你现在吃的香蕉,可能要灭绝了
发布时间:2019-08-14
出品:科普中国
制作:王大鹏 (中国科学院植物生理生态研究所)
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  2019715日著名的网站FreshFruitPortal.com报道“哥伦比亚的2个种植园内的香蕉疑似感染了香蕉枯萎病热带四号(TR4)”——香蕉枯萎病的一个新变种[1] 

  这一消息瞬间在网上引起了热烈的讨论,同时也牵动着无数香蕉种植者以及爱好者的心。TR4一旦大规模爆发,将会给香蕉种植园带来毁灭性的打击,甚至可能会引起现有香蕉种植品种的灭绝。 

    

1 香蕉种植园 (图片来自参考资料6 

    

  为什么一种真菌性病害会给香蕉种植园,甚至现有的香蕉种植品种带来毁灭性的打击呢?这还要从香蕉的种植历史讲起。 

    

  大家吃的香蕉为什么都一样? 

  世界上最早是存在几百种可供食用的香蕉,但是能够适合大规模种植,产量高,并且味道能得到广大消费者喜爱的香蕉品种并不多。同时,香蕉对生长环境的要求非常严格,只能在亚热带和热带区域生长,要想在世界范围内进行广泛的贸易,就必需选择能适合长距离运输的品种 

  大麦克香蕉(图2)口感香甜,香味迷人,并且皮也很厚,适合长时间储存和长距离运输,因此人们选择用大麦克香蕉进行单一品种的种植。这种种植模式在短时间内为香蕉种植业带来了巨大收入,同时也极大的促进了全球香蕉贸易的发展,但是也为大麦克香蕉的濒临灭亡埋下了伏笔。 

2 大麦克香蕉(A)和卡文迪什香蕉(B) (图片分别来自维基百科和The Conversation 

    

  单一品种,容易被病菌“一锅端” 

  植物在有性繁殖过程中会产生随机突变。自然环境中的生物性胁迫(如:细菌,真菌,病毒,昆虫等病害)和非生物性胁迫(如:干旱,高温,低温等)也会促使植物发生突变。在环境的筛选中,一些有益的突变(如抗病性,抗高温,抗低温等)被保留下来。 

  大麦克香蕉是三倍体,不能进行有性繁殖,只能通过无性生殖繁衍后代。然而,通过无性繁殖产生的后代基因几乎是完全一样的(个体的一些随机突变除外),这也就导致了香蕉的基因多样性严重降低一旦有一种病原菌或者害虫能够快速专一的侵染和杀害这一品种,就必然会引起这一品种的灭亡。 

  上世纪50年代和60年代,巴拿马病(Panama disease,又叫,香蕉枯萎病1号,图3)大面积爆发,重创香蕉种植业和贸易业,严重影响了全球的香蕉贸易[23]。巴拿马病就是由一种真菌病害(Fusarium oxysporum f.sp. cubense race 1)引起[4,5],常见的杀菌技术并不能彻底杀死这种病菌。它可以长时间存活于土壤,植物体中,也会伴随香蕉的运输进行长距离传播。香蕉种植者和育种人员通过筛选很快就锁定了多个抗病品种,但适合大规模种植和长距离运输的只有卡文迪什香蕉(Cavendish banana,图2)。 

  虽然这个品种与大麦克相比有很多缺陷,口感和香味远没有大麦克好等等,但是它不会被巴拿马真菌病害侵染[3,6,8]。因此香蕉贸易开始依赖于卡文迪什香蕉的大规模种植。 

3 巴拿马病的病症:叶子变黄,萎蔫,茎干开裂。(图片来自参考资料4 

    

  新的香蕉枯萎病杀手来袭 

  在种植过程中,人们慢慢的发现种植在亚热带区域的卡文迪什香蕉在低温的条件下对香蕉枯萎病的另外一个变种(Fusarium oxysporum f.sp. cubense race 4)非常敏感[8]1989年之前的研究和报道都表明Fusarium oxysporum f.sp. cubense race 4只影响在亚热带区域种植的卡文迪什香蕉,因此它也被称为Fusarium oxysporum f.sp. cubense Subtropical race 4(简称SR4)。 

  1990年,一个新的香蕉枯萎病变种(Fusarium oxysporum f.sp. cubense tropical race 4, 简称TR4)被报道能攻击热带种植的香蕉也能攻击亚热带种植的香蕉,这几乎覆盖了所有适合香蕉生长的区域[5,8,9,10]TR4被人们发现之后的20年内,它的发病范围主要集中在东亚和东南亚的部分地区以及澳大利亚北部地区,因此并没有引起大家的恐慌。但是近期的一些报道表明它已经陆续传播到了中亚,中东和非洲等部分地区[8]。美洲是全球主要的香蕉种植和出口地区之一,在今年之前并没有被TR4所影响。一旦TR4传播到美洲,全世界的香蕉种植区都会笼罩在TR4的阴影之下。 


图片来源:Veer图库 

  下一种能吃的香蕉在哪? 

  也许有人会认为卡文迪什香蕉没了,我们可以再寻找一种能够抗TR4的香蕉的品种不就可以了吗?事情远没有那么简单,我们会面临一列的问题: 

  (1)这个品种是否适合人类食用呢? 

  (2)这个品种的种植条件是否很苛刻呢? 

  (3)这个品种是否适合长距离运输呢? 

  (4)这个品种又能坚持多少年呢? 

  一味的去寻找新的品种根本不是解决的办法。找到一个新的品种时,病原菌也会进化出不同的变种,我们又会进入之前经历的死循环(大麦克-巴拿马病;卡文迪什-香蕉枯萎病热带四号)。 

  另一方面,病原菌进化的速度要比我们寻找新品种,驯化新品种的速度快的多。要想打破这个怪圈就要打破香蕉单一品种种植的模式,但是想同时找到很多适合大规模种植,口感好还适合长距离运输的香蕉品种并没有那么容易,因为香蕉育种也是一个漫长的过程。 

  还有一个残酷的事实摆在我们面前——与60年前相比可供我们选择的香蕉品种也严重减少了。也许有人会说那我们重新选用二倍体或者四倍体的香蕉进行种植,使香蕉采用有性繁殖的方式去繁殖不就可以增加香蕉基因的多样性了吗?但是二倍体和四倍体香蕉通过有性繁殖长出的果实是含有种子的,这些种子会硌到我们的牙齿,严重影响我们食用香蕉的心情。 


图片来源:Veer图库 

    

  转基因香蕉你会吃吗? 

  随着生物技术的发展,研究者也在尝试运用转基因和基因编辑的技术去提高香蕉对病菌的抗性。2017年,澳大利亚昆士兰科技大学的研究者James Dale及其合作者在世界著名的研究型期刊Nature Communication上发表重要成果:他们通过转基因技术在卡文迪什香蕉中表达基因RGA2(分离于抗TR4的二倍体香蕉)和Ced9(线虫的抗细胞凋亡基因),可以显著提高对TR4的抗性[11] 

图片来源:Veer图库 

    

  然而,转基因香蕉,你会吃么?当前,转基因食物并没有被所有消费者接受。转基因香蕉要想大规模种植还要面临立法问题,伦理问题和环保人士的抗议等一系列问题。 

  即使上述问题都被解决了,转基因香蕉还面临一个问题——种植模式的问题。转基因香蕉单一品种种植依然面临病原菌新变种的挑战。因此,我们要想保证香蕉不被灭绝,我们首先要保证香蕉的生物多样性,这是保持一个物种能在自然环境里面生存下去的先决条件。同时也要通过分子生物学的方法去研究香蕉枯萎病的致病机理,从根源上遏制它的传播。最后我们也要加大宣传和科普,让大家正确的认识转基因技术和它优势,以及它能为未来香蕉种植业带来的各种可能性。 

    

  参考资: 

  [1] www.freshfruitportal.com/news/2019/07/15/colombia-ica-confirms-tr4-quarantine-in-effect-on-two-farms-since-mid-june/ 

  [2] Stover, R. H. (1962). Studies on Fusarium wilt of bananas: VIII. Differentiation of clones by cultural interaction and volatile substances. Can. J. Bot. 40, 14671471. doi: 10.1139/b62-142 

  [3] www.raw-food-health.net/Gros-Michel.html 

  [4] www.daf.qld.gov.au/business-priorities/biosecurity/plant/health-pests-diseases/a-z-list-of-emergency-plant-pests-and-diseases/panama-disease 

  [5] Ploetz, R. C. (2006). Fusarium wilt of banana is caused by several pathogens referred to as Fusarium oxysporum f. sp. cubense. Phytopathology 96, 653656. 

  doi: 10.1094/PHYTO-96-0653 

  [6] www.britannica.com/plant/banana-plant#ref1263616 

  [7] K. Shepherd. (1952). Seed fertility of the Gros Michel banana in JAMAICA. Journal of Horticultural Science. doi.org/10.1080/00221589.1954.11513794  

  [8] Miguel D. et al. (2018). Fusarium wilt of banana: current knowledge on epidemiology and research needs toward sustainable disease management. Frontiers in Plant Science 9, 1468. doi: 10.3389/fpls.2018.01468 

  [9] Buddenhagen, I. (2009). Understanding strain diversity in Fusarium oxysporum f. sp. cubense and history of introduction of Tropical Race 4 to better manage banana production. Acta Hortic. 828, 193204. doi: 10.17660/ActaHortic.2009.828.19 

  [10] Mostert, D. et al. (2017). The distribution and host range of the banana Fusarium wilt fungus, Fusarium oxysporum f. sp. cubense, in Asia. PLoS ONE. 12:e0181630. doi: 10.1371/journal.pone.0181630 

  [11] James D. et al. (2017). Transgenic Cavendish bananas with resistance to Fusarium wilt tropical race 4. Nature Communication 8, 1496. doi: 10.1038/s41467-017-01670-6  

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