互动科普

人们对可可的需求量与日俱增，而可可产业也是许多非洲国家的经济命脉。但病虫害却给可可树种植带来前所未有的挑战。现在，研究人员正紧锣密鼓地对可可树进行研究，希望通过基因测序，挑选出优良的性状，让这种处于困境中的作物提高产量。

撰文 哈罗德·施米茨（Harold Schmitz） 霍华德－雅那·夏皮罗（Howard-Yana Shapiro）

翻译 赵瑾

生产可可并不只是为了满足人们的胃口：目前，热带地区种植可可树的农民约有500万至600万人，他们完全依赖出售可可豆，换取收入来养家糊口。可可加工厂的工人从橄榄球大小的豆荚中剥取可可种子（即可可豆），然后对它们进行发酵及烘焙，制造出可可酒、可可脂和可可粉。此外，还有4 000万至5 000万人的生计，依赖于可可糖果加工业。全世界40%的可可豆产自非洲的科特迪瓦，该国可可工业的产值占其国内生产总值的15%，而且该国5%的家庭在可可加工行业工作。

最近，国际热带农业中心（International Center for Tropical Agriculture）的彼得·纳德洛（Peter Läderach）研究了气候变化对科特迪瓦及加纳的可可农业的影响。“对于很多农民来说，可可树就像自动提款机一样。需要筹集学费或医药费时，他们就会摘一些豆荚去卖钱。因此，在当地的农村生活中，这些可可树扮演着至关重要的角色”。尼日利亚、喀麦隆、科特迪瓦和加纳，这4个非洲国家所生产的可可占了全球可可供应量的70% 。

然而，这种需要小心照顾的“巧克力树”（Theobroma cacao），目前处于生死存亡的关头。可可树是一种极易遭受虫害和真菌侵袭的树种。1988年，玛氏公司（Mars，Incorporated）在巴西巴伊亚（Bahia）可可种植区建立了可可科学中心（Center for Cocoa Science）。6年后，一种导致丛枝病（witches’ broom）的真菌开始侵袭该区域的可可树。我们亲眼看到可可减产80%，迫使世代种植可可树的农夫背井离乡，蜂拥到城镇讨生活的惨象。这种真菌在短短几年内，就让经过几个世纪积累起来的可可种植知识流失殆尽。目前，另一种叫做霜冻荚腐病（frosty pot rot）的真菌病正在拉丁美洲蔓延，直扑巴西而来。这种疾病将带来的损失可能比丛枝病还要严重。如果霜冻荚腐病不慎被引入西非（无论是不经意的，还是生物恐怖主义袭击），后果将不堪设想。

雪上加霜的是，许多农民，特别是非洲的农民，在获取优质种子、肥料、杀菌剂以及培训方面，还面临着重重困难。因此，农民的收成（以及由此带来的收入）只达到可可最高产量的1/3，甚至更少。即使没有任何灾害的影响，全球的可可产量也很难满足未来的需求：可可制造商估计，目前的可可产量约为370万吨；而他们预计在2020年前，可可的需求量将达到400万吨。

面对这些挑战，我们和巧克力行业的同行担心，如果我们不尽快对上述问题采取解决措施，可可种植业将一蹶不振。目前，研究人员正朝着这个目标，努力寻找可持续性提高可可产量的方法，比如由农民、企业、大学和政府机关（包括美国农业部）开展非传统式的合作。其中一个由玛氏公司发起的合作项目，已经完成了对可可基因组的测序，并试图由此找到新的途径，培育抗逆性（stress resistance）更强的树种。目前，我们虽然还不能确定这些努力是否能成功地提高可可产量，从而挽救可可种植业者的生计，满足全球对可可的需求，但我们还是可以由此看到一些希望的曙光。

可可树困局

尽管面对增产压力，但可可种植业者目前所面临的问题，部分是因为可可树不易种植。可可树最早生长于亚马孙北部地区，即现在的厄瓜多尔。原生种传到奥尔梅克人的墨西哥帝国之后，逐渐被驯化，并由此传给了玛雅人和阿兹特克人。葡萄牙和西班牙的水手又将可可树带到了非洲和亚洲的殖民地。现在，可可树只生长于赤道两侧、南北纬18度之间的狭长地带。可可树喜欢肥沃、透水性好的土壤，但在热带地区，具备上述条件的土壤通常很稀少。由于它需要炎热潮湿的生长环境，所以容易受到真菌、病毒和害虫的侵害。除了美洲大陆的丛枝病和霜冻荚腐病，可可树所面临的其他威胁还包括西非的可可枝肿病毒（cocoa-swollen shoot virus）以及东南亚的一种叫做可可豆荚螟（cocoa pod borer）的蛾子。这种蛾子造成的农作物损失每年可达6亿美元。

可可树自发的基因变异有限，不能有效地抵抗这些病虫害。玛氏公司的可可遗传学家胡安·卡洛斯·莫塔马约（Juan Carlos Motamayor）及其合作者通过对可可树进行基因寻踪（genetic tracing）发现，可可树主要有大约十个基因变异品系, 它们都属于一个物种。因此，尽管这些品系间的相似性有利于种植者杂交育种，但同时也意味着，它们的变异太少，不能对病虫害产生天然的抵抗力：如果一个品系的基因对某种侵害不具抵抗力，那么其他品系很可能也没有抵抗力。种植者常用他们自己的可可树种子来繁殖新的植株，这种当地的同系繁殖，使新种植的可可树更容易受害虫和真菌病的侵袭。

除了上述常见困难，可可树的种植环境似乎也越来越差。洪水、干旱和风暴之类的极端天气本来就令热带农业困难重重，而全球的气候变化则让极端天气日趋频繁，加重了病虫害，使供水中断。联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change）在2007年的报告中预测，到2020年，在非洲雨灌区（绝大部分非洲农田都位于该区内）的某些国家，可可产量可能会减少50% 。该报告还预测，到本世纪中叶，随着温度的升高，亚马孙河流域的淡水会减少。此外，据纳德洛对加纳和科特迪瓦气候变化的研究预测，理想的可可种植区域会逐渐向高海拔地区转移，以抵消温度升高带来的影响。在2011年9月发表的一篇报告中，纳德洛表示：“现在的问题是西非的地形相对较平，没有海拔较高的地区。”因此，全球的气候变化可能导致适合种植可可的区域大幅减少。与此同时，印度尼西亚的季风降雨更加猛烈，常将可可花从枝头打下，影响豆荚的形成。

贫穷使得上述挑战显得更加严峻。在科特迪瓦和加纳，不同民族的人口时常迁移，贫穷的邻国布基纳法索的人民也会向这两个国家移民，这不仅使富人与穷人之间的关系紧张，还使可可树的产权模糊不清。在这两个国家，对于是否种植可可树，农民们常会犹豫不决，因为这些可可树很可能无法传给孩子。而且，如果可可树的产量无法得到显著提高，很多农民也不愿继续种植。年轻人渐渐搬离可可种植区，使得当地农民的平均年龄增大，受教育程度下降。不幸的是，可以显著提高可可产量的肥料、杀菌剂和杀虫剂，在这些地区的使用率都很低，甚至根本没人使用，因为当地农民买不起，也不知道如何有效地使用肥料和药剂。即使他们负担得起这些费用，由于这些种植园位置偏僻，路况极差，政府和商家也很难为农户们提供这些产品和相关培训。

拯救巧克力

可可生产受到的威胁主要来自害虫、灾害、气候变化和贫穷。如果要在不破坏雨林，不增加种植面积的前提下提高产量，我们必须多管齐下，从上述各个方面着手，减少可可生产所面临的威胁。首先，必须要对荒废土地进行施肥、重整，在上面种植树木和灌木，控制水土流失。虽然全球可可的平均产量大约是450千克/公顷，但现代农业技术能让产量轻松地达到1500千克/公顷以上。对于很多发展中国家的可可种植业者来说，产量上升3倍，他们就能摆脱贫困线（1美元/天），过上较宽裕的生活（3美元/天）。

两年前，科学界在提高可可产量方面，采取了一项关键行动。来自玛氏公司、美国农业部农业研究服务机构（Agriculture Research Service，简称ARS）、IBM及其他研究机构的研究人员，对可可树马蒂纳1-6变种（Matina 1-6 variety）的基因组进行了测序分析。很多专家认为，全世界96%以上的可可树都源自这个品系。我们在互联网上公开了这些序列信息，供所有人免费使用。因为我们认为，目前无论哪个研究机构或组织都没有足够的实力，可以单独完成拯救可可树的育种工作。长期以来，遗传学家都把研究重点放在稻谷、玉米和小麦这类农作物上，大幅提高它们的产量，而可可树却一直没有得到足够的重视（我们发布测序结果后不久，由法国农业研究组织CIRAD 领导的另一个研究团队也公布了他们对可可树另一品系的测序结果）。

在发达国家的实验室里，对可可树进行的分子研究，必须与发展中国家的田间育种人员紧密联系，才能让研究结果发挥作用。因此在过去十年中，玛氏公司和ARS把西非、东南亚和拉丁美洲的育种人员组织起来，建立了一个联系网络。育种人员开始根据可可树基因组，在全世界的可可树品系中，寻找抗病、高产、能高效利用水分和养分，并能适应气候变化的品系。波多黎各一个名叫威尔伯特·菲利普斯－莫拉（Wilbert Phillips-Mora）的育种者，发现了一个可可树品种能抵抗霜冻荚腐病，他将该样本发送给了研究网络内的分子生物学家，以便利用基因组图谱，弄清楚这种抵抗能力是由哪些突变基因产生的。在此后的杂交育种中，育种人员就可以根据基因序列，快速地确定哪种品系具有该性状或其他有用性状。拉丁美洲的农民已经开始将这些具有抗性的植株枝干嫁接到他们的可可树上。

育种者以前就发现了对丛枝病具有抗性的可可树品种，但这些品种的可可豆品质不高。新一轮的育种有望通过精心杂交，使一个可可树品种同时具备多个优良性状（如既有抗病性，又能产生高品质可可豆）。此外，研究人员还发现了一种可可树对东南亚的可可维管条纹枯萎病（vascular-streak dieback disease）具有抵抗力，目前正在对该品种进行基因分析。可可树专家希望，最终培育出的可可树对其他真菌和害虫都有抗性，并能耐受气候变化所带来的高温及缺水环境，同时又保持可可豆的高品质。他们还想培育出植株较矮的可可树。在收割可可豆期间，农民要用小刀，将可可豆荚从长长的枝干末端割下。他们得非常小心，以免伤害到枝干上的豆荚生长位点。因此，在产量相同或更高的前提下，较矮的可可树植株更便于收割，可以减少收获可可豆荚所需的资源。

然而，即便是抗旱的矮植株可可树，也需要用水灌溉。归根结底，无论可可树品种多么优良，种植者仍必须想办法尽量灌溉更多的植株，而不是仅仅依赖不可靠的自然降雨。农民、科学家、相关机构和基金会正尝试采取不同的方法，来解决各个地区所面临的缺水问题。目前，巴西就采取了两种截然不同的措施。第一种措施是培训小型种植园主，发展混合型农业森林体系，即混合种植可可树与粮食作物、饲料作物（fodder tree）和木材树类。利用各种树木不同的根系结构，这种混合种植模式能改善整个种植体系的持水能力。第二种措施则采取与此相反的手段，在巴西巴伊亚高海拔地区建立大型种植园。由于高海拔地区不在常见病虫害的侵袭范围，同时又具备充足的阳光和养料丰富的灌溉水，因此有利于可可树发挥最大的生产潜力。越南的一部分种植者由于不可持续地利用地下水，使地下水水位不断下降，所以必须修建蓄水池，收集雨水来灌溉可可树。

就供水问题而言，每个可可种植区都面对着一系列挑战，当地的相关组织也开始逐步解决这个问题。2009年初，世界可可基金会（World Cocoa Foundation，简称WCF）启动了一个耗资4 000万美元的项目，帮助西非和中非国家的20万可可种植业者。该项目所需的资金由比尔及梅琳达·盖茨基金会（Bill & Melinda Gates Foundation）和另外16家公司提供。这个为期5年的可可生计项目（Cocoa Livelihood Program），旨在提高农民的知识水平和竞争力，提高可可树的产量和品质，鼓励农作物多样性，以及提高可可供应环节的效率。该项目是基于WCF田间学校（WCF field school）开展的。这是专为非洲的可可种植者开设的学校，已经取得很多成果。而这些学校的创办，又是效仿联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization）所开办的农民田间学校。学校的工作人员常常邀请当地的农民领导者来授课，教授内容除了涵盖病虫害管理、剪枝、收割等课题外，还涉及疟疾、艾滋病、农场安全、避免使用童工等方面。根据WCF主席比尔·盖顿（Bill Guyton）介绍，从这些学校毕业的学员，收入可增加23%～55%。

相比之下，东南亚的农民较容易获得种植可可树所需的培训，因为这类服务在当地较为普及。由于这些地区的豆荚螟对可可树破坏性极强，因此他们目前面临的最大难题，是开发综合性害虫防治技术。现在，这方面的工作还处于起步阶段，比如使用费洛蒙陷阱（pheromone-based traps）和黑蚂蚁（豆荚螟的天敌）来控制这种蛾子的数量。因为杀虫剂会破坏当地生物多样性，所以不能完全依赖杀虫剂来对付这种害虫。

让可可产量翻三番完全是可能的。高效的肥料、杀真菌剂和种植培训项目已经渐渐普及，科学家也开始培育各种抗性品种。然而，要想把所有这些资源送到偏远地区的贫困农民手中，改善他们的经济状况及其与外界的信息交流，并不是任何一个政府、联合国机构、公司或项目组可以单独完成的。要达到这个目标，独创性的、积极活跃的多方合作是必不可少的。虽然我们对于巧克力的未来持乐观态度，也相信巧克力工业会支撑起一个庞大的社会、文化和生态系统，但同时，我们也必须承认，要让可可成为一个真正可持续发展的农作物，将是一项巨大的挑战。