香蕉一直处在灭绝的边缘，但这项古老技术有望拯救它们

本文来自微信公众号：科研圈（ID：keyanquan），作者：戚译引，头图来自：unsplash

每家水果店都能买到的香蕉，其实长期以来面临着灭绝的危机。这是因为全世界的香蕉植株遗传基因非常单一，一旦暴发真菌感染，很容易导致“团灭”。

不过最近，英国剑桥大学研究团队（University of Cambridge）改进了古老的嫁接技术，有望提升香蕉等农作物的遗传多样性，这项研究近日在《自然》（Nature）发表。

一

你吃的每一根进口香蕉，几乎都可以追溯到同一个祖先，那就是英国德文郡（Devonshire）一座庄园里的香蕉树。

1870 年，园艺师 Joseph Paxton 得到了一棵从毛里求斯运来的香蕉，把它种在查茨沃斯庄园（Chatsworth house）。他用他的雇主、庄园主德文郡公爵夫妇的名字，将这株香蕉命名为卡文迪许香蕉（Cavendish banana）。

Paxton 对这株香蕉精心呵护，因为担心它不适应英国的气候，他设法将它周围的环境维持在 18～30 摄氏度。五年后，这株香蕉终于开花，结出上百根香蕉。伴随着当时英国的殖民扩张，这株香蕉的幼苗又被传教士们带到了太平洋地区，逐渐扩散到世界各地。

在当时，世界上最流行的香蕉是大米七香蕉（Gros Michel）。直到 20 世纪 50 年代，一场香蕉枯萎病（banana wilt）对香蕉产业造成了重大打击。这种疾病由一种镰刀菌（Fusarium oxysporum f.sp. cubense）引起，而卡文迪许香蕉对当时流行的菌株 TR1 免疫，因而迅速成为主流的香蕉品种。如今，全世界种植的香蕉里约 47% 为卡文迪许香蕉，占据香蕉海运贸易的 99%（这个品种非常适应长途运输）。

二

曾帮助卡文迪许香蕉崛起的真菌，也随时可能扼杀它。遗传多样性的高度匮乏使得香蕉这个物种非常脆弱。卡文迪许香蕉和其他许多商业化的品种都是不育的。过去的农民使用扦插香蕉苗的方式繁殖，现代农业中也经常使用组织培养技术，这两种方法本质上就是克隆，每一棵香蕉苗的基因都完全相同。也就是说一旦爆发病害，就可能导致一个品种的香蕉“团灭”，就像当年的大米七香蕉那样。

图片来源：Pixabay

在半个世纪的时间里，镰刀菌已经演化出新的菌株 TR4，能够杀死卡文迪许香蕉。这种真菌通过被污染的土壤、水源和种植材料传播，可以在土壤中存活长达三十年，目前仍未找到完全消灭它的方法。2019 年，TR4 在拉丁美洲及加勒比地区暴发，这是全世界重要的香蕉产区。科学家预测，如果不能找到帮助卡文迪许香蕉抵御枯萎病的方法，这个品种可能在未来几十年灭绝。

祸不单行，香蕉还面临着一种新的病原体的威胁。近期一项研究报告，香蕉血液病（Banana Blood disease）正在东南亚地区蔓延。这种疾病由蒲桃雷尔氏菌（Ralstonia syzygii）引起，患病的香蕉果肉腐烂，变成深色，看起来就好像出血一样。该研究作者测试了包括卡文迪许香蕉在内的 18 个常见品种，发现它们全都对这种疾病易感。

为了保护香蕉，科学家们一边努力控制疾病蔓延，一边寻找能够提升香蕉抗病性的方法。近期，来自英国剑桥大学的研究团队发明了一项突破性技术，第一次实现了单子叶植物的嫁接。这种方法不仅有望应用于香蕉，还可以用于小麦、水稻等广泛种植的农作物。

三

嫁接技术有着悠久的历史，被广泛应用于园艺和农业中。假设你有一棵品种优良的苹果树，想要培育出更多这样的树，可以选取它带芽的枝条（接穗），将其嵌入一棵同种或近似种幼苗（砧木）上的切口，使得两者的维管、生长组织刚好对齐。经过一段时间的生长，接口愈合，植物就会长成一棵同样优良的苹果树，尽管它的根部来自另一棵植株。

图片来源：Pixabay

但是，嫁接技术一直不适用于像香蕉这样的单子叶植物，因为它们缺乏维管形成层（vascular cambium）。这是树皮（韧皮部）内侧的一层结构，在嫁接过程中，维管形成层的生长让两个植株真正融合到一起，实现营养物质交换，让植株成活。

剑桥大学的研究人员发现，在单子叶植物种子发育的早期阶段，分别取它们的根和芽组织，在下胚轴位置实施嫁接，就能有效融合。该技术对一系列单子叶作物植物有效，包括菠萝、香蕉、洋葱、龙舌兰和枣椰树。实验证明，将荧光染料注入植物根部，可以看到它向上移动并穿过嫁接部位。

嫁接后生长了 2.5 年的枣椰树，右下角放大图片中，白色箭头所指为嫁接部位。图片来源：Julian Hibberd

这个技术听起来并不复杂，但研究团队需要对抗这个领域里根深蒂固的成见。“我回顾了过去几十年关于嫁接的研究论文，每个人都说它不能用于单子叶植物。我很固执地坚持下去，坚持了很多年，直到我证明他们是错的，”剑桥大学植物科学系学者、盖茨剑桥奖学金获得者（Gates Cambridge Scholar）、该论文的第一作者 Greg Reeves 博士说。

“我们实现了每个人都认为不可能的事情。胚胎组织嫁接在一系列类似物种中具有真正的潜力。我们还发现，即使是在演化上相隔较远的物种，它们也是嫁接相容的，”该研究资深作者、剑桥大学植物科学系的 Julian Hibberd 教授说。

全世界有大约 6 万种单子叶植物，其中许多是重要的农业作物，如水稻、小麦、大麦。这一最新技术有助于改良植物品种，例如培育矮化植物，提升对土壤传播病菌的抵抗力，或提升在恶劣环境条件下生长的能力。

Reeves 补充说：“使重要的粮食作物能够对抗正在摧毁它们的疾病，这是一项紧迫的挑战。我们的技术能够直接提升植物抗病性，或者耐盐碱等其他有益的特性，而不需要借助基因改造或长时间的育种计划。”

研究人员已通过剑桥企业（Cambridge Enterprise）为他们的嫁接技术申请了专利，或许在不久的将来就能在农业中得到应用。

论文信息

Reeves, G., Tripathi, A., Singh, P. et al. Monocotyledonous plants graft at the embryonic root–shoot interface. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04247-y 

参考来源：

https://www.bbc.com/news/uk-england-35131751 

https://www.eurekalert.org/news-releases/938393 

https://www.fao.org/news/story/zh/item/1237499/icode/ 

https://www.nature.com/articles/d41586-019-02770-7 

https://phys.org/news/2021-12-mainland-malaysia-banana-blood-disease.html 

https://apsjournals.apsnet.org/doi/10.1094/PDIS-01-21-0149-RE 

本文来自微信公众号：科研圈（ID：keyanquan），作者：戚译引