非洲栗米菌害危機：一堂寶貴的農業課

2018年02月22日

粟米（Maize，又稱玉米）原產於美洲，隨著哥倫布「發現」新大陸後，由美洲被帶到西班牙，再於伊比利亞半島傳播。其後葡萄牙人將之帶到西非，粟米與西非的氣候和土壤一拍即合，自 16 世紀初起，粟米成為了非洲人的主要食糧。

植物會生病，粟米也不例外，其中一種俗稱「熱帶銹病（Topical Rust）」的疾病，是由名為 Puccinia polysora 的真菌所感染。之所以稱作「銹病」，是因為這種真菌會讓粟米的葉面長出像鐵銹的黃褐色斑點，而這種病害只會出現在熱帶地區。因此，它未曾在歐洲的伊比利亞半島出現過，亦因此，自歐洲傳入的粟米，也免受這真菌寄生之苦。

但因跨大西洋航空運輸發展，終於打破當地安寧。熱帶銹病悄然抵達非洲。生物學家一般認為，這銹病是在 1940 年代偶然引入的，從熱帶美洲再傳入的粟米棒，銹菌亦乘之而來。即使非洲的粟米已認不得銹菌，可是銹菌卻找到了它們的宿主，變成為一種「再遇寄生蟲（re-encounter parasite）」—— 因為它已經與主人分開了 4 個世紀，然後在新的地區再次相遇。

這種疾病在非洲熱帶地區極具破壞性，它損害粟米作物，就像 1840 年代時枯萎的歐洲馬鈴薯作物一樣脆弱，為對外來寄生蟲極端敏感的結果。當無意中引入寄生蟲時，居安已久的粟米便潰不成軍，受感染的粟米，除了長出銹斑，許多在能夠開花以前經已死亡。1952 年，銹菌進軍到東非的熱帶國家，肯亞，讓政府官員擔心會爆發嚴重饑荒。

根據早期在西非獲得的經驗，肯亞的一個科學家小組啟動了抗熱帶銹病配種計劃。他們使用當時公認的程序：首先尋找一種抗性遺傳基因的來源，進行配種。顯然他們無法在非洲找到這種基因，因此不得不從中美洲進口。

所謂的抗性遺傳基因，是在品種中能抵抗真菌或病毒的基因。抗性遺傳基因亦有分「垂直抗性」和「橫向抗性」。「垂直抗性」即是抵抗力來自單一的基因，為當時負責配種的科學家所鍾愛，因為只要找到某種抗性遺傳基因，再經配種產出具抗性的新品種，便有機會抵抗真菌侵害。可是，當時在肯亞，每每科學家配育出新的品種時，該銹菌總是能迅速地產出新的株系（strains）來感染它，他們的配種計劃始終無功而還。

然而，好消息出現了。首先是這種疾病的名字是真的，它確實局限於炎熱的熱帶氣候，赤道正好穿過肯亞中部。但在赤道，這種疾病在海拔 4,000 英呎以上的地區喪失了傳播能力。在海平面上，它在北迴歸線和南迴歸線的熱帶地區也失去傳播能力。當認識到高地粟米作物安全時，對重大饑荒的恐懼也迅速消退，因肯亞大多數人和大部分農業也位於海拔 4,000 英呎以上的高地。

接下來的好消息是，這種疾病的嚴重程度似乎在緩緩下降，直到首次出現大約 6、7 年後，它不再造成嚴重災害。在沒有任何植物配種者或植物病理學家的幫助之下，問題自行解決了。這歸功於粟米所積累的「橫向抗性」。所謂橫向抗性，即抗性由多組基因所產生，這些基因的抗性有高有低，意味著植物或不能完全抵抗疾病，亦不會完全因疾病而覆滅。存活粟米的種子繼而再繁殖，於在新一輪種植中，便多了一批稍具抗性的作物，年復一年的自然篩選，使到愈來愈多的粟米擁有足夠抗性，菌害結果減輕了。

當時有份參與肯亞研究的植物學家 Raoul Robinson 表示，若仔細分析這事件，對於植物配種學家來說，是珍貴的經驗。首先，它打破配種學家的固有想像，以為配育單一抗性基因是最有效的解決方法，但最終讓非洲粟米安然度過危機的，是自然積累的「橫向抗性」。在最初，粟米之所以失去對這種銹菌的抗性，是因為欠缺敵人蹤影，具抗性的基因一代一代自然消亡了，結果失散已久的敵人重臨時，便顯得不堪一擊。

Robinson 說：「大自然知得更多（Nature knows better）。」野生的病害系統中，自然的基因選擇在更高階及整體的層面發生，並不存在「局部最佳化（sub-optimisation）」。植物學家在培育具橫向抗性的農作物時，也必須從整體中入手，只著眼於單一的基因抗性機制並不足夠。


參考資料
Raoul A. Robinson, 1996: Return to resistance. Breeding crops to reduce pesticide dependence.

圖片來源：路透社

(資料來源：CUP 2018年2月22日)