油棕榈因威胁环境闻名,最新的基因研究能否带来改变?

  在Orion Biosains位于吉隆坡附近的实验室里,Nathan Lakey必须喊着说话才能盖过机器呼啸的声音。一部分噪声的来源是让Lakey倍感骄傲的一台微波炉大小的机器组装设备,它正在组装塑料部件,并用激光蚀刻上序列号。

  这些设备是叶片打孔器,将被送往印度尼西亚、马来西亚和缅甸。Orion的首席执行官,来自美国的生物化学家Lakey希望它们能为一个臭名昭著的产业带来一场革命。

  说到棕榈油,人们一般会想起大量毁林、侵犯人权和濒死的红毛猩猩。全球85%的棕榈油产自印度尼西亚和马来西亚,在这里,超过1600万公顷曾是雨林、泥炭沼泽和橡胶林的土地已被油棕榈占领,而且这个行业毫无放缓的迹象。

  油棕榈名声不佳,却是全世界最高产的油料作物。目前,油菜籽的每公顷产油量大约是油棕榈的六分之一,而大豆只有十分之一。但油棕榈种植园仍未榨干这种植物的潜力。

  缅甸,等待被处理的油棕榈果实。

  这其中的主要原因是一些遗传学和表观遗传学因素会导致部分油棕榈产量欠佳。此外,由于油棕榈成熟缓慢,种植者普遍需要三到四年的时间,才能知道他们种下的油棕树会成为高产植株还是不值钱的木头。

  Orion公司就在这一环节出场。他们的叶片打孔器将被送到东南亚各地;它们再次被送回实验室后,Orion的技术人员会检测打孔器里的小圆叶片,并为种植者发送一份有关年幼植株质量的报告。

  Lakey预计,如果这项测试被大规模采用,整个产业每年的收入便可提高约40亿美元。更重要的是,这种提高不需要扩张种植园就能实现。Lakey说:“我们可以让同样多的土地产出更多的油,这有助于减小砍伐森林的压力”。

  Orion将数十年来对油棕榈基因学的研究运用到了油棕行业中,这一尝试获得了科学家们的称赞。但Orion的宏大计划并不一定能结出果实。他们的努力受到了监管不力、政治腐败和巨大的行业惰性的威胁。惰性集中体现在小种植户身上,他们供应了全球棕榈油消费量的40%。

  联合国开发计划署绿色商品计划(Green Commodities Programme)的全球负责人Andrew Bovarnick说:“除非同时拥有一套更好的全国性体系来提供经济、培训和技术支持,科学便无法带来它应有的影响”。一些专家甚至担心提高生产率带来的坏处可能会超过好处。

  马来西亚棕榈油委员会(Malaysian Palm Oil Board, MPOB)实验室里的培养幼苗。科学家们通过组织培养来克隆高产植株。

  薄壳没好报

  油棕榈种植园从吉隆坡北、东、南三个方向铺开。从天空中看,它们看起来整整齐齐、郁郁葱葱,但在地面上,这些种植园泥泞多山,与Orion实验室里洁净的高科技环境有着天壤之别。工人们在一排排树丛中跋涉,举着另一端有镰刀的长杆切割树冠上的一串串多刺果实。这些果实随后会被运到大路上,再由卡车装载运到榨油工厂。

  把一个高尔夫球大小的油棕果实划开,橘黄色的中果皮外层就露出来了。用这一部分生产的油被用于烹饪和加工食品。接下来是一层棕色的壳,它隔开了中果皮和壳内的白色棕榈仁。棕榈仁油通常用在化妆品、肥皂和去污剂中。

  虽然植株看上去大多一样,种植者们却知道油棕榈一共有三种不同的种子:厚壳(dura)、无壳(pisifera)和薄壳(tenera)油棕,它们的产油量相差巨大。厚果壳品种结含油量较少的厚壳果实。无壳品种容易中止发育,但当它们成功结果时,果实通常没有壳。

  薄壳品种是前两个品种的杂交,果实壳薄且油量丰富。控制外壳厚度的基因被命名为SHELL。2013年,来自Orion公司, 纽约冷泉港实验室和马来西亚棕榈油委员会(Malaysian Palm OilBoard, MPOB)的研究者们发现了这个基因。

  植物育种师生产薄壳种子的常规方法是从无壳油棕的雄株中取出花粉,将其杂交到厚果壳品种雌株的花上。种子发育成熟,在九个月后发芽。移栽下地前,树苗还需要在育苗圃中度过一年时间,而且在接下来的3-4年中也不会结果。这些植株将在随后的20-30年中产油。

  育种非常消耗时间,且并不总能生产出最好的种子。所以在1970年代,科学家开始转向克隆技术。研究人员发现,他们能把最高产的棕榈树的树干从顶部切开,从中分离出干细胞,在培养皿中培养数以千计的克隆。一开始,克隆植株提高了种植园的油产量,但到了1977年,奇怪的现象出现了。

  当时,Tan Yap Pau是联合种植公司的一位植物育种师和研究人员;这是一家设在马来西亚的丹麦棕榈油公司。农林助理们注意到,一块种有克隆植株的土地上结出了不寻常的果实,并把它们带回给Tan。这些果实凹凸不平、形状怪异,呈郁金香形。从自己的研究中,Tan知道幼年植株在培养中可能会发育反常,但他还是觉得这些畸形的果实是个坏兆头。虽然在遗传上与高产植株毫无差异,但这些果实中的许多都完全不产油。

  谜团直到近40年后才被揭开。2015年,就职于马来西亚棕榈油委员会的植物生物技术学家Meilina Ong-Abdullah(她恰好也是Tan的外甥女)找到了罪魁祸首。她和同事们发现了“Karma”(中文意为因果报应)转座子(一种可移动DNA片段),它插入了一个对油棕果实正常发育十分重要的基因——DEFICIENS中。

  细胞可以通过引入甲基来静默这一转座子。当Karma转座子甲基化较高时,果实就会正常发育(科学家们称此为“好报”)。但甲基化程度较低时,也就是“恶报”发生时,植株就会结出无油的果实。

  除了选择“有好报”的薄壳品系种子,油棕也还拥有其它能被用于优化产量的性状。Rajanaidu Nookiah是MPOB的一位植物育种师。为了研究油棕榈的自然多样性,他在30多年间走遍了世界。他总共收集了超过11万株油棕榈秧苗,拥有全球最大的油棕榈秧苗收藏。

  从他的样本中,植物育种师们能找到许多他们希望在油棕榈树上实现的性状。据马来西亚最大的棕榈油集团之一森那美(Sime Darby)集团称,理想的植株不仅产油量多,还相对较矮,这样人们在收割时就更容易够到果柄;果柄本身则较长,这样更容易被剪到。这样的植株还有较强的抗病能力,果实中含有更多的胡萝卜素和碘元素,为消费者产出更有益健康的油。

  打孔增产

  据Lakey说,只关注Shell和Karma两处基因就足以给整个产业带来巨大影响了。理论上说,种植者每年最多能从一公顷的油棕榈中榨出18吨油,但目前的平均水平只有4吨左右。小种植户们通常是表现最差的。他们没有全职研究机构来为他们培育和挑选最佳植株,每公顷的产量只能达到大种植园水平的一半。

  Lakey希望Orion推出的叶片打孔器能让小种植户们受益。Orion以每棵树约4美元的价格检测杂交薄壳棕榈树的“好报”,帮助农场和育苗圃筛去低产植株,避免把太多时间和资源浪费在它们身上。Orion也正试图推出针对其他基因的检测,比如一个会让果实在成熟时变色更显眼的基因变异。这一性状可以降低收获非成熟果实的可能性。

  但深入小种植户市场并非易事。他们或是独立种植户,或是参加了合作社,在后一种情况下,他们会从临近的油棕公司获取种植材料和协助。在马来西亚,独立的小种植户能从值得信任的油棕榈育种商那里获得经过MPOB认证的种植材料,但在印度尼西亚就不存在这一层质量把关。

  据联合国开发计划署可持续棕榈油倡议项目(Sustainable Palm Oil Initiative Project)的全国项目经理,在雅加达工作的Tri Widjayanti说,印度尼西亚的许多独立小种植户都缺少获得最佳植株的渠道。

  如果农民们无法接触到育苗圃,或者没有足够的经济手段获得高质量种子,他们就只能种植从自己的树上结出的种子了。在高产量的薄壳品种植株的后代中,只有大约一半还是高产油植株。研究人员们已经发现,马来西亚小种植户的种植材料中,有大约11%是非薄壳品种的棕榈树。

  但种子并不是唯一的问题。许多农民无力负担优质肥料,更不用说坚持最佳的栽培方法了。“这些小种植户不一定需要拥有更好基因的种子,”从2010年起就在印度尼西亚工作的Bovarnick表示。此外,种植高产植株对小种植户也没有什么吸引力,因为他们通常是按重量出售果实的。一些农民发现,无油果实会吸收水分,在夜间增加份量;他们已经在利用这一现象获利了。

  “小种植户明白以次充好的危害,但是他们并不在乎,”Lakey说。他补充道:也有一些榨油厂在评估果实时开始侧重品质而非重量了,这能改变对人们的激励。但对科技是否能改变棕榈油远扬的恶名,也有一些人抱有怀疑态度。

  “在现在的体系下,生产出不造成毁林的棕榈油是不可能的。”Cynthia Ong说。她是Forever Sabah(位于马来西亚婆罗洲的一家关注环境问题的非政府组织)的执行总监。“当我们来到种植园或召开讲座时,村民们会说,‘我就想开垦完剩下的所有雨林地来种植油棕榈’。”对于这些村民来说,棕榈油似乎是从土地中挣钱的最简单办法。

  在东南亚,已有数百万公顷的雨林被油棕榈种植园替代。

  在印度尼西亚和马来西亚的一些地区,国际投资者、大公司和当地官员的经济和政治野心也可能会阻碍Orion的努力。Agus Sari是Belantara Foundation(位于雅加达的一家关注环境保护与恢复的非营利组织)的首席执行官,他表示法律执行力度弱是一大挑战。大种植园贿赂本地官员以获得更多的土地开垦权,这让其他人更难以合法获得土地。Ong表示马来西亚的情况也是如此。

  虽然科学家们可能觉得提高产量的技术能减小开垦土地的压力,其他人却做出了相反的预测。技术带来的生产率上升能提高棕榈油的盈利能力,从而使油棕榈对种植者的吸引力大增。“产量的提高必须与更严格措施的监管,以及对可用于油棕榈种植的土地量的法律限制相伴。”Jeff Conant说,他在美国旧金山的一家环境权利组织Friends of the Earth领导其国际森林项目。

  改革整个产业需要来自众多参与方的投入,现在,我们有一定理由相信这一过程正在启动。2004年,产业从业者们组成了可持续棕榈油圆桌倡议会议(Roundtable for Sustainable Palm Oil RSPO)组织,它制定了一套生产标准,并为合规的生产者颁发标识。但RSPO积压了一大堆关于成员生产不合规的投诉。

  去年四月,一家马来西亚公司IOI Group被吊销标识资格,但又在八月重新获得资格,使得一些人对RSPO标识的公信力提出了质疑。RSPO首席执行官Darrel Webber也同意RSPO尚有进步空间:“我们解决问题的唯一途径就是接受其他人提供的反馈。”

  尽管前路挑战重重,但Lakey并没有泄气。在他嘈杂的实验室里,技术人员们正在分析样本——每天超过1000份。Lakey希望尽快开始把叶片打孔检验服务推广到非洲、南美洲和泰国,达到每年分析1000万个样本。驱使他和同事们的一部分动机是,他们明白虽然可种植油棕榈的土地面积在萎缩,但棕榈油的需求仍在增加。相较于2000年的棕榈油全球需求量,这一数字将在2030年翻倍,2050年将会达到三倍。

  MPOB先进生物技术与育种中心(Advanced Biotechnology and Breeding Centre)的生物化学家兼前任总监Raviga Sambanthamurthi说:“我不觉得任何其他作物能满足全球的需求量。我们没有多少土地可以开垦了,所以除了把油棕榈变得更加高产以外别无他法。”

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