绿色革命2.0丨一场关乎人类存亡的运动

来源：中国工程院院刊

科学和技术在驱动社会变革的同时也会产生意想不到的后果。18世纪和19世纪的工业革命导致城市化和人口不断增长。随着城市人口的增多和耕地的减少，如何使世界农业在良性环境下持续发展，既保障粮食供给，又不污染环境，破坏环境？

第二次世界大战前后，以国际农业研究协商小组（Consultative Group for International Agricultural Research, CGIAR）国际农业研究中心联合会为首的组织将国际项目的重点放在了提高全球农业生产上。

第一次“绿色革命”（Green Revolution, GR）由诺贝尔奖得主诺曼·博劳格（Norman Borlaug）领导，开始于墨西哥，随后发展到亚洲和非洲，在小麦、水稻和玉米种植方面的技术和农艺进步极大地提高了全球作物产量。

虽有争论说这些产量没有被公平或有效地分配使用（因为贫穷和粮食不安全问题继续存在，特别是在撒哈拉以南的非洲），但在过去50多年里，在全球人口增加了一倍，耕地面积只增加了小部分的情况下，绿色革命使得谷物产量增加了两倍。

过去20年，绿色革命广泛采用转基因（Genetically Modified, GM）作物来减少玉米、大豆、油菜和棉花作物对化学农药和除草剂的依赖，带来了可观的经济与环境效益。如果这些技术能够得到更广泛的公众认可，便会带来未来农业生产的好兆头，特别是在主食粮食作物方面。然而，转基因技术仍然是生物技术行业面临的重大市场挑战。

虽然技术在进步，世界人口仍以比粮食生产更快的速度增长。据预测，到2050年，将有98亿人居住在我们的星球上（比今天多30%的人口），我们需要养活更多的人口。

然而，许多主要作物的遗传增益速度要么低于所需，要么趋于平稳。要确保更公平地分配当前的粮食生产，并遏制全球粮食的惊人浪费，还要做大量工作。如果将目前的粮食浪费减少一半，也只会填补到2050年预期粮食生产缺口所需的四分之一，这还远远不够。

全球农业需要第二次绿色革命——“绿色革命2.0”。

1.

“传统”作物育种的贡献

第一次绿色革命的基础是发展高产、抗病、矮化的谷物品种，这些品种十分适宜集约型农业。

第二次绿色革命将继续采用传统的杂交和选种方法，并辅之以一系列新的基因技术，包括转基因技术。

在如今的基因组时代，积累的关于作物物候学和作物在逆境下表现的基因的知识是可用的。这可能有助于更好地将育种重点放在等位基因或等位基因组合的育种上，其在干旱环境下对作物表现贡献最大，可以利用作物亲缘植物作为种内杂种或合成多倍体（如小麦亲缘植物是多年生且耐旱），因为野生物种通常更适应于水资源有限的条件，或拥有新的农艺性状。

新的基因编辑技术允许对植物和动物基因组进行有针对性的小碱基改变或删除，这在作物改良的方法上提供了更大的多样性。第一批产品（如基因编辑的非褐变蘑菇）开始进入美国的食物市场。

基因编辑还提供了快速“驯化”具有抗旱和抗病等特性的新作物物种的潜力，因为快速地“编辑”内源基因以增强对驯化很重要的已知性状（如不破碎的种子荚、对日长不敏感等）成为可能。

基因组测序已成为动植物育种的主流，随着测序成本的直线下降，新的基因组辅助育种方法将变得更经济、更容易获得。

这些方法已经在家畜等驯养动物的改良育种生产方面取得了重大进展。尽管它们具有巨大的潜力，但许多基因组育种工具的成本、复杂性和基础设施要求仍然较高，这些工具主要用于私营部门。然而，公共研究机构也在更多地使用这种方法。

2.

农业生产的巨大飞跃

即使有了所有这些新的遗传和生物技术解决方案，在今后30年中，也很难达到所需的粮食生产目标。

我们需要新的筹资模式——通过大型慈善基金会（如比尔及梅林达·盖茨基金会的“探索大挑战”、洛克菲勒基金会的Food Waste and Spoilage Initiative和Two Blades基金会）为大型国际转型研究举措提供资金；以及在线众筹平台（如AgFunder: https:/agfunder.com/），将农业领域（研究和生产方面）的新颖想法与更大的投资机构和更小或私人的投资者联系起来，将理想转化为实践。

现有的基因组信息爆炸以及对活细胞中遗传和代谢网络的日益了解，催生了合成生物学的新学科，开辟了前所未有的提高粮食产量和粮食生产率的新道路。

大型国际财团（其中许多是与比尔及梅林达·盖茨基金会共同出资）正试图利用基因技术重新培育作物，以实现

设计能解决自身氮素问题的作物，而不是依靠与细菌或合成肥料的共生关系；

提高温带作物的光合效率，使它们更像生长迅速的热带草（如C4水稻）；

生产无性繁殖的种子（单性生殖），以延续在杂交种子中所有的、通常在下一代中丢失的生产力效益。

还有研究者在重新设计植物和微生物的代谢途径来生产新产品。这些尝试一旦成功，都将为更有效或可持续地提高生产食品的能力产生重大影响。

3.

数字农业与农业自动化

提高绿色革命的产量同样是由于改进了农业机械和技术进步带来的管理革新。

绿色革命2.0将更多地依靠自动化以减少经营农场的人数。

在廉价的互联网传感器技术的推动下，我们能够从农业机械、田间传感器、灌溉泵，甚至农场动物中收集大量的实时数据。海量的数据很快超过了我们将其转化为可用信息的能力；然而，利用人工智能和机器学习开发快速、简单的预测分析工具无疑将提高农业生产力。

考虑到所有这些信息，加上精确的卫星和无线导航，农民没有理由坐在拖拉机或收割机的驾驶室里去驾驶和操作。各级农场自动化程度的提高将显著改善农场在种植，施用化肥、杀虫剂，收获和灌溉方面的效率。

现在，我们比以往任何时候都更需要接受新的科学技术和农业研究的新资助模式，以便我们能够在将来衣食无忧。严峻的挑战摆在人类面前，这些挑战不仅限于气候变化；但是，人类具备应付这些重大挑战的聪明才智，确保能够以可持续的方式公平地养活不断增长的人口。

第一次绿色革命是一个转折点，我们必须从早期的错误中吸取教训，确保绿色革命2.0更好地发展；确保绿色革命2.0不会在之后几个世纪的农业大规模集约生产下，对土壤、水健康、生物多样性或人类健康产生有害影响。

☟ 改编原文

Danny Llewellyn.Does Global Agriculture Need Another Green Revolution?[J].Engineering,2018,4(4):449-451.