【國家重點實驗室】中大研抗旱大豆 林漢明:情感因素燃研究熱情

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大豆這種常見的農作物,今年因為中美貿易戰而格外引人注目。中國曾為大豆的主要出口國,但傳統種植地區的土壤因乾旱缺水等原因而不再適合耕作,使得中國大豆需求如今仰人鼻息。「物競天擇,適者生存」,大自然波譎雲詭,農作物在正常環境中也未必一定可以健康成長,遑論在極端之地開花結果。不過,香港中文大學農業生物技術國家重點實驗室的研究團隊沒有聽天由命,成功培育出適合在旱地生長的大豆品種,讓貧瘠地的農民也能笑迎春天。

此乃《國家重點實驗室》系列報道之三

林漢明於2010年以分子標記技術,找出31種大豆的基因序列,奠定日後的研究基礎。(朱潤富攝)

「讀博士時我專注研究細菌,當時大部分人也做醫學,所以我想嘗試做農業。」中文大學農業生物技術國家重點實驗室主任林漢明說。過去二十年專注研究大豆培育及其基因功能,但他最初並非以研究大豆為專業。他於中文大學取得生物學學士及碩士學位後,1987年負笈美國西北大學攻讀分子生物學及生物化學博士學位,之後打算改朝農業研究發展,惟過去的細菌專業訓練與農業研究不盡相同,因此在紐約大學擔任博士後研究員數年,先涉足植物分子生物學,研究氮的代謝過程,以掌握農業的研究方法,最終取得不俗成果。當時林漢明心繫香港,希望回流生活及鑽研與內地農業相關的研究項目,毅然在香港回歸前夕,婉拒當時全球最大種子供應商、跨國農業生物技術公司孟山都(Monsanto Company)的工作邀請,以及舉家獲孟山都協助移民的機會,1997年回到母校中大發展。

逆流回港後,林漢明投身植物學及分子基因學,最初先試行研究水稻及大豆,但慢慢他發覺與水稻相比,較少人研究大豆,偏偏後者在現實中的價值更形重要。他解釋:「大豆是很重要的農作物,可以修復環境令土地更肥沃;其次大豆源於中國,這代表內地本應有許多種子資源,應被更有效地利用,但我們每年卻要大量進口。」

中國北部長年受乾旱困擾,嚴重影響大豆收成,由最大出口國,變成最大的大豆進口國。(視覺中國)

國產大豆盛轉衰 激起研究熱情

每一天,人也離不開大豆,它原生於現今的中國境內,含豐富蛋白質,豆腐、豆漿、豉油、沙律油、麵豉……由大豆演變出來的食用產品多不勝數,而且還是主要的牲畜飼料。除了是重要經濟農作物外,大豆還適合間作(同時栽種兩種或以上作物,增加土地及光線利用率),及有固氮作用,可令大氣中的氮轉化為胺基酸並儲存在泥土內,有助提高土壤養分,繼而減少使用肥料。目前美國、巴西及阿根廷主導着全球大豆的出口,儘管中國亦有生產,惟僅滿足本地消耗量約兩成,因而長年需仰賴國外供應,購入全球市場約六成的大豆,成為全球最大大豆進口國。中國農業部於今年年中更估算本年度大豆進口量為9,385萬噸,小小一顆大豆今年更成為中美貿易戰主角之一,足見其非凡影響力。

林漢明不明白為何中國農夫最早將野生大豆馴化栽種,中國在上世紀九十年代前曾是世界第一的大豆出口國,但踏入廿一世紀後出現如斯逆轉,甚至仰人鼻息?他笑言,此「情感因素」燃起了他對研究大豆的熱情,主力研究大豆基因組及功能基因的發掘。

大豆可以製作多種營養豐富的食品。(資料圖片/陳焯輝攝)

中大於2008年獲中國國家科學技術部批准,成立農業生物技術國家重點實驗室(下稱「實驗室」),並與中國農業大學農業生物技術國家重點實驗室結為夥伴實驗室,旨在透過發展分子生物技術及生物科技的農業應用,以改良作物產量、品質及抗逆性為目標,改善中國及世界農業現況。項目重點除大豆基因組研究外,還包括優化水稻抗旱節水研究、建立新世代基因定序及功能測試等研發技術平台等,迄今取得接近30個專利。近年實驗室與華大基因研究院及中國農業科學院合作進行「尋找作物改良的功能基因」研究項目,在農作物中尋找控制主要農藝性狀的功能基因,作為改良農作物的耐逆、抗病和養分的重要科學基礎。

野生大豆找出耐旱基因

林漢明在2010年以分子標記技術完成17種野生大豆及14種人工培植大豆,合共31種基因序列,並發現野生大豆的耐逆力較培植大豆高,研究項目「大豆回家(Soybean Home-Coming)」在同年12月登上西方著名學術期刊《自然遺傳學》(Nature Genetics)封面。他還記得,2008年美國及韓國也分別開始研究栽培野生大豆及其基因組解碼,於是他便嘗試進行兩者的基因組測序比較及研究,三地的成果奠定了日後研究大豆基因組的基礎,之後有許多出色研究接踵而來。

中大於2008年獲中國國家科學技術部批准,成立農業生物技術國家重點實驗室。(資料圖片/盧翊銘攝)

林漢明沒有因此而停下來,他選擇了「鬥精不鬥多」的研究策略,繼續改良大豆的種植。傳統上,中國北方是種植大豆的地區,但現時地下水位急速下降,出現嚴重缺水及乾旱問題,餘下的河流和溪流亦受到嚴重污染,以致土壤不適合耕作。若想讓大豆適應惡化的土壤氣候,便要參考野生大豆遺傳基因的多樣性,改良野生大豆某一些性狀,例如抗鹽、抗旱和抗病等,如能發掘控制這些性狀的特別基因,大豆的種植範圍便可更廣闊。耕耘四年,林漢明及其團隊,利用在基因中稱為「分子標記」的獨特密碼,在龐大的基因組內追蹤大豆抗鹽基因的區域,繼而辨識出大豆的抗鹽基因,這項研究成果已刊登於科學期刊《自然通訊》(Nature Communications)。

「知識是否可以變成產品?不如我們加速篩選,看看能否找到想要的大豆。」當時他的想法是,由於中國不能生產轉基因大豆種子,所以只可篩選。團隊遂與中國甘肅省農業科學院合作以基因鑑定和標記科學方法找出抗旱基因,並培植出三種適合於旱地生長的大豆品種,當中兩種品種「隴黃1號」及「隴黃2號」於2016年獲得當地政府審批,向大量培植優質大豆邁進,重新將「純天然」的大豆種子送回農民手中。

林漢明的研究在學術界引起迴響,他及其團隊如何將香港的研究及知識與內地結合?請繼續閱讀:【國家重點實驗室】港缺農地欠視野 林漢明嘆港人只關心有無藥食

上文刊載自第140期《香港01》周報(2018年12月3日)《從實驗室走到田間 港產抗旱大豆異地結碩果》。

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