随着全世界的总人口爆炸性地成长到突破 70 亿大关，让全人类免于饥饿这件事已经成为日益艰难的一大挑战。有人主张吃素救地球，因为这样可以减少食物中的能量，在食物量传递过程中的耗损，这个说法的确有其根据，但也有其执行面上的困难。此外，即使有一天大家都茹素，但随着人口持续攀升，未来还是可能会面临粮食不足的窘境。因此，如何增加小麦、玉米、稻米及大麦等粮食作物的产量，乃是解决此一危机的首要课题。
农作物的产量还会受到许多逆境因子的影响，诸如干旱、气候变迁与土壤盐化。这些不利作物生长的因子，使得前往生产足够的粮食这个目标的道路，更显得崎岖难行。由来自亚利桑那州立大学生命科学院、北德州大学、美国农业部所属的儿童营养研究中心，与拜耳医药大学的科学家所组成的研究团队，近期已发展出一种借由改善植物运用从土壤里吸收而来的水与养分的方式，提高植物对抗逆境的能力，进而提高植物体的生物量与产量的方法。此项研究成果发表于名为 《Trends in Biotechnology》 的科学期刊中。
此研究论文的第一作者，隶属于亚利桑那州立大学生命科学院的 Roberto Gaxiola 副教授表示，这项研究成果借由改善作物的永续性与产能，将有助于农业的升级与确保粮食的充足。我们已经知道如何改良负责制造出植物体内氢离子泵此一特定基因的表现。该基因协助将叶片中的光合作用产物移动到植物需要这些养分的部位，以便植物长出更强壮的根部与新叶，以及更饱满的果实与种子。此基因与被称为 type 1 H+-PPase （H+-pyrophosphatase） 的酵素形成相关，而它存在于自然界所有的植物体内。
既不伤害土地，又能生产粮食
现行的农法经常过度使用肥料，并造成许多环境问题，像是土壤过多的磷酸盐类溶出而污染水源，并使得海洋中出现一些没有生物可以存活的区域。过度施肥也会造成土壤中的养分过剩，使得植物不再需要长出强壮的根来吸取养分，因而导致植物根部短小的问题，这些都是在二十世纪初，化学肥料刚开始发展的时候所始料未及的状况！借由让植物能更有效地利用土壤中的水与营养物质，农民将可以投入较少的资源与成本来种植他们的作物。
Gaxiola 副教授认为，强健的根部可以让植物能够更有效地吸取土壤中的水分与营养物质。我们一方面将根部的吸收力发挥到极致，同时也把对环境的冲击降到最低。如此一来，不需要增加土地的负担就能够生产出更多的粮食，为环境与人类创造双赢。
研究结果显示，借由调整 type 1 H+-PPase 此一基因的表现，在稻米、玉米、大麦、小麦、番茄、莴苣、棉花，以及指形粟（小米的一种）为材料的试验中，其根部与地上部（茎与叶）的生长都较为强健，也能够提升植物对养分的吸收力；同时也发现这些作物对水分的利用能力与对盐分的耐受性明显提升。而在指形粟的试验中，学者更发现其内含的抗氧化物质有明显的增加。至于其他的作物是否也有此现象，则有赖后续研究来证实。 Gaxiola 副教授表示，接下来的试验进行方向，应是对这项简易的生物技术做更深入的研究，以将其在农业上的发展潜力发挥到极致！
（首图来源：Flickr/Toshiyuki IMAI CC BY 2.0）
