可以持续提高作物的产量?

办法还是有的。那就是采用现代生物技术与常规育种技术相结合,培育有突破性的新品种,进而达到增产的目的。此外,化肥的普遍使用、薄膜技术的运用,以及一些现代农业技术的应用,也为粮食增产提供了潜力。其中,育种是根本。

2005年8月和今年2月,科研人员公布了水稻和玉米两种最重要作物的基因组图谱,几乎定位了水稻和玉米中的全部基因组成。科学家认为,水稻和玉米基因测序工作的完成将使农业育种获得重大突破,因为基因图谱也许可以协助人们寻找新方法,帮助人类解决粮食生产问题。

进入上世纪80年代以来,作物育种的水平一直徘徊不前。人们分析后发现,这主要是由于育种亲本遗传基础狭窄所致。因此如何高效持续地发掘利用种质资源中的优良基因,是迫切需要解决的重点和难点。

我们知道,每种植物都有各自不同的基因,而植物的每一种形状特征和每种疾病都与处在不同位置的基因有关。植物的基因图谱可以表明每条染色体中基因的具体位置,相当于为每种植物登记造册一个带有基因照片的“身份证”。

其实,自20世纪60年代以后,科学家就开始着手破译生物遗传基因的遗传密码。简单地说,就是将控制生物遗传特征的每一种基因的核苷酸的排列顺序弄清楚。在搞清楚单个基因核苷酸排列顺序的基础上,进而有计划、大规模地对重要生物体的全部基因图谱进行测序和诠释,并进行有目标的利用。

因为任何生物的全部遗传构成都被称为它的基因组,基因组研究因此也被称作基因组学。在基因组学的促进与推动下,一种新的育种方法——分子育种诞生。分子育种基本上包括有两类,一类是分子标记辅助育种,又称分子标记辅助选择;另一类是转基因育种,也称为基因工程育种。

分子育种的关键是从作物种质资源中鉴定、分离克隆出有重要价值的目的基因。因此目前世界各国都将研究重点放在种质资源的基因鉴定与分离方面,并展开了激烈的竞争,基因组图谱可以为人们的这种研究工作提供帮助。它除了用于基因组序列测定外,还用于以下几个方面。

基因定位,即借助基因组图谱,找出各农作物上具有重要农艺性状和经济性状的基因,如抗病基因、抗虫基因、耐逆性基因、高含油量基因、早熟基因、光周期敏感基因、矮秆基因等。

基因组比较分析。即从分子水平了解物种间的同源性,研究基因组的进化和染色体的演变。

至于为何首先选择研究水稻和玉米这两种作物,研究人员也有自己的考虑。水稻在全球半数以上人的饮食结构中占80%。但随着人口的增长,其产量必须在未来20年内增长1/3,才能满足需要。利用功能基因组学的理论和手段,可为揭示水稻重要性状的遗传控制的分子机理,并为从基因组水平上对水稻实现遗传改良铺平道路。另一方面,与其他农作物相比,生产水稻需要耗费大量的水资源,生产效率低,受干旱的影响较大。根据测序得到的精确序列,科学家可以加速对传统水稻的育种改良,培育出耐干旱、耐疾病以及能在寒冷气候和高纬度地区生长的新型水稻品种,从而满足日益扩大的粮食需求。而且,作为公认的模式植物,我们研究水稻的基因组,还有助于了解小麦、玉米等其他禾本科农作物的基因组,从而能够举一反三,带动所有粮食

作物的基础与应用研究。比如,利用水稻基因图谱寻找控制白粉病和锈病这两种农作物主要病害的基因。玉米基因图谱的应用也与水稻类似。

可以预见,基因图谱的研究和应用对农业生产的影响不仅是产量和品质,甚至是生产方式。科学家可根据水稻、小麦、玉米、高粱等作物的遗传信息,从基因图谱上获得所需的基因,从而培育出新的良种,在产量、抗性、雄性不育等问题上获得突破。

不过,从目前来看,常规育种仍是农作物应用最广泛和最有效的育种途径。但在常规育种最重要的一个环节选择上,包括在亲本选育和杂交后代的自交系选择,将分子标记技术与常规育种相结合,将使选择变得更准确、更快速、更廉价有效。

“东方魔稻”

尽管基因图谱为我们提供了美好的前景,但也有学者认为,利用基因图谱开展相关生产实践,需要一个漫长的过程。如果基因图谱不能马上为我所用,在目前的生产中,超级杂交水稻或许是一个很值得期待的技术手段。因为“从播种到收割,只要4个月的时间,就能立马看到效果”。

所谓超级水稻,是指比现有水稻品种在产量上有大幅度提高,并且兼顾品质优与抗性强的新型水稻品种。

上世纪60年代,世界主要产稻国通过广泛推广应用矮秆,高产品种,水稻大面积产量得到了大幅度提高,史称“绿色革命”。我国继通过矮化育种实现了水稻单产的第一次飞跃后,又于20世纪70年代应用三系法杂交水稻育种,实现了水稻单产的第二次飞跃。然而,此后出现的水稻品种产量潜力徘徊局面,一直到20世纪90年代中叶都未得到明显改善,粮食安全问题再次受到了广泛的关注。

为早日实现水稻单产的第三次飞跃,我国科学家于1996年提出实施水稻超高产育种(超级稻育种)设想,即采用理想株型塑造与籼粳杂种优势利用相结合的技术路线,大幅度提高水稻单产。经多年努力,中国超级稻育种,尤其是超级杂交稻育种取得了重大突破,一些新组合在百亩、千亩连片规模上亩产700千克,小面积达800千克。

不过,近年育成的新品种(组合)的综合性状尚不尽如人意,其米质和抗性尚有待于进一步提高。换句话说,目前的超级稻在原有品质和抗性的基础上,实现了产量潜力的突破,这仅仅体现了狭义的超级稻概念。要实现产量潜力、抗性和米质的全面提高,也即广义的超级稻概念,现有常规技术已显得不足,超级稻育种技术亟需分子技术来提升。

可喜的是,不久前,有报道称,我国科学家破译了超级杂交稻的遗传密码,并发现一些与稻米品质、光合作用等超高产因素相关的基因位点。这些关系到水稻高产、优质、抗性的重要基因位点和特殊基因位点的破译,将会为超级杂交水稻的培育工作起到重要的作用。

告别廉价时代

近期,随着各地谷物收获并陆续流入市场,全球的粮食危机开始缓和,但联合国粮农组织警告说,鉴于需求增加及出口限令,全球粮食大丰收依然无法让粮价出现较大下跌,贫穷国家在粮食进口方面的预算费用仍难以下降。粮价短期内不可能跌回到以前的低水平,“廉价食品的时代结束了”。

在最近对农业生产趋势的评估中,联合国粮农组织预测,食品价格在今后10年内将大幅度上涨。另外,预计到2016年,发展中国家消费的牛肉将增加大约30%,猪肉将增加50%,禽类产品将增加25%。

这表示,距离彻底解决现代意义上的粮食安全问题,做到“人人粮食安全”,我们还有很长的路要走。

责任编辑赵菲

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