种子银行在守护粮食未来方面有多关键?

Different varieties of corn, which are yellow, black, white and red in colour.
The Maize committee wanted to preserve traditional maize seeds as samples maintained in research facilities to study and improve.Image: UNSPLASH/Jen Theodore
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  • 作物多样性是地球变化背景下亟待关注的问题;工业化单一种植作物正面临气候变化带来的毁灭性风险。

  • 杂交玉米种子的商品化意味着,人们认为稳定的收入来源比培育高产作物品种更有价值。

  • 虽然种子和基因库有助于保护作物,但作物多样性与再创造为未来带来了潜力。

  • “玻璃宝石”等玉米品种提醒着我们这一点。

去年夏天,我在自家小小的花园里种了三个玉米品种。我从一开始就知道,哪怕有所收成,也会少得可怜。贫瘠的土壤、来势汹汹的鸽子,还有最糟糕的——我那可怜的耕作知识,都会妨碍玉米生长。幸运的是,我感兴趣的与其说是收成,不如说是种植过程。我对作物多样性的理念以及保护多样性意味着什么很感兴趣。

如今,世界各地有数百个组织,从社区非营利组织到国际研究机构,都在努力保护作物多样性。许多人担心,面对气候变化、干旱和新出现的疾病,如今的工业化单一种植作物将会枯萎,迫使农民和植物育种者寻找具有适应地球变化特性的作物。

如今的保护工作者正努力确保一些不常见的谷物、蔬菜和水果品种能够留给子孙后代,以便他们在需要时有更多选择。然而,实现这一共同目标的方式可能大相径庭。我希望亲手把一些种子播进土里,能帮助我更好地理解保护工作为何如此艰巨。

数十年的研究表明,自20世纪初以来,我们种植的食用植物多样性已经下降。许多不再广泛种植的种子由农业研究机构保存,作为未来作物研究与开发的资源。这些收藏中最有价值的副本会被运往北极,在斯瓦尔巴全球种子库中长期冷藏。

人们并非一直都如此广泛地关注濒危种子。农业专家早在19世纪80年代便开始强调保护重要作物地方品种的重要性。但直到20世纪70年代,各国政府才开始为此投入大量资源,并协调各国的保护工作。

在此期间,许多科学家和研究机构建立了自己的收藏。有些规模庞大。在苏联,植物学家兼遗传学家尼古拉·瓦维洛夫于20世纪20年代和30年代组织了遍及全球的采集考察。到1940年,他和同事已在列宁格勒收集了约25万份多种作物品种及其野生近缘种样本。

大多数收藏都专注于特定领域。瓦维洛夫走遍全球,希望把自己的部门打造成“所有作物及其他植物的宝库”;英国植物学家A.E.沃特金斯则利用帝国网络,例如伦敦贸易委员会的人脉,设法让世界各地的小麦种子寄到自己手中。到20世纪30年代,他的收藏中已有约7000份不同品种的样本。

很少有采集者能够明确以长期保存为目标。种子是有生命的,在储存过程中会逐渐失去活力,通常能存放数年或数十年,具体取决于种子类型和保存方式。因此,收藏的保管者和管理者必须监测种子的活力,并在活力下降时及时播种、培育和收获一批新种子。即使是规模不大的收藏(更不用说拥有25万份样本的收藏),这也是一项艰巨的任务。

“哥伦比亚国际热带农业中心基因库中的六种豆类。”Image: Neil Palmer(国际热带农业中心)/维基共享资源,CC BY-SA

因此,长期保护行动迟迟未能落实。科学家和各国政府都很难被说服去花时间监测并繁育收集来的“老”品种,尤其是当所有回报似乎都来自创造和种植新品种时。工业化农场、私人种子公司和发展领域专家都被所谓的现代品种吸引,几乎无暇顾及过去的品种。

那么,是什么扭转了局面?这又为何重要?为回答这些问题,我深入研究了种子银行和作物保护的历史。我走访了仍在运作的研究站和机构档案馆,与当今的种子保护专家交谈,并翻阅他们前辈留下的文献。我的研究发现记录在我的著作《濒危玉米》中。

我在翻阅美国国家科学院档案馆文件时,取得了早期突破。几个标有“本土玉米品种保护委员会”的文件夹中保存着20世纪50年代的会议记录和档案,记载了十多年间从西半球各地收集玉米品种并尽可能永久保存的努力——玉米也称maize或corn。这些记录立刻引起了我的注意。这是作物保护史上一个早期的特例:一项着眼于极长期未来的国际行动。

玉米委员会成员担心,专业育种者培育、种子公司销售的玉米品种,正逐渐取代拉丁美洲农民传统种植的品种。他们把这些品种称为“本土品种”,而如今许多科学家会把这些适应当地环境、由农民留种的品系称为“地方品种”。

从墨西哥北部沙漠,到巴西热带低地,再到秘鲁和厄瓜多尔高地,美洲各地不同的民族经过数百年的种植和贸易,培育出了许多种玉米。委员会希望保存这些品种,但不是作为农民种植和收获的作物,而是作为样本保存在研究设施中,供遗传学家研究、育种者改良。

“秘鲁库斯科市场上出售的不同玉米品种。”Image: J. Enrique Molina/Alamy

玉米委员会成功收集了数千份种子样本。到1960年,大多数样本都存放在委员会成员所说的“种子中心”里,如今我们会称之为种子银行或基因库。这些是最早专门用于长期保存种子的设施之一。委员会希望,中心的冷藏储存能延长种子的寿命,并将不可避免的样本再生任务控制在可管理的范围内。

七十年后,我出于好奇,追踪这些样本的去向,只要有文献记录和研究经费支持,我就尽力探寻它们的历程。我在墨西哥访问一家种子银行时,手捧一罐早期考察中收集的种子。在艾奥瓦州的美国玉米种质资源收藏中穿行时,我也看到了许多类似样本的后代。显然,玉米委员会在保存种子的使命上取得了一些成功。

尽管如此,我仍怀疑种子银行是否能提供我们所需的长期解决方案。如今,人们仍将其视为成功保护作物植物遗传多样性的核心要素。玉米的历史可以帮助我们理解原因。

F1杂交玉米——资本的胜利?

要解释这一点,我们得回到玉米委员会。是什么推动委员会在20世纪50年代开展采集和保护工作?一个简单的答案是杂交玉米。委员会在审视美洲玉米多样性的未来时,担忧的迫近威胁正是它。

去年夏天,我在花园里种了一种所谓的F1杂交品种。那是甜玉米,籽粒呈奶油黄色,就像我从家附近杂货店买来的玉米。玉米棒刚从植株上摘下,几分钟内就煮熟了,口感软嫩得入口即化,美味得令人难以置信。

“F1”代表“第一子代”,说明这种种子是由遗传特征不同的两个亲本品系杂交产生的。而这些亲本品系经过多年近亲繁殖培育而成,这一过程确保它们只具备并传递科学家所期望的特性。

如今种植的大多数玉米都是F1杂交玉米。Image: Pixabay/N4TX

我的F1杂交玉米经过了遗传标准化,专业植物育种者消除了许多潜在的变异来源。我可以预期植株大小大致相同,玉米穗颜色一致,而且它们的生长速度也大致相同。

历史记述往往将20世纪40年代F1杂交玉米的发明和迅速普及视为农业史上的转折点,最初是在美国中西部的“玉米带”地区。艾奥瓦州位于玉米带核心地带,1933年种植面积中杂交品种仅占1%。到1945年,这一比例已达90%。

在一些观察者看来,杂交玉米代表着遗传学科学的首个胜利:人们对遗传规律理解得更深入,从而提高了农业生产力并带来经济收益。

另一些人则认为,这更像是资本的胜利。杂交品系的遗传构成意味着,用其种子培育的后代产量不及亲本植株。因此,农民不能留种,只能每个种植季购买新的杂交种子。对种子公司而言,F1杂交方法最重要的结果并非培育出产量更高的品种,而是通过种子的商品化获得稳定的收入来源。

遗传学家和玉米育种者倾向于认为杂交玉米迅速普及是件好事。但有些人对中西部玉米田迅速“升级”感到不安:当地适生品种的多样组合被同质化的杂交品种取代。植物学家兼遗传学家埃德加·安德森于1944年警告同事说,“玉米的整个遗传格局”已遭到“灾难性的彻底改造”。

“种植杂交品种往往意味着农民每年都要购买新种子,而不是自己留种。”Image: UNSPLASH/Eco Warrior Princess

安德森认为,老品种仍有许多值得学习之处,其中包括可能使新杂交玉米进一步增产的信息。但如果没有农民种植这些品种并逐季留种,它们恐怕很快就会消失,无法继续研究。他呼吁同事想办法组织保护工作。他认为,或许可以付钱请一些农民种植这些品种。

安德森和其他科学家都没有动员起来,系统地保护美国中西部农民的品种。但当他们得知墨西哥、巴西和其他拉丁美洲国家在20世纪40年代成立了新的州级农业项目,又听说杂交种子公司正凭借商业品种打开市场时,警钟敲响了。如果新品种像席卷美国那样席卷这些国家,该怎么办?

这种前景令人担忧,因为拉丁美洲种植的玉米品种极其多样。农民收获籽粒宽大的白色粉质玉米、细长的红色爆米花玉米、深紫色的硬粒玉米等等。他们种植高耸的20英尺高植株,也种植矮小粗壮的沙漠灌木型玉米。有些品种晒干后磨成面粉,有些则作为蔬菜鲜食。玉米的形态与种植它的民族一样丰富多样、各具特色。

人们预期这些多样的地方品种将会逐渐消失,这解释了玉米委员会在20世纪50年代为何迅速动员起来,目标几乎令人眼花缭乱。委员会成员认为,在杂交玉米和其他专业育种产品取代农民本地适生品种之前,他们大约有十年时间来收集这些品种。

玉米委员会并不想阻止这一转变。大多数成员本身就是玉米育种者,他们都认为,引入育种者的“改良”品系,无论是否为杂交品种,都代表着农业进步,能带来更高的粮食产量和更大的经济回报。因此,他们认为农民必然会从本地适生品种转向新品种种子,这种假设是合理的。他们心想,种植科学育种所能提供的最佳品种,肯定最符合农民的利益吧?

“艾奥瓦州艾姆斯的一家玉米种子银行。”Image: Helen Curry,CC BY

因此,玉米委员会将他们认为有消失危险的玉米品种——也就是说所有“本土品种”——作为样本冷藏保存。主要样本收藏设在巴西、哥伦比亚和墨西哥的农业研究站。这种保护模式并不需要农民参与。维护作物多样性是中央研究设施技术人员的任务,而不是偏远农村社区农民的工作。

1956年,按照这一模式收集并“永久”保存的样本已超过12,000份,玉米委员会宣布其保护行动取得了巨大成功。

霍皮蓝玉米

在确定保护目标和方法时,玉米委员会成员假定农业发展只有一条既定且不可逆转的道路。育种者推出新品种后,农民必然会采用。科学家归为“本土”“原生”和“原始”的本地适生玉米及其他作物品种,会被“改良”和“现代”品系取代。在此过程中,农民也会转变,抛弃通常被贬称为“原始”或“落后”的耕作方式。问题不在于这些变化是否会发生,而在于何时发生。

这种对文化和农业变化不可避免的预想,不仅影响了玉米委员会的工作,也影响了后来几十年间许多参与作物多样性保护工作的科学家。他们建立了种子库和基因库,以保存世界各地“原始”和“传统”的作物品种;他们设想的未来世界里,这些品种及维系它们的耕作方式都将不复存在。

国际协调的种子银行项目在20世纪60年代末日益增多,当时人们认为发展中国家的“农业现代化”正在加速,尤其是因为新的“高产品种”问世,以及旨在尽可能广泛推广这些品种的援助项目。

然而,随着以种子银行为基础的保护国际基础设施逐渐成形,研究人员开始质疑支撑这一体系的灭绝叙事。

一项尤其具有颠覆性的证据是,人们发现,在一些地方,即便有机会采用新引进的“高产品种”,农民也没有改种。或者,农民采用新种子后,仍继续种植老品种。因此,20世纪50年代被认为必将灭绝的品种并没有消失。

它们至今仍未消失。去年夏天,我种出的另一种玉米是霍皮蓝玉米。我不确定这些种子的原产地——美国西南部沙漠,以及一代代霍皮族农民的辛勤劳作——所孕育的品种是否适应英国气候。不过,令我欣喜的是,我种下的种子最终长出了漂亮的玉米穗,籽粒饱满,呈淡紫色。它们嚼劲十足,带有坚果香,甜味很淡;与旁边的杂交玉米相比,作为咸味配菜更加可口。

“作者照料她的玉米作物。”Image: Andrew Buskell,CC BY-SA

这种玉米,以及其他源自霍皮族和邻近美洲原住民社区的品种,都是玉米委员会在20世纪50年代重点关注的对象。这些社区数千年来一直在炎热干燥的美国西南部种植玉米。委员会认为,他们的田地是美国与墨西哥边境以北仅存的几个玉米多样性丰富的地方之一,于是于1953年派遣民族植物学家休·卡特勒前往采集。

卡特勒前往美国西南部的普韦布洛村落时,遇到了许多种植蓝玉米品种的农民。他了解到,这些品种因耐旱、抗虫且能制出优质面粉而受到青睐。

卡特勒和玉米委员会认为,从美洲原住民农民那里获得的这些及其他种子,只有存放在种子银行中才能永久安全保存;而在农民的田地里则不然。卡特勒称,许多种植者“实际上已经不再种植他们的老玉米品种”。

三十年后,三位研究人员走访了同一地区的农民。他们希望记录20世纪80年代末仍在种植的作物多样性,因此重点考察了霍皮族农民。

1988年和1989年走访了50多位种植者后,他们得出结论,霍皮族农民的田地“以霍皮族作物品种为主”。这些品种比商业品种更适应严酷的沙漠环境,并因用于仪式和其他特定用途而备受珍视。

这些发现印证了研究人员到20世纪90年代初反复观察到的一个模式:尽管预期与此相反,许多农民仍继续种植多样的“传统”作物品种。

墨西哥高地的玉米田、秘鲁的马铃薯地、泰国的稻田:在人类学家和植物学家发现农民品种仍在种植的这些地方及其他地区表明,“现代化”并非人们通常设想的那种单一、无所不包的发展道路。

“2013年,秘鲁各地的农民聚集在利马庆祝秘鲁全国马铃薯日。”Image: EPA/Paolo Aguilar

事实上,农民有许多理由要保持多样性。种植具有不同特征、对干旱、高温或大风反应各异的品系,可以抵御恶劣天气和难以预测的气候。一些品种因具备专业育种者往往忽视的特性而备受珍视,从珍贵的风味到可长期储存的能力,不一而足。有时,育种者推出的新品种生长得并不如成熟的地方品种好,产量也不如它们高。

这些观察催生了一种新的保护理念。人们认识到,所谓的“传统”农民对耕作方法以及自己所生活的环境有着深刻的了解,这一理念也由此得到启发。

新的“农场内”保护计划旨在支持种植地方品种的农民。活动人士和科学家组织了由社区运营的种子库。参与式育种计划帮助农民提高地方品种的生产力,从而使其继续得到种植。这些项目以及其他项目鼓励农民在农场进行保护,而不是把种子存放在由技术人员管理的冷藏设施中。

此类计划有助于维持那些未能从前几十年的自上而下农业发展中受益的农民和社区。它们不会把农民从“传统”转变为“现代”,而是承认多元社区和文化的价值。这些计划不仅有助于社区生存,也能促进其繁荣发展。

这种保护方式与玉米委员会倡导的冷藏模式之间,几乎不存在比这更鲜明的对比。

'作者花园里的蓝色和红色玉米'。Image: Andrew Buskell,CC BY-SA

双红甜玉米

自20世纪90年代以来,人们采取了多种方式,努力确保世界玉米多样性得以延续。

大多数由政府主导的保护工作仍以种子库的冷藏保存为中心。20世纪70年代和80年代的研究表明,种子库常常难以在长期成功保存种子所需的理想条件下维持种子样本,收藏管理者于是复制了他们的收藏,并将副本送到另一处设施妥善保管。

采取复制这种办法,含蓄地承认了所面临的挑战:在冷藏条件下让种子保持活性,尤其是在政府未能拨出所需资金支持的情况下,并非易事。

随着时间推移,这催生出一套复杂的备份系统。如今,这套系统发展到了顶峰,体现在斯瓦尔巴全球种子库。其中保存的种子包括墨西哥国际玉米和小麦改良中心所藏全球顶尖玉米种质资源的副本。许多人认为,斯瓦尔巴种子库是确保作物多样性得以延续、供后代使用的最终保障。

但也有人持不同看法。参与式育种计划、社区种子库、对“种子守护者”的补贴,以及其他以农场和农民为中心的计划,都与这样一种观点相悖:多样化品种必然会从田间消失,因此必须冷冻保存才能延续。在这一观点看来,种子库或许是一项重要的保障,但让遗传多样性保持活力的场所绝不应只有种子库。

此外,一场日益壮大的运动正在保护某些社区的传统作物品种,并在需要时恢复这些品种,以此捍卫对土地和食物的自主权。“编织神圣”网络汇集了美国原住民和其他原住民族的玉米种植者,分享知识、实践经验和种子,旨在增加传统玉米及其他食物的种植。

种子库有时在以农场为基础的保护计划中发挥了重要作用,例如,将原本已被种植者遗失的品种的种子“归还给原住民女性”。随着气候变化、水资源压力和资源短缺加剧全球农业面临的挑战,育种者需要培育抗逆作物品种,科学家获取种子库保存材料的重要性也比以往任何时候都更高。

在农场保存的作物多样性与在种子库保存的并不相同。播种和收获的种子处于流动之中,变化的不仅是地理分布,还有遗传构成。

近期一种广受追捧的种子就是很好的例子。玻璃宝石玉米在2010年代崭露头角,很大程度上要归功于它那闪耀的多色籽粒,这也是其名称的由来。

玻璃宝石玉米虽被称为“传统种子回归的代表”,但它并非古老品种,而是一个新品种。它的培育者、来自俄克拉何马州的卡尔·巴恩斯从20世纪40年代起便开始收集玉米品种,灵感来自他对切罗基族祖父种植玉米的回忆。他尤其珍视与美洲原住民社区有关的品种,并从全国各地收集这些品种。

巴恩斯有意保存历史,但对他而言,这并不意味着像博物馆标本那样静态地保存品种,而是要种植。尤其是要让它们杂交。巴恩斯让不同类型的玉米在田间相互授粉,并从随后形成的多样组合中选育出新品种。

20世纪90年代,巴恩斯用几个品种杂交培育出一个籽粒色彩斑斓的小型品系,吸引了另一位玉米爱好者的注意。此人开始在新墨西哥州种植这些种子。在那里,它与当地较大的粉质玉米杂交,之后辗转到了一家传统种子组织的主管手中,最终在互联网上声名大噪,种植范围也大幅扩大。

玻璃宝石玉米的故事在种子保护故事中十分罕见。更常见的是,某些几近消失的品种得以恢复,保留了它们昔日的种植形态;种子往往来自一位与世隔绝的农民或年迈的园丁。恢复、复兴以及险些灭绝后侥幸留存,是这些故事的核心。

玻璃宝石玉米提醒我们,保护不仅可以在静止中实现,也可以在流动中实现;不仅可以复原,也可以重新创造。多样性并非只有在疏于保护时才会失去,它也是我们能够创造的东西。

我没能找到玻璃宝石玉米的种子,于是寻觅到另一种引人注目的玉米品种,据说它是近年杂交创新的成果。我种的双红甜玉米是我从英国供应商那里买来的,源自育种者艾伦·卡普勒在美国俄勒冈州和平种子公司的培育工作。

'作者收获的双红玉米'。Image: Andrew Buskell,CC BY

卡普勒自20世纪70年代起便收集和种植多样化作物,如今专门利用自己丰富的种子库存培育新品种。双红玉米是卡普勒历时15年培育的成果之一,他致力于培育花青素含量较高的甜玉米,其中一些品种源自霍皮族农民种植的玉米。它的外观十分醒目:茎秆和叶片呈深红色,剥开同样鲜红的苞叶,便露出一穗闪烁着光泽的深红色籽粒。

与产量更高的F1杂交甜玉米和霍皮族甜玉米相比,我的双红玉米收成令人失望。我最后只收获了几穗,虽然很美,却转眼就被吃光了。不过,双红玉米对我所在的地区而言,比对俄勒冈州还要新,或许需要适应我能提供的气候和土壤。

因此,我留下一些双红玉米种子,准备明年播种。这一步小得令人无奈,但我仍要迈出这一步,以行动支持保护议程。我的研究让我认识到,这一议程可以、也应该以复兴、变化和创造力为核心。

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