埃里克·雷从他的公文包里拿出一个装了半塑料容器的熟米饭。这些饱满的棕色米粒看起来像普通的米饭。闻起来也像普通的米饭。当我小心翼翼地拿起几粒米饭放到嘴边时，它们尝起来也像普通的米饭：软糯、有嚼劲，有点清淡。我得阻止自己去拿放在西雅图Arcadia Biosciences办公室厨房里的酱油瓶——雷是这家生物技术公司的首席执行官——来加点盐。
我想加点味道的愿望有点奇怪，因为这种水稻是在盐水中生长的，这种盐水会杀死地球上大多数植物。这些水稻植株经过基因工程改造，可以适应这种化学物质，模仿一种叫做盐生植物的特殊植物，这种植物在海湾、海湾入口和沼泽海岸线繁茂生长。我惊讶的是，嘴里的米粒没有让我的舌头卷曲。我尝试了一个盲品测试，将它们与在淡水中生长的未改良水稻进行比较，我无法分辨出区别。
雷说：“按2012年的产量计算，水稻是世界上最有价值的作物，但“在中国的一些地区，盐碱度越来越高，他们基本上无法再种植作物了。”雷认为，对帮助盐生植物应对大量盐分的基因的新认识，加上将这些基因插入水稻和其他植物的现代生物技术方法，可能为养活地球上不断增长的人口提供关键。
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全球近四分之一的灌溉区遭受不良灌溉措施造成的土壤盐碱化之苦。海平面上升也威胁着数千万公顷的农田遭受海水入侵。如果健康的作物能够在如此盐碱化的地区生长，它们可能会为数千万人提供食物，这是朝着支持本世纪中叶地球上预计增加的20亿人口迈出的重要一步。
加州大学戴维斯分校的植物生物学家爱德华多·布卢姆瓦尔德说，这绝非痴人说梦，他的工作构成了Arcadia水稻的基础。“我相信现在可以在低质量、微咸和再生水中种植作物，甚至是稀释的海水，”他说。在西雅图以南约 700 英里的地方，布卢姆瓦尔德在加州大学戴维斯分校的温室里挤满了高大的翠绿色水稻植株，它们从浅浅的盐水中向上生长。他和世界各地的其他一些科学家正在将天然耐盐盐生植物的基因转移到日常作物中——不仅是水稻，还有小麦、大麦和西红柿。（棉花也在研究中。）
然而，要使这些救命的种子生根发芽，它们将不得不走出温室，证明它们能够在现实世界的风暴、干旱和掠食性昆虫中茁壮成长。它们还需要经受住来自政治家、科学家和农民的安全和监管问题的考验。
即使植物本身很美味，基因工程改造也会在人们的口中留下 неприятный 味道。他们担心这些基因可能会转移到其他生物体中，产生不可预见的后果。批评人士说，此类项目使世界上一些最贫困和最脆弱的人群面临这些不确定性。此外，环境顾问珍妮特·科特指出，创造可以在盐碱条件下生长的食物只会鼓励更多不良的灌溉措施。“如果你有糟糕的灌溉，那么你就走上了一条不可持续的道路，”她说。
咸味故事
盐生植物，顾名思义“盐植物”，可以在盐度范围从浓稠的血腥玛丽到完全海水的水中生存。红树林是盐生植物。这种植物类型相对稀有，往往看起来（和尝起来）令人倒胃口，具有多节的突起、稀少或丑陋的叶子或突出的根。
早期推广盐生植物的尝试试图通过吹捧红树林作为建筑材料、富含油脂的多汁盐生植物用于生物燃料或耐盐灌木用于动物饲料来刺激市场。1998 年，研究人员在《大众科学》上发表了一篇文章，设想在世界各地建立大规模的盐生植物农场来养活人们。但在他们提供的利基作物没有任何发达市场的情况下，这些农场注定要失败。
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插图：Cherie Sinnen
当布卢姆瓦尔德在 20 世纪 90 年代中期开始研究盐生植物时，它们在很大程度上已被视为植物学上的珍品。“大多数农业科学家从未考虑过盐碱度，”他说。“他们当时的想法是让食物更大、更圆、颜色更鲜艳、更甜。”
然而，布卢姆瓦尔德对这些植物中发现的一种叫做反向转运蛋白的蛋白质产生了兴趣。它加速了钠（盐）和氢离子在植物细胞膜上的交换。当水中的钠被植物吸收时，它会破坏酶、植物周围的水分运输，并最终破坏光合作用本身。布卢姆瓦尔德发现，通过对日常物种进行基因工程改造以产生大量的这种反向转运蛋白，他能够培育出可以在盐度为海水三分之一的水中生长的植物，且几乎没有不良影响。反向转运蛋白将钠离子推入液泡，即细胞内密封的空间，在那里它们不会造成伤害。在一些天然盐生植物中，这些液泡变得非常大，被称为盐泡。藜麦是一种已经出现在餐桌上的盐生植物，它的叶子上长着看起来像微小半透明球体的盐泡。
当布卢姆瓦尔德提高了某些英国传家宝番茄的反向转运蛋白水平时，这些植物在“比鸡汤咸四倍”的水中生长。 而且它们产出了红色、圆形、甜美、多汁的水果，每个重达几盎司。但是，虽然布卢姆瓦尔德的创造物在实验室中茁壮成长，但它们在现实世界中却步履蹒跚。“一切都在温室中奏效，在那里你有 40% 或更高的相对湿度，”布卢姆瓦尔德说。然而，随着湿度的降低，植物会从叶片中失去更多的水分，并防御性地关闭气孔。因此，他指出，“当你去田野时，湿度为 5%，而且水分少得多”，种植植物要困难得多。
问题在于，脱盐能力并不是在盐碱土壤中良好生长的唯一要求。植物拥有数千个基因，这些基因参与许多生物过程，可以帮助生物体应对多种压力，例如高温、干旱或盐碱度。要在盐碱条件下生长，植物需要拥有多个基因，这些基因会改变其活性，以在生长条件变得具有挑战性时保护植物。以色列内盖夫本古里安大学植物科学高级讲师西蒙·巴拉克说，没有单一的灵丹妙药，“但我们开发了一种计算方法来筛选这些基因，看看哪些基因最有可能参与胁迫耐受性。”
巴拉克构建了一个胁迫基因数据库，收集了已发表的关于植物拟南芥（农业研究人员常用来研究植物过程）的实验数据。通过使用统计分析，他能够对每种基因在高温等条件下植物生存的重要性进行排序，他确定了许多有希望的候选基因。
然后，巴拉克的小组对具有这些基因突变版本的植物进行了实验室测试，以观察植被如何应对恶劣条件。表现出耐旱、耐盐或耐热性的突变体随后被确定为进一步研究的目标。“在经典的新突变体遗传筛选中，你将筛选数千株植物，其中可能只有 1% 到 3% 看起来很有趣，”巴拉克说。“我们的命中率达到了 62%。我们有足够的突变体来维持我们整个科学生命周期。”
其他研究人员也通过将生物学与统计学和计算机科学相结合，专注于盐生存。例如，几年前，遗传学家纳伦德拉·辛格·亚达夫在印度古吉拉特邦的中央盐和海洋化学研究所工作时，在另一种盐生植物盐角草中发现了一些与耐盐性相关的基因。他并不确切知道这些基因的作用是什么，只知道他的分析表明它们发挥了重要作用。为了验证他的理论，亚达夫将其中两个基因插入了烟草中，烟草通常很容易受到盐的侵害。当在盐度约为海水三分之一的水中生长时，转基因植物的发芽更好，根和茎更长，并且比未改良的植物更大更茂盛。尽管它们没有发育出可见的盐泡，但植物体内有害分子（称为活性氧）的水平较低，这些分子会在盐胁迫下积累。亚达夫现在与巴拉克一起在以色列工作，他以前的研究小组正在古吉拉特邦研究耐盐棉花。“我认为还有很多基因有待发现，”他说。
布卢姆瓦尔德说，重要的是“要聪明，而不是愚蠢地乐观”。他在加州大学戴维斯分校的小组有十几个温室正在对数千种不同的转基因植物进行实验，从苜蓿和珍珠粟到花生和水稻。大多数是对成功的商业作物的改良，每个实验都试图复制自然的胁迫条件。大型风扇模拟不稳定的风，水以不规则的间隔或像暴风雨一样的脉冲输送，并施加盐和热。“我厌倦了把我们的植物带到田野里，看着它们死去，”他说。“让作物在海水中生长可行吗？我不这么认为。它们可能会生长，但它们的营养价值将非常小。但在稀释的海水或再生水中？肯定可以。”
自然的担忧
然而，基因改造 (GM) 在世界许多地方仍然存在争议。科特说：“我们永远无法完全确定植物中可能还会受到哪些影响，以及这是否对食品或环境安全有任何影响。”她更喜欢一种称为标记辅助选择的育种系统，该系统使用基因组工具来识别野生作物植物中的耐盐基因，然后将这些植物与驯化植物自然杂交，将该基因重新引入农场种植的植物中。
蒂莫西·罗素是孟加拉国国际水稻研究所的农艺师，他也持怀疑态度。“在我看来，转基因并没有什么大问题，但传统育种品种更容易推向市场，”他说。“我们认为我们可以使用传统技术获得相当不错的耐盐性。当没有真正必要时，为什么要走更复杂的方式呢？”
倡导者说，使用转基因的一个充分理由是它更快。育种、选择和再育种需要时间。耐盐转基因作物很可能在未来四年内击败传统育种植物上市。我品尝过的来自Arcadia Biosciences的耐盐水稻已经完成在印度的最后田间试验的一半，并正在那里进行监管审批。该植物在盐度为海水十分之一的水中，产量比今天的水稻高出 40%，雷预计后续品种的耐受性将再次提高一倍。“对于农民来说，更好的产量意味着他们赚钱，我们赚钱，我们减少了淡水资源的负担，”他说。
布卢姆瓦尔德认为这是一个小小的开始：“这是朝着正确方向迈出的一步。未来要养活数十亿人口，需要的不仅仅是这样一个成功，而是数十个或数百个。”