長期以來，基因工程的支持者們一直堅信，它將有助於滿足全球日益增長的糧食需求。然而，儘管已經培育出許多抗蟲害和抗除草劑的轉基因作物，科學家在促進農作物產量方面卻一直難有作為。如今，研究人員首次證明，通過改變一種促進植物生長的基因，他們終於可以放心地將玉米產量提高10%，而不用管生長條件是好是壞。

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“這太不可思議了。”並未參與該項研究的美國艾姆斯市愛荷華州立大學分子生物學家Kan Wang說。她表示，除了提高玉米產量外，新的轉基因技術還將激勵研究人員努力提高其他農作物的產量。

全世界種植最廣泛的轉基因作物（包括大豆、玉米和棉花）都是通過一些相對簡單的基因改良創造出來的。例如，通過將細菌的一個基因添加到特定的農作物品種中，科學家賦予了它們合成一種可以殺死多種昆蟲的蛋白質的能力。另一種簡單的基因操作結果可以使農作物抵抗草甘膦或其他除草劑，這樣做的一個好處是讓農民可以在不侵蝕土壤的前提下除掉雜草。還有一種操作可以在乾旱時保護農作物。但是，由於植物的生長過程涉及了許多複雜的遺傳因素，因此想要培育出在良好條件下能夠產出更多糧食的農作物，難度很大。

從2000年開始，世界各地的轉基因公司開始認真篩選能夠提高農作物產量的單個基因。然而只有少數經過鑑定的基因顯示出了希望，並且由於成功率低，許多公司已經減少或停止篩選與農作物產量有關的基因。

但是Corteva農業科學公司（一家位於特拉華州威明頓的化學和種子公司）的研究人員決定研究那些像總開關一樣影響農作物生長和產量的基因。

研究人員選擇了在許多植物中常見的一類名為MADS-box基因，然後在其中選擇了一種基因（zmm28）來改變玉米植株。研究調節發育的基因的挑戰在於確保它們在正確的時間和正確的組織類型中開啟了正確的數量。參與領導這項研究的Corteva農業科學公司的植物生理學家Jeff Habben說，如果基因過於活躍，“很容易把植物搞得一團糟”。

研究小組的目標是使zmm28與一個新的啟動子融合，後者是一段控制基因激活時間的脫氧核糖核酸。在嘗試了十幾次之後，他們找到了一種可靠的方法。

通常，當玉米開始開花時，zmm28就會啟動。而增加的啟動子能夠比自然發生更早地啟動zmm28，並且在開花後繼續促進基因的有益作用。

“如果你讓基因工作得更努力、更長久，你就能讓植物表現得更好。”Wang說。

研究人員在48種商用玉米中測試了增強基因的表現，這些玉米被稱為雜交玉米，通常用於飼養牲畜。在2014年至2017年的美國玉米種植區田間試驗中，研究人員發現，轉基因雜交作物的產量通常比對照組作物多3%至5%。

研究小組本週在美國《國家科學院院刊》上發表報告稱，有些玉米的產量增加了8%至10%。同時不管生長條件是好是壞，這種好處都是存在的。

“這是轉基因作物在田間環境中對產量發揮實際作用的最好例子之一。”英國哈彭登市洛桑研究所農作物科學家Matthew Paul說。

導致玉米增產的原因有幾個。首先，經過基因改造的植物的葉子要稍大一些，從而使植物將陽光轉化為糖分的能力提高了8%到9%。

“這種增長確實是一件大事。”Corteva農業科學公司植物生理學家Jingrui Wu說，因為通過基因工程很難改善光合作用。

同時這些植物在利用氮的效率方面也提高了16%到18%。氮是一種重要的土壤營養物質，由於復雜的遺傳因素，使其成為植物育種家難以控制的另一種特性。

比利時佛蘭德斯VIB研究所分子生物學家Dirk Inze說：“從商業角度來說，這看起來很有希望。”Corteva農業科學公司已經向美國農業部（USDA）申請批准新的高產雜交品種。(雖然zmm28及其啟動子在玉米中自然存在，但它們是使用被USDA監管的一種生物技術配對的。)

Habben估計，這項新技術大概需要6到10年的時間才能獲得世界各國的正式批准。Inze說，相關的調控基因很有可能提高其他穀物的產量。

玉米的大規模田間示範“強化了我們的信念，即如果我們處理得當，內在產量是可以提高的”。Wang說，“這確實會給人們帶來靈感。”