9月下旬，一个国际研究团队分散到新墨西哥州一个偏远的山脉，寻找一种难以捉摸的植物。该小组跋涉穿过崎岖的地形，寻找缠绕在树上的纤细藤蔓，或是在干涸的溪岸边低矮蔓延的迹象。
在沙漠灌木丛中度过了七天后，科学家们带着一份大自然的馈赠离开了：野生豆薯豆植物。
科学家们想要收集这种豆科植物，它原产于美国西南部和墨西哥西北部的干旱地区，因其具有顽强的体质：“它们在非常炎热、干燥的气候中进化而来，因此它们具有非凡的耐旱和耐热性，以及对某些极端土壤条件的潜在耐受性，”美国农业部豆类馆长莎拉·多尔说，她参与了新墨西哥州的采集工作。
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这些品质可能会在一个变暖的星球上被证明是有益的，因为科学家们正在研究如何培育能够承受气候变化带来的恶劣条件的豆类、辣椒、土豆和各种其他谷物、水果和蔬菜。
这些影响已经对全球农业造成了严重破坏。在美国西部，一场严重干旱摧毁了加利福尼亚州的番茄和水稻生产。在危地马拉，干旱和降雨的综合影响摧毁了玉米和黑豆的收成，这两种都是主要的粮食作物。在撒哈拉以南非洲，炎热的条件已经使小麦和玉米的产量自 1960 年代初以来减少了三分之一以上。
气候和农业模型预测情况会进一步恶化。美国宇航局 (NASA) 2021 年的一项研究显示，玉米是养活全球数十亿人口的主要作物，其产量最早可能在 2030 年下降 24%。虽然其他主食，如小麦，实际上可能会看到产量增加，但研究人员表示，为了培育具有韧性和可持续性的粮食系统，实现农业多样化非常重要。2014 年，在全球超过 6000 种栽培植物和地球上发现的 50000 多种可食用植物中，只有九种作物占全球产量的三分之二。
新墨西哥州立大学植物科学家兼教授理查德·普拉特说，像豆薯豆这样未被充分利用且耐寒的作物可能有助于实现粮食生产多样化。它们的遗传物质可能有助于使其他作物更耐旱和耐热。普拉特与美国农业部和总部位于哥伦比亚的国际热带农业中心 (CIAT) 的同事一起参加了 9 月的考察。他们是越来越多的研究人员、植物育种家和其他科学家的成员，他们致力于保护被忽视的野生作物（为子孙后代安全保存它们），并在适应气候变化的竞赛中培育更具韧性的植物。
例如：加州大学戴维斯分校正在牵头一个耗资 1500 万美元的多州项目，涉及 20 个机构，以加速小麦的育种周期，并研究帮助该作物在恶劣环境中茁壮成长的方法。在阿拉巴马州的奥本大学，科学家们正在努力培育一种更能耐受干旱条件的花生品种。在亚洲和非洲的部分地区，一些农民已经在种植由菲律宾国际水稻研究所开发的耐高压“绿色超级稻”。来自各个机构的科学家们也参与了一项由挪威政府资助的大型项目，以鉴定、收集和评估野生作物，以供未来发展。
然而，仍然存在许多挑战：作物育种是一个耗时的过程，因此研究人员很难跟上快速变化的天气。基因测序和基因编辑技术的进步可以帮助加快这一过程，但也带来了自身的考验。一些研究人员警告说，例如，基因编辑技术 Crispr 可能会导致对 DNA 的意外改变以及作物野生近缘种的基因污染。与此同时，消费者仍然想要美味的食物。农民则想要易于种植的作物。
随着恶劣天气的加剧，专注于适应气候变化的作物的植物育种工作变得更加紧迫。“如果全球气候变化继续对我们不利，”普拉特说，“我们必须拥有具有韧性的作物。”
人类在驯化和杂交野生植物以生产具有更好风味和更高产量的新一代植物方面有着悠久的历史。“无论你从超市吃到的苹果、梨、葡萄还是香蕉，这些植物都曾在世界上的某个地方被人类驯化，”亚利桑那州图森市亚利桑那-索诺拉沙漠博物馆的研究员生态学家赫苏斯·加西亚说。
例如，大约 9000 年前，当今墨西哥的早期土著农民将野生类蜀黍（一种草）改造成了今天世界各地生产的单秆、饱满的玉米。
随着遗传学科学的发展，植物科学家可以更好地选择植物更理想的性状，如味道、颜色和大小，并开发出改良的栽培品种。但是，捕获如此有限的性状可能会导致遗传多样性降低，这可能会使植物更容易受到疾病、害虫和环境影响。例如，爱尔兰马铃薯饥荒部分是由于农民繁殖植物的方式导致每个马铃薯都是其自身的克隆。当一种真菌在 1840 年代开始感染这种根茎类蔬菜时，大部分作物都腐烂了，大约 100 万人死于饥饿。
为了避免类似的农业灾难，像普拉特这样的科学家们正在转向野生品种，因为它们可以提供过去几十年可能被忽视的有价值的遗传性状。“野生豆薯豆种群中可能仍然存在许多栽培豆薯豆中没有的遗传多样性，”普拉特说。例如，通过将野生标本与黑豆或斑豆杂交，科学家们也许能够培育出一种新的品种，该品种能够更好地忍受其近缘种茁壮成长的类似恶劣环境条件。
然而，第一步是找到能够在野外提供这些更耐寒的遗传性状的作物。
正如普拉特和他的新墨西哥州团队一直在寻找野生豆薯豆一样，其他植物科学家也在努力收集和保存作物的近缘野生种，这可以帮助开发适应气候变化的品种，并确保不断增长的全球人口的粮食安全。
“作物野生近缘种对更极端的条件具有耐受性，”边境地区恢复网络（亚利桑那州南部的一个保护非营利组织）的本地植物项目经理佩林·麦克内利斯说。“它们没有富含营养的土壤和日常浇水，所以它们只是更耐寒。”
几年前，麦克内利斯的团队与美国农业部的工作人员一起出发，收集在边境地区山区峡谷内一片广阔的保护区内的牧豆树和铁木树的保护阴影下大量生长的野生小辣椒。来自附近和远方的科学家们前来研究这种微小的圆形红色小辣椒，它被认为是所有辣椒之母。这种辣椒也在德克萨斯州、新墨西哥州和墨西哥的部分地区野生生长。
麦克内利斯说，收集到的野生小辣椒标本已送往美国农业部实验室，将有助于未来的研究和遗传物质的保护，这些遗传物质可能用于培育改良作物。
一项更大规模的野生作物品种收集工作涉及 25 个国家的 100 多名科学家，他们与总部位于德国的国际非营利组织作物信托基金合作。这项名为“作物野生近缘种项目”的倡议由挪威政府资助，并由英国皇家植物园邱园共同管理。
2018 年，科学家们完成了为期六年、在世界各地偏远角落搜寻野生植物的工作。在其第二年发布的报告中，该组织表示，它已获得 371 种驯化作物的 4600 多个种子样本，用于分发给全球基因库，基因库收集和储存种子，其目的是让科学家和育种家能够利用这些种子进行进一步的研究和开发。他们发现的一些品种根本没有在基因库中出现过。
在某些情况下，采集者了解到，一些野生作物近缘种已经从其历史栖息地消失。其他人则带着以前从未采集过的标本返回，其中包括在哥斯达黎加海滩附近生长的一种普通豆类的微小野生近缘种。科学家们已经在种子样本中发现了有用的性状，包括胡萝卜、高粱和苜蓿等作物对干旱、高温和盐度的不同程度的耐受性。
作物信托基金的传播经理路易斯·萨拉查说：“作物野生近缘种要么被忽视、被遗忘，要么被视为对农业的威胁。”“但它们非常具有韧性，它们已经找到了一种独自生存的方法。”
萨拉查说，这些具有韧性的性状“是我们现在需要的，也是我们未来越来越需要的。”
野生作物近缘种可能很强壮，但它们通常不适合栽培，因为它们缺乏农民想要的性状，如良好的味道和快速的生长速度。那么，问题是如何开发出既能保留栽培品种的理想性状，又能适应严酷条件的新物种。
培育新作物物种可以采用多种方法，但普拉特更喜欢传统的育种方法：在新墨西哥州，他校园田间地块和其他地点种植了不同品种的蔓生、结荚豆薯豆植物，以观察它们对半干旱土壤的适应程度。他选择具有他正在寻找的特征（如耐旱性和高产）的植物，然后可以利用这些植物培育出具有所需特征的后代。
作为他的研究的一部分，普拉特研究了栽培豆薯豆品种在不同海拔高度和轻度至中度干旱胁迫下产生高产的潜力。他发现，“豆薯豆不需要像普通豆类那样多的水分就能产生相当的产量，”他说。
通过寻找野生豆薯豆，普拉特和他的同事们希望提高这种具有韧性的豆类在全球基因库保存的种子、植物和组织培养物中的代表性，并与农民分享，以养活世界。但是，普拉特说，关于如何最好地将这种有益的遗传物质整合到容易受到高温影响的普通豆类中，或者可能提高栽培豆薯豆的耐寒性，仍然有很多讨论。
传统的育种并非没有局限性。通常需要很多年才能产生理想的结果，并且在不引入不需要的性状的情况下选择特定的遗传特征可能很困难。
遗传技术的进步使得加快植物育种成为可能。植物的基因就像蓝图，概述了它的外观以及它将具有的性状。植物遗传学家可以比过去更快地识别出这些蓝图中感兴趣的特定基因，这在很大程度上归功于日益强大的 DNA 测序技术，该技术本质上是读取植物的遗传物质，以识别基因及其控制的性状。
例如，蒙特利尔麦吉尔大学的科学家们已经对近 300 种土豆（包括野生品种）的 DNA 进行了测序，以创建一个“超级泛基因组”——一个物种的完整基因组集合。为了做到这一点，研究人员使用了基因库，例如野生作物近缘种项目帮助建立的基因库。美国农业部的长期研究遗传学家雪莱·詹斯基说，DNA 测序就像一张路线图，可以更轻松地选择使土豆更耐疾病和环境负担的性状。
“泛基因组确实为我们提供了一个非常强大的工具，可以用来操控土豆的遗传物质，并创造出比我们现在拥有的更好的土豆植物，”最近退休的詹斯基说，她没有参与这项研究，但专门研究土豆遗传学。