100年後農業與因應氣候變遷作物

　　根據聯合國統計，2050年全球人口將成長將近至100億。為了避免糧食不足之危機，必須提高農業生產率。
　　日本京都立命館大學古氣候學家中川毅(Takeshi Nakagawa)教授表示：「農業在面對氣候變遷時，有著脆弱的致命傷」，的確，氣候變化過於劇烈的話，將難以穩定的收成。 
　　但是，為何古氣候學家會發出這樣的警告呢？其論述是來在自古氣候學的知識及見解中，已經有了「地球氣候變化史」背景。

為何農業能遍及世界各地？
　　日本福井縣若狹町有一處水月湖，自數十萬年前的遠古時代以來，其湖內有被稱為「年紋^〔1〕」的沉積物，每年一次薄薄地堆積著。 由於水月湖周圍不容易受干擾的環境，年紋才能維持原狀一直殘留到現在。 

中川教授分析年紋中所含植物的化石，揭開了存在於地球的氣候史
　　中川教授論述：根據考古學的知識及見解，大約1萬1千年前農業耕作在世界上開始普及，這也與地球的冰河時期結束後，氣候開始變暖的時間一致。
　　在異常氣候或有自然災害的年份，沉積物的顏色差異，可直接由目視判斷，因此，農業能夠普及的重要因素，被簡單地認為就是因為「平均氣溫上升」所致。 然而，此種推論並不能解釋，冰河時期溫暖的低緯度地區，農業耕作為何尚未普及。
　　中川教授逐一調查年紋之後，發現除了溫度差異之外，冰河期與溫暖期之間也存在的巨大差異——氣候穩定性。由於冰河時期氣候變動頻繁，其變動幅度也很大，因此明言，這就是「劇烈震盪」的氣候。
　　中川教授表示：「兩者相較，自溫暖期開始，期間氣候一直很穩定，因此推論，氣候的穩定，很可能是農業能夠普及的決定性因素」。
　　尤其是冰河時期的最後幾年，水月湖的平均溫度跳升了2-3度。 實際上，該數字和聯合國跨政府氣候變化專門委員會(IPCC)所預測的，在未來100年的上升幅度很接近（最低2°C，最高4°C前後）。也就意謂著，未來100年內氣溫上升的幅度，可能會再發生和大約12,000年前所自然發生的「暖化」相同。
　　透過年紋分析，過往暖化可能發生在短暫的一年至三年間。而IPCC預測未來全球溫度將上升2至4℃，但這不一定是氣候變遷最壞的情況。
　　中川教授也解釋：「IPCC所預測的背後意涵，與12,000年前完全不同的氣候狀況，也可能在100年後再次面對。」
　　我們不能完全否定，未來的氣候是否會如冰河期那樣劇烈變化的可能性。倘若真如上述，在溫暖而穩定的氣候中發展起來的農業，能夠適應氣候變化到何種程度呢？【延伸閱讀】漁民尋求新武器來對抗因為氣候變遷而大量出現的寄生蟲

發現地球上最複雜結構的酵素、解開植物生長的奧秘
　　農業因應氣候變化的方式之一即為縮短生長期程，因此，對於植物生長機制(構造及原理)的理解是不可或缺的。植物並沒有像動物一樣的骨骼，為何植物卻能在抗重力的情況下往高處生長呢？
　　日本立命館大學生命科學院石水毅(Takeshi Ishimizu)教授：「那是因為植物有細胞壁。」
　　根據石水毅教授的說法，在細胞壁上具有可以牢固地維持植物結構的骨骼功能，和具有可以將細胞彼此附著的黏膠(paste)功能，這兩者都是植物生長所不可或缺的。
　　黏膠功能的基底，是佔細胞壁30％的所謂果膠(pectin)成分，因為該成分可用於增加食品的黏稠度，在市售的果醬和速成甜品上也被使用。在我們的生活上普遍應用，與植物生長同樣不可或缺的果膠，其生成過程，到近年仍完全不知。石水教授道：「果膠可說是在地球上最複雜的構造。」
　　石水教授認為：因為很難找到生成果膠的酵素。所以，如果能解開果膠的生成過程，對於農作物的生長促進技術也能有所貢獻。
　　石水教授的研究團隊花了六年時間開發可發現生成果膠酵素的方法；其次，也研究了果膠的合成量與植物生長速度之間的關聯性，得知生成果膠的酵素越多，植物的生長越快。
　　石水教授道：「倘若將來能控制果膠的合成，也就有控制植物生長速度的可能性。」
　　石水教授的下一個任務，是探究果膠生成酵素的編碼遺傳基因。他在阿拉伯芥^〔2〕中研究了超過27,000個基因，並在五年內成功鑑定出RRT1基因。

研究自開始至今已以花費了11年的歲月，是世界上第一個發現果膠生成酵素的遺傳基因
　　石水教授提及：「依據果膠生成酵素的遺傳基因RRT1的發現，就能解釋為何果膠具有很精妙而類似植物的特性；將此遺傳基因RRT1的存在與否及存在數量作為指標，來選擇快速成長的植物，也希望這些發現可成為鏈結未來農業。」
　　農業支撐人類的生存。然而，在全球暖化和人口的快速增長的背景下，人們正期望著農業創新。作為來自日本的研究，如何為未來的農業有所貢獻，並改變農地田野的景觀。
　　對於100年後的農業，我們都有著高度期盼。

註1：所謂「年紋」，是可以用來推測年代歷史的條紋狀痕跡，其日文原文稱為「年縞」，而樹木上的「年輪」則是以類似圓形輪狀呈現。
註2：阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)，又名擬南芥、阿拉伯草，是第一個基因組被完整測序的植物。它是理解許多植物性狀的一種流行的分子生物學工具。

資料來源

• 講談社

文章摘譯

• 農業科技決策資訊平台管理團隊