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可持续发展的可可种植

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从零食糖块到美味的冰淇淋,巧克力无疑已经成为人类钟爱的食品。但是,这种诱人的美味在到达您的味蕾之前经历了很长一个过程。它首先从单个易碎的可可豆—巧克力的主要成份—开始,需要近五年才能成长为可结果的可可树。在这个过程中,全球 650万可可种植者由于干旱、疾病和病虫害,会损失近三分之一的产量。

改变世界

旧问题的新方法

在这部视频中,世界领先的巧克力公司之一—— Mars 公司植物科学与研究部全球主管 Howard Yana-Shapiro 以 1:00 的比例,介绍了公司与 IBM 研究院和 USDA 农业研究服务中心对完整的可可基因进行排序和分析的工作。这项工作的目的是研制出更健康、更强壮、产量更高的可可品种,而且该品种能够抵御病虫害和干旱,并且使农民能够维持生计。

世界的营养稻米

IBM 采用全球网格大同盟的计算能力开展了一个项目,以分析和预测主要稻米品种的蛋白质结构。这项工作的意图是帮助农民培育产量更高的更好稻米品种,更好地抵御疾病和病虫害,并且采用全面的生物营养素使全球各地人获益,尤其是在饥饿已经成为关键问题的地区。

这是不是生命中不幸的事实?科学表明:不会那么快。2008年, IBM 与美国农业部农业研究服务中心 (USDA-ARS) 和世界上最大的巧克力产品制造商 Mars 公司合作,确定了卡卡基因的序列,旨在帮助可靠种植者培育出更健康、抗病能力更强且更高产的可可树。

玛雅人在近 3000年前最早中美洲种植可可,但目前全球大约 70% 的可可都产自赤道附近的非洲。仅西非就有超过 2,000,000个小型农场。这些农场的大部分都是家族式管理,面积不超过五英亩。贸易中的供应商一般来自大量对土地有深入了解的农民。但是,较小的面积使农民和他们的家人容易受到环境问题的影响,大大影响农民的可可产量—并因此影响他们的生存。

目前,由于干旱、病虫害和霉菌疾病,非洲大约损失三分之一的可可产量。这相当于每年损失 700,000,000至 800,000,000美元。由于面临着这样的情况,农民必须更辛苦地劳作,并且将有限的适耕土地更多地种植可可,这样才能赚钱。

Mars — Snickers®、M&M'S® 和其它常见巧克力品牌的制造商—在可可种植区已经开展了三十年的研究。公司看到了可持续的可可生产的潜在经济、环境和社会效益,并且开始与 USDA-ARS 合作,共同应对面临的问题。一个由研究科学家组成的小组来到非洲,与当地的可可种植者共同研究。除了环境问题外,农民并不了解最新的种植技术。这里没有肥沃的土壤,而且农民也没有能力购买肥料。作物产量的持续下降也意味着消费价格更高,最终使市场对巧克力的需求减少,而这直接影响到农民的生活。

很快,问题的核心就显而易见了。Mars 研究人员需要探索可可的基因。如果他们能够提取不同种类的可可树的最佳基因,并组合成具有更强抗病能力和更高产的作物,这样就可以帮助提高产量。他们必须确定可可基因的序列。这个过程需要深入了解基因流程,并需要大量的计算能力。尽管 Mars 无疑对可可和巧克力具有深入的了解,而且 USDA 在作物种植方面拥有丰富的经验,但小组还需要高度专业的技术知识来完成这项事业。他们在 IMB 的计算生物实验室找到了答案,因为该实验室为解决这些问题提供了所需的计算能力和分析知识。

从 2008年开始,Mars、USDA 和 IBM 共同合作,旨在确定可可基因的序列,从而识别并隔离与所需要的遗传特质相关的特定基因变体。一个基因序列可能使可可树有能力应对干旱,而另一种变体则有助于抵抗病虫害。一种序列可能使可可口感更醇厚,而另一种可能有助于提高产量。

因此,完成可可基因序列绘制将为 Mars 公司的科学家提供工具,使他们能够消除传统的杂交培植方法的试验过程,从而更快地培育出更好的作物。 IBM 计算生物中心主管 Ajay Royyuru 说:“我们不必等到整个作物生长周期完成之后即可确定是否选择了正确的作物。”Mars 公司植物科学与研究部全球主管 Howard-Yana Shapiro 估计,新的基因信息将把种植时间从五到七年缩短到 18个月。

缩短种植时间并不仅仅是植物学家的梦想,也不仅仅节约可可厂商的成本。更强壮、更高产的可可品种对于向全世界市场供应高质量可可的数百万农民的生活最为重要。但是,小组也需要在极短的时间内满足全球对巧克力的需求。Shapiro 指出:“Cote d’Ivoire 是世界上最大的可可生产商。Mars 从该公司购买可可已有 60年时间。... 在 10年内,消费量增加了 2%,我们需要(相应地)另一个 Cote d’Ivoire 来满足需求。”简言之,没有更多的地方种植可可;没有更多土地和天气条件都适合可可种植的适耕土地。巧克力行业必须在更少的土地上获得更高的产量。目前,由于干旱和疾病而造成的三分之一的产量损失需要很长时间才能补上。

最初签署的五年期合同已经提前三年完成—原因是 IBM 开发的智慧的分析系统提供了巨大的帮助。2010年 9月 15日,Mars 通过致力于在人道主义和小规模商用领域支持农业创新的机构——公共部门农业知识产权资源 (Public Intellectual Property Resource for Agriculture) 向公众发布了初步研究结果。最初版本占可可基因的 92%,共有大约 35,000个基因,现在可供其他研究人员、农学家、政府机构或者希望增加可可产量的公司使用。

工作还远未结束。基因的发现为了解可可树奠定了基础。生物信息学家和计算生物学家正在努力研究下一级数据 (RNA),而生物学家和植物学家已经开始着手建造温室,通过培育而研制、测验和改进基因变体。他们正在种植杂交植物,以及杂交后代的杂交,以选择能够适应温室外的严酷环境的适当变体。

在 IBM 的帮助下,可可基因序列的确定将改变可可种植的未来—这样,美味的巧克力可成为世界上更具持续发展能力的产品,供我们的后代享用。

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