科学家来支招让全世界未来衣食无忧！当前，随着经济和技术发展，粮食产量连年增加，但全球粮食安全情势仍不容乐观。例如，全世界每年大约生产8000亿个番茄，但有多少值得食用呢？

基因编辑让番茄重获美味。图片来源：Viktor Drachev/TASS/Getty

实际上，经过数千年的培育，这种蔬菜已更适合农民和销售商，而不是消费者。番茄藤现在以一种有序的方式生长，从而生产出大量果实。但是，很多研究已经证实，番茄的味道和营养在这个过程中迷失了。

植物科学家正在研究这个问题。近日，3个研究组分别阐述了如何制作一种超级番茄：不以牺牲口味换取产量。

这些研究不仅展示了有用性状是任何被引入到植物中的，还提醒人们关注植物生长和发育基础研究的价值。有人称超级番茄是一场“甜蜜的胜利”，人们开始关注口味和营养，而不仅仅追求产量，同时，也展示了植物学家能为改善世界食品体系做更多工作。

情势逼人

联合国粮食及农业组织、国际农业发展基金会、联合国儿童基金会、世界粮食计划署和世界卫生组织等五大机构近日共同发布2018年《世界粮食安全和营养状况》报告指出，2017年，全球8.21亿人处于饥饿状态，相当于每9人中就有1人在挨饿，已重回10年前水平。

除了饥饿，隐性饥饿问题也不容忽视。数据显示，全球有20亿人因膳食中缺乏这些微量营养素而导致健康受损。世界银行和国际食物政策所的研究结果表明，发展中国家由于营养不良造成的劳动力损失占该国GDP的3%~5％。

目前，气候变暖已经影响到主要粮食作物的产量。气候变化会对降雨模式和农业生产造成影响，导致粮食供应短缺、粮价高涨，而粮食安全较差的发展中国家所受影响更大。

英国利兹大学战略研究院院长Tim Benton在近日举行的“气候变化和食品体系会议”上指出，气候变暖将改变粮食产量、质量和病虫害的分布，从而对粮食供应体系产生影响和冲击，未来全球粮食供应体系会变得更脆弱和低效。

“人们普遍认为，到2050年，农业产量必须进一步增加50%，才能养活预计的全球90多亿人口。而饮食模式的改变进一步加剧了这一挑战。”瑞士弗里克有机农业研究所的Adrian Muller告诉《中国科学报》记者。

Muller提到，有许多关于实现这一目标的建议，如进一步提高生产和资源使用效率、重视农业生态学和有机农业，以及减少动物产品和食物浪费等。

干净生产

其中，有机农业颇受争议。研究显示，虽然有机农业比传统耕作更环保，但是若不开辟新的耕地，有机农业仍旧无法满足人类对食物的需求。

“有机农业或许可以在满足全球食物需求的同时实现可持续发展，但条件是减少食物浪费和肉类生产。”Muller说。

Muller团队2017年11月在《自然—通讯》发表论文指出，模型预测要实现100%的有机农业转化同时满足全球粮食需求，所需耕地要比目前增加16%~33%，还需要减少50%的食物浪费，并且停止生产动物饲料。

此外，控制农业对环境的负面影响也至关重要。如果农业不断破坏环境，反过来环境压力又影响农业生产，就会陷入恶性循环。

《自然》近日发表论文显示，如果不提升农业生产水平、改变粮食消费方式、应对人口和收入水平的预期变化，2010年到2050年粮食系统对环境造成的影响可能会上升50%~90%。

“我们的研究显示，如果不采取行动，到2050年，与粮食生产相关的地球承载能力极限将被打破。”该论文通讯作者、英国牛津大学的Marco Springmann在接受《中国科学报》记者采访时表示。

但Springmann研究组同样发现，没有单一措施足以缓解粮食系统给地球环境带来的压力。

研究人员利用国家级详细数据建立了一个全球粮食系统模型，研究与粮食有关的环境影响。结果显示，在全球范围内采用更多以植物为基础的饮食可以将温室气体排放量减少一半以上。除了改变饮食结构，提高农业生产技术和管理水平、减少粮食损失和浪费也是限制食物系统环境影响的必要条件。

“如果综合运用这些措施，那么许多此前预期会增加的环境压力或许能缓解。”Springmann说。

同样，二氧化碳排放不仅影响农业生产，还可能影响人类营养状况。

营养全球

美国哈佛大学陈曾熙公共卫生学院Matthew Smith和Samuel Myers及同事发现，除非采取有力的缓解措施，否则二氧化碳浓度预计在未来30至80年内将超过550 ppm（百万分之一），这可能使许多主要作物的铁、蛋白质和锌含量减少3%~17%，从而影响世界多地的人类营养状况。

“多年来流行的理论是，较高的二氧化碳导致植物更快生长，这有利于碳水化合物的形成，而其他重要营养物却有可能被高碳水化合物所‘稀释’。”Smith告诉《中国科学报》记者。

实际上，目前全球人口的营养状况已不乐观。《世界粮食安全和营养状况》报告显示，有近1.51亿5岁以下儿童因营养不良而身材矮小，远低于各年龄段的身高标准。国际组织呼吁采取措施为人们获得有营养的食物提供保障，并打破营养不良的代际循环。

Smith提到，决策者应当监测其食品供应的营养含量，并在必要时采取行动，例如重视作物强化或营养补充计划，以及鼓励饮食多样性等。

中国农科院生物技术研究所副所长张春义提到，早在2004年5月，农科院便针对微量营养素摄入不足造成的隐性饥饿问题，启动了中国作物营养强化项目，致力于筛选、培育、评价和推广富含微量营养素的营养强化作物新品种。

“生物强化对改善人民健康水平、提升生活质量十分重要，过量摄入低营养高能量食物是导致肥胖症、糖尿病和心血管疾病的主要原因，迫切需要全社会关注营养健康。”农科院作物科学所所长刘春明告诉《中国科学报》记者。

刘春明团队日前在国际上首次发现了一种可用于培育高营养水稻的新型育种材料。

“水稻的糊粉层是水稻高蛋白、不饱和脂肪酸、维生素、微量元素的主要储存场所。我们筛选的糊粉层加厚水稻品系跟普通全米比较蛋白质、维生素、膳食纤维、锌、铁、钙增加了30%~300%；跟白米比较增加了2~10倍。”刘春明说。

研究人员将诱变过的种子从中间切开，利用不带胚的一半分析其糊粉层厚度，带胚的一半保留获得后代，共筛选了近3万粒种子，获得了这种糊粉层加厚的品系。相关成果在线发表于美国《国家科学院院刊》。

但推进营养型农业产业发展，“需要全社会关注、进行科普知识教育、政府的扶持和支持、企业参与才可以实现”。刘春明说。

“虽然，我们无法预测未来的饮食会发生怎样的变化，也无法捕捉到数十亿人日益恶化的健康状况，但无论如何，全球减排努力将是帮助避免潜在危害的最直接方式。”Smith说。