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花生瘟疫

一种有毒真菌感染了发展中国家食用的作物。科学家们正在设计一种解决方案。

作者:Jori Lewis
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一名塞内加尔花生种植者手捧一把收获的花生。研究人员希望消灭黄曲霉毒素,一种可能在该国主要作物上生长的有毒真菌。Jacques Pavlovsky/Sygma/Getty Images

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一万多年前,在阿根廷和玻利维亚之间的安第斯山麓的某个地方,两种野生豆科植物杂交,很可能是在一些传粉蜜蜂的帮助下。它们的后代非同寻常——一种自然界的怪胎,无法与它们的野生祖先和近亲重新杂交。这种怪异的植物继续进化,先是自主进化,然后通过农民的筛选进行驯化,因为它那美味的种子不像大多数豆类和豌豆那样长在枝条上,而是长在地下。商人把它带到整个南美洲,最终带到加勒比群岛。从那里,西班牙神职人员和征服者将第一批花生带到欧洲,然后又带到亚洲和非洲。全世界都学会了爱这种不起眼的花生。

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这种移植作物很早就来到了西非,但农民开始商业种植它只有两个世纪。从那时起,塞内加尔,面积大约相当于南达科他州,一直稳居世界十大花生生产国之列。农民在不可靠的降雨下种植它,很少施肥,而且主要依靠自然提供的病虫害防治。

下雨的时候,首都达喀尔人去楼空,裁缝、出租车司机、官员和老师们都回到自己的村庄去播种。

几代以来,法图·比内图·迪奥普(Fatou Binetou Diop)和她的家人一直在梅克赫(发音为“may hay”)的土地上种植这些南美移植作物。这个小镇在距离达喀尔两小时车程的沙丘上拔地而起。“这里的人说花生是黄金,”迪奥普说。“因为有了花生,你可以得到很多东西。”

塞内加尔妇女在分类花生。Seyllou/法新社/Getty Image

然而,梅克赫早期的增长,尽管是适度的,却归功于花生。19世纪末修建的一条铁路,旨在收集花生运往法国,在梅克赫停靠,使其成为一个繁荣的小镇。

当时和现在一样,农民将他们的收成卖给中间商、大型植物油公司和出口商,尽管今天这些出口商很可能是中国人,而不是法国人。当然,村民也吃花生——压榨成油,烤制加盐,用糖裹成糖果,或磨碎用于各种美味酱汁。

但这种经济作物也会引起疾病。这些豆类容易受到黄曲霉毒素的侵害,这是一种高度致癌的霉菌家族,生长在许多作物上。在高浓度下,这种真菌毒素可导致急性肝损伤和死亡。印度和肯尼亚曾发生过罕见的黄曲霉毒素中毒事件,造成数百人死亡。公共卫生专家认为,撒哈拉以南非洲、亚洲和拉丁美洲多达5亿贫困人口正因长期累积接触黄曲霉毒素而缓慢中毒,这可能导致儿童发育迟缓,抑制免疫系统,并导致肝损伤或癌症。但黄曲霉毒素的影响既不统一也不立即可见,这使得它难以对抗。

Méckhé 农民协会秘书长 Ndiakhate Fall 表示,他所在组织的 5000 名成员大多对黄曲霉毒素的危害持怀疑态度。

在塞内加尔农业小镇Méckhé的街头。Ibrahima Thiam

然而,梅克赫早期的增长,尽管是适度的,却归功于花生。19世纪末修建的一条铁路,旨在收集花生运往法国,在梅克赫停靠,使其成为一个繁荣的小镇。

当时和现在一样,农民将他们的收成卖给中间商、大型植物油公司和出口商,尽管今天这些出口商很可能是中国人,而不是法国人。当然,村民也吃花生——压榨成油,烤制加盐,用糖裹成糖果,或磨碎用于各种美味酱汁。

但这种经济作物也会引起疾病。这些豆类容易受到黄曲霉毒素的侵害,这是一种高度致癌的霉菌家族,生长在许多作物上。在高浓度下,这种真菌毒素可导致急性肝损伤和死亡。印度和肯尼亚曾发生过罕见的黄曲霉毒素中毒事件,造成数百人死亡。公共卫生专家认为,撒哈拉以南非洲、亚洲和拉丁美洲多达5亿贫困人口正因长期累积接触黄曲霉毒素而缓慢中毒,这可能导致儿童发育迟缓,抑制免疫系统,并导致肝损伤或癌症。但黄曲霉毒素的影响既不统一也不立即可见,这使得它难以对抗。

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Méckhé 农民协会秘书长 Ndiakhate Fall 表示,他所在组织的 5000 名成员大多对黄曲霉毒素的危害持怀疑态度。

在塞内加尔农业小镇Méckhé的街头。Ibrahima Thiam

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他们世世代代都吃花生,但从未见过有人因此而死。

“你知道,在我们国家,即使20或25岁去世,对我们来说也只是命运,”福尔说。“我们说这是上帝决定的。我们不问问题。”

然而,几十年来,科学家一直在提出问题。他们试图培育出一种能抵抗这种致命毒素的花生。他们收效甚微,但现在一项新的育种计划正试图破解花生过去的密码,以帮助这种植物在未来——无毒地——生存下去。

有毒组合

两种生活在空气和土壤中的常见真菌,黄曲霉和寄生曲霉,会产生黄曲霉毒素。只要有高温和潮湿结合的地方,就几乎可能发生污染。

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穴居昆虫帮助真菌进入外壳感染花生种子。霉菌可能在土壤中开始生长,或者在收获后的田地中,甚至在花生去壳和包装后。但一旦霉菌开始生长,就无法逆转。在美国,一颗发霉的“热”花生可能导致检查员扔掉一整拖拉机车厢的花生。

花生在地下与土壤接触生长,使其容易受到黄曲霉毒素(一种真菌毒素)的侵害。图中所示:黄曲霉。Renee Arias

美国和欧洲对食品中黄曲霉毒素最高含量的规定,使受污染产品无法进入食品系统,尽管农民可能因此不得不扔掉部分收成。专家估计,与黄曲霉毒素相关的作物损失每年给美国农民造成约5亿美元的损失。然而,在发展中国家,即使存在此类法规,也很少执行。相反,受污染的玉米和花生充斥当地市场,并经常出现在毫无防备的人们的餐桌上。

在美国主要是一个作物问题,在其他地方,特别是非洲,已经成为一个严重的健康问题。

“每次我们测量人类、儿童和成人[在非洲]的黄曲霉毒素暴露量时,阳性率总是非常高,”贝尔法斯特女王大学的食品毒理学家龚云云说。她通过观察人体血液中的特定生物标志物来追踪世界各地的黄曲霉毒素暴露情况。在大多数发达国家,比率很低甚至不存在。

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但在欠发达国家,特别是非洲部分地区,黄曲霉毒素暴露率高达90%以上。“塞内加尔可能是我们测量到的风险最高的人群之一,”她说。

收获后立即分拣受感染的花生可以防止黄曲霉毒素的传播;特定的种植和耕作方式也有帮助。四十多年来,研究人员一直在寻找关键:一种抗黄曲霉毒素的花生种子。他们寄希望于花生野生祖先的基因来解锁这种植物的下一个进化阶段。

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回归野性

法国国际发展农业研究中心(CIRAD)科学家丹尼尔·丰塞卡(Daniel Foncéka)表示,塞内加尔的大多数农民在中午时分会避开田地,那时烈日当空,旱季气温飙升至100华氏度以上。他负责塞内加尔农业研究机构(ISRA)的抗旱项目。但他正身处田野之中,远离荫凉,风沙和热风吹拂着他的脸庞。

他来这里是为了检查花生。眼前一片片花生植株,开着细小的黄花。

塞内加尔萨卢姆河畔的塞纳河畔,花生采摘者正在工作。Zoonar GmbH/Alamy Stock Photo

位于尼亚罗杜里普的研究站,深处塞内加尔花生盆地的腹地,是ISRA少数几个测试新技术的站点之一。正是在这里,丰塞卡继续着他近10年前作为博士生开始的研究。他试图通过引入野生近亲的基因来扩大栽培花生的基因库。“花生的多样性有限,”丰塞卡说。“但野生种对许多疾病都非常抗病。”它们对黄曲霉毒素的抵抗力也更强。

多年前,丰塞卡在植物抗旱研究区域中心(Regional Center for Studies on Plant Drought Resistance)的团队将塞内加尔常见的花生品种Fleur 11与花生祖先——A. duranensis和A. ipaënsis——的杂交种进行了杂交。这在自然界中并非易事。但在舒适的实验室和温室中,植物育种家可以创造出能够与栽培花生杂交的野生花生杂交种。

从那里,他们创造了一个由100多株花生植物组成的群体,这些植物整合了祖先基因组的不同部分。这是识别野生物种基因如何影响抗病性或大小等性状,并试图将这些变化与基因组特定部分相关联的艰巨过程中的第一步。

在最新阶段,丰塞卡在酷热干燥的这一天来到尼奥罗,研究团队将他们所学到的知识更进一步。他们杂交了两个Fleur 11品种,这些品种混合了祖先基因中控制花生大小的不同片段,以期能否培育出更大的花生——即使在长时间干旱的情况下也能生长良好。他们还将测试植物的黄曲霉毒素含量。

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给花生施压

除了创造杂交种,另一种方法是研究花生如何自然抵抗毒素。生长周期结束时的高温条件会刺激曲霉生长和黄曲霉毒素污染。ISRA研究员Issa Faye说,例如,2015年的充沛降雨带来了不同。“我们评估了许多真菌,黄曲霉毒素污染并不多,”他说。“现在,当你在生长周期结束时遇到干旱区域时,污染会高得多。”

Ibrahima Thiam

科学家们尚未完全理解感染某些植物而免除另一些植物的复杂植物-土壤-真菌-毒素相互作用。他们所知道的是,处于压力下的植物,就像处于压力下的人类一样,更容易受到疾病和真菌污染。

Ibrahima Thiam

科学家们尚未完全理解感染某些植物而免除另一些植物的复杂植物-土壤-真菌-毒素相互作用。他们所知道的是,处于压力下的植物,就像处于压力下的人类一样,更容易受到疾病和真菌污染。

“这些压力水平甚至在同一粒种子内都可能不同,”佐治亚大学植物遗传学家兼花生专家佩吉·奥齐亚斯-阿金斯(Peggy Ozias-Akins)说。“可能有些细胞比其他细胞承受更大的压力。或者肯定在同一株植物中,有些荚比其他荚承受更大的压力。所以这是一种非常不均匀的反应。”

奥齐亚斯-阿金斯表示,几个世纪以来,人类根据特定特征——更大的种子、更容易打开的外壳或更快的生长——来选择花生种子。但在这个过程中,他们也失去了一些东西,比如野生花生祖先中仍然存在的抗病基因。她的实验室正在与丰塞卡和费伊合作,通过一个由美国国际开发署资助的花生和霉菌毒素创新实验室项目。他们希望识别负责黄曲霉毒素抵抗力的基因和机制。

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转基因的非解决方案

培育一种抗黄曲霉毒素的种子并非易事。抗性可能意味着恢复花生祖先的抗旱能力;也可能是一种能够驱虫的植物;或者可以通过破解植物的免疫系统来发现,科学家们才刚刚开始理解这种机制。

花生被装袋运输。Hemis/Alamy Stock Photo

在美国农业部佐治亚州国家花生研究实验室,植物病理学家蕾妮·阿里亚斯一直在她的实验室研究一种技术,旨在细胞层面靶向和控制黄曲霉毒素。她的团队提取黄曲霉基因的微小片段,这些片段指导真菌如何产生黄曲霉毒素,然后将其插入花生中。

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“当植物识别出[黄曲霉真菌]却不知道它从何而来时,它只会说,‘哦,这很危险,’”阿里亚斯解释道。它会摧毁真菌中的基因,从而有效地使植物对黄曲霉毒素产生免疫力。初步结果令人鼓舞;该技术已将黄曲霉毒素污染降低了74%到100%。

但由此产生的花生将是转基因的——它将拥有来自多个物种的基因——这意味着它将带有表明基因改造的标签。根据阿里亚斯的说法,这是一个问题。即使这些新花生能够抵抗黄曲霉真菌的毒素,它们是否能承受一些国家对转基因生物的有毒态度尚不清楚。在非洲,非洲大陆54个国家中只有三个允许农民商业种植转基因作物。塞内加尔仍然限制转基因生物,尽管政府的国家生物技术委员会正在努力可能放宽对这些科学家认为安全的作物的限制。

塞内加尔儿童采摘坚果。Georges Gobet/法新社/Getty Images

然而,变革并非一蹴而就,阿里亚斯表示,她不想对一项难以商业化的技术进行精细调整。

“除非所有人都接受转基因——我个人已经研究这些东西20多年了,我觉得使用生物技术没有任何问题——否则我们也在探索其他选择,”阿里亚斯说。

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她的实验室正在研究非转基因方法来激发类似的反应。一种选择是刺激健康的落花生植物产生的称为植物抗毒素的抗菌物质,以阻止或减缓真菌的生长。不过,她对细节守口如瓶。“我们不想在这方面被抢先,”她说。这项研究仍处于早期阶段。

播种真菌

漫长旱季的尾声,塞内加尔乡村一片期待。雨季可能会在六月的某个时候以一场试探性的雨或一场快速移动的飑线开始,它横扫全国,将沙地变成泥泞。但真正的雨季始于七月,一场接一场的暴风雨在广阔的平原上翻腾席卷,冲刷掉空气中的尘埃,然后旋转进入大西洋的开阔水域。周期性的降雨将持续:草将发芽,树木将开花,农民将播种他们的花生种子,祈祷雨水持续不断,蟋蟀远离。

然而,几乎是常常地,雨水确实会停,不仅仅是一两天,而是连续几天。高温和潮湿——主要污染条件——肆虐,因此黄曲霉毒素形成的风险仍然很高。

这就是为什么塞内加尔农业部植保司 (DPV) 的植物病理学家拉明·森戈尔 (Lamine Senghor) 表示,虽然抗黄曲霉毒素种子可能有用,但他厌倦了等待。“他们在 ISRA 进行了很长时间的研究,但从未解决问题,”森戈尔说。“我们不能再等五年或十年了。”

一辆卡车装满了准备出口的花生袋。Doelan Yann/Getty Images

相反,他和DPV采纳了另一种解决方案。他们正在牵头研究和推广一种名为Aflasafe的土壤处理剂。当农民将Aflasafe撒在田地里时,他们引入了一种不产生黄曲霉毒素的黄曲霉菌株。

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“这种真菌将在整个环境中蔓延,并占据原本会被[产生毒素的]黄曲霉占据的所有食物来源,”Ranajit Bandyopadhyay 说。他是尼日利亚国际热带农业研究所(IITA)的高级植物病理学家,也是Aflasafe的开发者之一。他将其比作土壤益生菌——即使花生在收获前产生霉菌,这种霉菌也无法产生黄曲霉毒素。IITA的田间试验表明,在某些条件下,该产品可以将黄曲霉毒素减少约80%。

这听起来像是一个完美的解决方案,但其他研究人员警告说,这种生物控制技术并非万能。美国对类似产品的研究表明,如果出现严重干旱,安全的曲霉菌株可能无法与产毒菌株竞争。

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Aflasafe在塞内加尔面临一个基本问题。小农户,他们几乎没有能力或意愿支付化肥或农药费用,会为避免黄曲霉毒素污染的产品付费吗?甚至很少有人相信它的存在?

回到Méckhé,当地农民组织负责人Ndiakhate Fall对此进行了权衡。

“这将很困难,”他说。但如果他的成员知道他们可以以更高的价格出售花生,他们可能会投资生物防治和抗黄曲霉毒素的种子。也许吧。

梅克赫的花生繁荣时代已经结束;花生列车停运,许多花生农民也离开了,因为旱季往往太长,雨水太短。“有些人雨季会回来,但有些人不会,”福尔说。只剩下非常年迈或非常年幼的人——以及这里和世界各地的科学家,他们都在努力寻找解决方案。并在等待。

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