全世界的香蕉植株遺傳(chuan) 基因非常單一，一旦暴發真菌感染，很容易導致“團滅”。不過最近，英國劍橋大學研究團隊改進了古老的嫁接技術，有望提升香蕉等農(nong) 作物的遺傳(chuan) 多樣性。

每家水果店都能買(mai) 到的香蕉，其實長期以來麵臨(lin) 著滅絕的危機。這是因為(wei) 全世界的香蕉植株遺傳(chuan) 基因非常單一，一旦暴發真菌感染，很容易導致“團滅”。不過最近，英國劍橋大學研究團隊（University of Cambridge）改進了古老的嫁接技術，有望提升香蕉等農(nong) 作物的遺傳(chuan) 多樣性，這項研究近日在發表。

你吃的每一根進口香蕉，幾乎都可以追溯到同一個(ge) 祖先，那就是英國德文郡（Devonshire）一座莊園裏的香蕉樹。

1870 年，園藝師 Joseph Paxton 得到了一棵從(cong) 毛裏求斯運來的香蕉，把它種在查茨沃斯莊園（Chatsworth house）。他用他的雇主、莊園主德文郡公爵夫婦的名字，將這株香蕉命名為(wei) 卡文迪許香蕉（Cavendish banana）。

Paxton 對這株香蕉精心嗬護，因為(wei) 擔心它不適應英國的氣候，他設法將它周圍的環境維持在 18～30 攝氏度。五年後，這株香蕉終於(yu) 開花，結出上百根香蕉。伴隨著當時英國的殖民擴張，這株香蕉的幼苗又被傳(chuan) 教士們(men) 帶到了太平洋地區，逐漸擴散到世界各地。

在當時，世界上最流行的香蕉是大米七香蕉（Gros Michel）。直到 20 世紀 50 年代，一場香蕉枯萎病（banana wilt）對香蕉產(chan) 業(ye) 造成了重大打擊。這種疾病由一種鐮刀菌（Fusarium oxysporum f.sp. cubense）引起，而卡文迪許香蕉對當時流行的菌株 TR1 免疫，因而迅速成為(wei) 主流的香蕉品種。如今，全世界種植的香蕉裏約 47% 為(wei) 卡文迪許香蕉，占據香蕉海運貿易的 99%（這個(ge) 品種非常適應長途運輸）。

曾幫助卡文迪許香蕉崛起的真菌，也隨時可能扼殺它。遺傳(chuan) 多樣性的高度匱乏使得香蕉這個(ge) 物種非常脆弱。卡文迪許香蕉和其他許多商業(ye) 化的品種都是不育的。過去的農(nong) 民使用扡插香蕉苗的方式繁殖，現代農(nong) 業(ye) 中也經常使用組織培養(yang) 技術，這兩(liang) 種方法本質上就是克隆，每一棵香蕉苗的基因都完全相同。也就是說一旦爆發病害，就可能導致一個(ge) 品種的香蕉“團滅”，就像當年的大米七香蕉那樣。

在半個(ge) 世紀的時間裏，鐮刀菌已經演化出新的菌株 TR4，能夠殺死卡文迪許香蕉。這種真菌通過被汙染的土壤、水源和種植材料傳(chuan) 播，可以在土壤中存活長達三十年，目前仍未找到完全消滅它的方法。2019 年，TR4 在拉丁美洲及加勒比地區暴發，這是全世界重要的香蕉產(chan) 區。科學家預測，如果不能找到幫助卡文迪許香蕉抵禦枯萎病的方法，這個(ge) 品種可能在未來幾十年滅絕。

禍不單行，香蕉還麵臨(lin) 著一種新的病原體(ti) 的威脅。近期報告，香蕉血液病（Banana Blood disease）正在東(dong) 南亞(ya) 地區蔓延。這種疾病由蒲桃雷爾氏菌（Ralstonia syzygii）引起，患病的香蕉果肉腐爛，變成深色，看起來就好像出血一樣。該研究作者測試了包括卡文迪許香蕉在內(nei) 的 18 個(ge) 常見品種，發現它們(men) 全都對這種疾病易感。

為(wei) 了保護香蕉，科學家們(men) 一邊努力控製疾病蔓延，一邊尋找能夠提升香蕉抗病性的方法。近期，來自英國劍橋大學的研究團隊發明了一項突破性技術，第一次實現了單子葉植物的嫁接。這種方法不僅(jin) 有望應用於(yu) 香蕉，還可以用於(yu) 小麥、水稻等廣泛種植的農(nong) 作物。

嫁接技術有著悠久的曆史，被廣泛應用於(yu) 園藝和農(nong) 業(ye) 中。假設你有一棵品種優(you) 良的蘋果樹，想要培育出更多這樣的樹，可以選取它帶芽的枝條（接穗），將其嵌入一棵同種或近似種幼苗（砧木）上的切口，使得兩(liang) 者的維管、生長組織剛好對齊。經過一段時間的生長，接口愈合，植物就會(hui) 長成一棵同樣優(you) 良的蘋果樹，盡管它的根部來自另一棵植株。

但是，嫁接技術一直不適用於(yu) 像香蕉這樣的單子葉植物，因為(wei) 它們(men) 缺乏維管形成層（vascular cambium）。這是樹皮（韌皮部）內(nei) 側(ce) 的一層結構，在嫁接過程中，維管形成層的生長讓兩(liang) 個(ge) 植株真正融合到一起，實現營養(yang) 物質交換，讓植株成活。

劍橋大學的研究人員發現，在單子葉植物種子發育的早期階段，分別取它們(men) 的根和芽組織，在下胚軸位置實施嫁接，就能有效融合。該技術對一係列單子葉作物植物有效，包括菠蘿、香蕉、洋蔥、龍舌蘭(lan) 和棗椰樹。實驗證明，將熒光染料注入植物根部，可以看到它向上移動並穿過嫁接部位。

這個(ge) 技術聽起來並不複雜，但研究團隊需要對抗這個(ge) 領域裏根深蒂固的成見。“我回顧了過去幾十年關(guan) 於(yu) 嫁接的研究論文，每個(ge) 人都說它不能用於(yu) 單子葉植物。我很固執地堅持下去，堅持了很多年，直到我證明他們(men) 是錯的，”劍橋大學植物科學係學者、蓋茨劍橋獎學金獲得者（Gates Cambridge Scholar）、該論文的第一作者 Greg Reeves 博士說。

“我們(men) 實現了每個(ge) 人都認為(wei) 不可能的事情。胚胎組織嫁接在一係列類似物種中具有真正的潛力。我們(men) 還發現，即使是在演化上相隔較遠的物種，它們(men) 也是嫁接相容的，”該研究資深作者、劍橋大學植物科學係的 Julian Hibberd 教授說。

全世界有大約 6 萬(wan) 種單子葉植物，其中許多是重要的農(nong) 業(ye) 作物，如水稻、小麥、大麥。這一最新技術有助於(yu) 改良植物品種，例如培育矮化植物，提升對土壤傳(chuan) 播病菌的抵抗力，或提升在惡劣環境條件下生長的能力。

Reeves 補充說：“使重要的糧食作物能夠對抗正在摧毀它們(men) 的疾病，這是一項緊迫的挑戰。我們(men) 的技術能夠直接提升植物抗病性，或者耐鹽堿等其他有益的特性，而不需要借助基因改造或長時間的育種計劃。”

研究人員已通過劍橋企業(ye) （Cambridge Enterprise）為(wei) 他們(men) 的嫁接技術申請了專(zhuan) 利，或許在不久的將來就能在農(nong) 業(ye) 中得到應用。

論文信息

Reeves, G., Tripathi, A., Singh, P. et al. Monocotyledonous plants graft at the embryonic root–shoot interface. Nature (2021).  

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