里約紅葡萄柚從受輻照的種子中培育而來,所以擁有獨特的顏色。
饑餓、利潤和“和平原子”促使人們嘗試用輻射、化學物質和基因操縱來改變農作物。
20世紀20年代初,密蘇里大學(University of Missouri)的作物科學家劉易斯·施塔德勒(Lewis Stadler)開始X射線對玉米和大麥進行熱熔處理。當大麥被種下并開始長出一系列新的顏色時,有些帶有條紋,很明顯,植物內部深處發生了一些奇怪的事情。近一個世紀以來,誘變育種一直是農業和科學領域的重要組成部分。在第二次世界大戰之后,研究人員以“原子園藝”的形式進行了廣泛的推廣,他們用伽馬射線,離子束和電子噴射了種子,或者使它們經受了多種化學誘變劑的作用。在大多數情況下,這一過程涉及在危險柜中或在放射源周圍圍成環狀的特殊場地中將種子暴露在放射性鈷-60下,不同的作物以楔形形式從中心散發出來。雖然最靠近輻射源的植物大部分死亡,但受到較低劑量輻射的其他植物卻生長出新的、偶爾有趣的性狀。那些似乎表現出更大產量,更耐寒的或其他理想特性的作物被栽培。
誘變是冷戰期間美國原子與和平倡議的一部分,該倡議提出和平利用原子技術,同時追求美國的核遏制目標。在英國和美國,曾經有過一種奇特的原子園藝協會的風潮,這些民間組織用超大的花生和象番茄登上了當地的新聞頭條。在《有序進化》一書中,科學歷史學家海倫·安妮·科里記錄了一些企業家,比如郵購種子推銷員大衛·伯比,是如何為被稱為“x射線雙胞胎”的輻照萬壽菊設計營銷策略的。他說,他的抱負是“震撼大自然”。
到本世紀中葉,從埃及到巴基斯坦等快速發展的國家需要養活的人口越來越多,并且正在對數十萬受到輻射損害的植物進行篩查。澳大利亞植物與食品研究所研究員Ranjith Pathirana解釋說,對于擁有足夠耕地和廉價勞動力的國家來說,這種實驗具有經濟意義。他近40年前開始在自己的祖國斯里蘭卡從事誘變研究。在對基因科學遲來的接納之后,蘇聯也是一個熱情的接受者。在共產主義垮臺后,充滿銫-137的放射性伽馬科洛斯塔被遺棄在大地上。(在9/11事件之后,隨著美國政府擔心放射性物質可能會變成一枚“臟彈”,它們成為了最近在前蘇聯加盟共和國展開的一場可怕的尋寶行動的主題。)Pathirana在返回斯里蘭卡之前在莫斯科獲得了博士學位,他說,與美國不同,農業國家對于集中種植農作物且廣泛向農民分發種子的農業國家來說,這種模式可以確保農作物獲得更高的產量和理想的性狀。
1964年,聯合國糧食和核能機構、糧食及農業組織(FAO)和國際原子能機構(IAEA)同意合并它們的突變育種項目,成為誘變技術的全球主要贊助者。“糧農組織/國際原子能機構一直在資助發展中國家發展這些項目,”Pathirana說,他的職業是培育變種芝麻、花生和大米,這讓他去過世界各地的核設施,并確保他永遠難以通過機場安檢。糧農組織/國際原子能機構誘變品種數據庫中至少登記了3,365個突變品種,每個品種都對來自70個國家的220種作物中的一種進行了有益的改良。根據糧農組織/國際原子能機構的數據,中國至少還有200個。
其中許多是為應對特定挑戰而開發的。在2007年的一次采訪中,糧農組織/國際原子能機構植物育種主任Pierre Lagoda講述了一種正在殺死加納可可樹的病毒,當使用伽馬射線培育出一種抗病毒突變體時,這種病毒被阻止了。在越南,該機構幫助培育了一種誘變水稻,這種水稻在酸性和鹽堿地中生長得更好,產量提高了四倍,幫助養活了自給自足的農民。
在此期間,輻射誘變育出了一些日常所需的作物:深紅的葡萄柚里約熱內盧紅柚是由輻照的種子培育出來的,具有獨特的顏色,約占德克薩斯州種植的全部柚子的四分之三。一種名為Calrose 76的中長粘性稻米被育成矮且易于通過聯合收割機收獲的品種,成為了加利福尼亞州目前最常見的水稻品種。一名澳大利亞研究人員培育了亞麻籽突變體利諾拉(Linola),它能產生一種與橄欖油非常相似的脂肪酸成分,并用它來制作黃油狀的涂抹醬,以及其他食品。飲料和食物都發生了變化:據蘇格蘭詹姆斯·赫頓研究所(James Hutton Institute)大麥遺傳學家比爾·托馬斯(Bill Thomas)所說,一種名叫Golden Promise的高產大麥在70年代和80年代非常受歡迎,以至于“如今年份在35至40之間的任何威士忌都很有可能來自這種大麥”。
隨著轉基因技術在70年代和80年代開始取得長足進步,使研究人員能夠生產所謂的轉基因生物(GMO),這些分散的隨機誘變育種實驗使他們的GMO競爭對手退居二線,從而使科學家能夠合理地設計性狀。轉基因生物在產量,抗蟲性和抗除草劑性方面取得了顯著成果,“因此,無需除草就可實現工業化種植,”糧農組織/國際原子能機構聯合部植物育種和遺傳學負責人Shoba Sivasankar說。
日本日立歐姆宮市輻射育種研究所的伽馬花園
但是,西瓦??栄a充說,它在亞太地區仍然很受歡迎,而且仍在繼續。她解釋說,“在亞太、非洲等地區,我們正在努力提高糧食產量以保障糧食安全,改善營養”,誘變仍然很重要。“對于那些在氣候變化壓力下為糧食安全和產量穩定而戰的地方,誘變育種是非常、非常關鍵的。”
環顧今天西方雜貨店的貨架或農民的農田,幾乎沒有什么基因創新能與轉基因生物的轉基因技術相提并論。20世紀90年代,轉基因作物在美國遍地開花,到2015年,美國94%的大豆和92%的棉花都是轉基因作物。所以誘變并沒有改變我們生活的世界和我們耕種的土地。盡管對戰后時期持樂觀態度,但仍有一些提醒,柯里說:“到處都有人指著農田說,上有作物景觀,人們指出說,“這就是一個通過誘變育種產生新品種的例子,誘變育種使其擁有了新的性狀或特征,從而變得有益或有經濟效益。