拯救印度的傳家寶水稻

1991年一個酷熱的夏日，我在印度西孟加拉邦南部花了數小時調查神聖樹林的生物多樣性後，來到拉古·穆爾穆的小屋休息。拉古是桑塔爾部落的一位年輕人，他讓我坐在巨大的芒果樹蔭下，他的女兒為我端來冷水和用米飯製成的糖果。當我津津有味地享用這些美食時，我注意到拉古懷孕的妻子正在喝一種淡紅色的液體。拉古解釋說，那是從煮熟的布特穆裡米飯中瀝出的澱粉——意思是“鬼頭”米飯，可能是因為它的深色稻殼。他說，它“可以恢復婦女在懷孕期間和產後缺少的血液”。我瞭解到，這種澱粉被認為可以治療婦女的圍產期貧血。拉古補充說，另一種名為帕拉邁-薩爾的稻米品種，意思是“長壽米”，可以促進兒童的健康成長。

正如我隨後證實的那樣，布特穆裡是南亞幾種富含鐵的本土稻米品種之一，它還含有某些B族維生素。而帕拉邁薩爾米富含抗氧化劑、微量營養素和不穩定的澱粉，這些澱粉可以迅速轉化為能量。然而，當時，這些不常見的稻米品種，以其富有感染力的名字和民間藥用價值，對我來說是新鮮事物。當我回到加爾各答的家後，我對印度稻米的遺傳多樣性進行了文獻調查，意識到我非常幸運能夠遇到拉古。像他這樣的種植本土稻米並欣賞其價值的農民，與這些品種本身一樣瀕臨滅絕。

在隨後的幾年裡，我逐漸熟悉了大量具有驚人用途和多樣特性的本土稻米品種（也稱為地方品種）。有些可以承受洪水、乾旱、鹽鹼或害蟲侵襲；另一些富含珍貴的維生素或礦物質；還有一些則具有誘人的顏色、味道或香氣，這使得它們在宗教儀式中扮演著特殊的角色。收集、再生和與農民分享這些極其稀有但有價值的品種已成為我畢生的使命。

關於支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。

失落的寶藏

亞洲栽培稻（Oryza sativa）是早期新石器時代人類通過幾個世紀對野生祖先物種的選擇和育種（查爾斯·達爾文稱之為“人工選擇”）而產生的。考古和遺傳證據表明，亞洲稻的秈稻亞種（印度次大陸幾乎所有栽培稻都屬於這一類）大約在7000至9000年前在喜馬拉雅山東麓種植。在隨後的數千年馴化和栽培過程中，傳統農民創造了大量的地方面種，這些地方面種完美地適應了不同的土壤、地形和微氣候，並滿足特定的文化、營養或藥用需求。

根據開創性的水稻科學家R. H. 裡查里亞的說法，直到20世紀70年代，印度田地裡種植了超過14萬個地方面種。如果我們排除同義詞（即在不同地區用不同名稱指代的同一品種），這個數字可以縮減到大約11萬個不同的品種。然而，正如我從文獻調查中瞭解到的那樣，自綠色革命以來，印度水稻的遺傳多樣性急劇下降。

在20世紀60年代後期，國際水稻研究所（IRRI）向印度政府提供了一些高產品種（HYV）水稻，當供應充足的水、肥料和農藥時，這些水稻可以提供大量的穀物。在國際發展機構的配合下，國際水稻研究所敦促用這些進口品種取代所有型別田地的本土品種。由於大力推廣，有時甚至強迫農民種植，新的水稻型別迅速取代了地方面種。

在20世紀70年代末和80年代初，國際水稻研究所的研究人員在西孟加拉邦列出了5556個地方面種，並收集了其中的3500個用於其基因庫。1994年，由於找不到該邦倖存品種的文獻記錄，我開始了自己獨自的調查。調查最終於2006年完成，結果顯示，90%有記錄的品種已從農民的田地中消失。事實上，印度各地田地裡可能存在的稻米地方面種不超過6000個。同樣，孟加拉國水稻研究所記錄了1979年至1981年間12479個品種的名稱，但我對最近一項研究的分析表明，整個國家仍在種植的地方面種不超過720個。

當我意識到次大陸生物多樣性遭受如此驚人的損失時，作為一名生物學家和一個有責任心的公民，我感到震驚。我想知道為什麼農業機構對該地區最重要的穀物的遺傳侵蝕漠不關心。畢竟，關鍵作物的遺傳多樣性喪失的可怕後果應該從1845-1849年愛爾蘭大饑荒中顯而易見。

愛爾蘭種植的大多數馬鈴薯都是單一品種，即愛爾蘭隆珀馬鈴薯，它對晚疫疫黴（引起馬鈴薯晚疫病的微生物）沒有內在的抵抗力。1846年，四分之三的收成因感染而損失，導致隨後幾年種薯短缺，並造成重大的人口影響：在饑荒期間，多達150萬人死於飢餓和疾病，在十多年的飢餓和匱乏中，約有130萬人從愛爾蘭移民到北美和澳大利亞。對於農業學家來說，最難忘的教訓是，缺乏多種作物會使該植物容易受到病蟲害的侵擾：單一栽培對長期糧食安全是災難性的。在綠色革命之後，稻水象甲和褐飛蝨等昆蟲以前從未構成重大問題，卻摧毀了幾個亞洲國家的水稻作物。

廣闊的單一栽培為某些害蟲提供了盛宴。農民可能會試圖透過大量施用農藥來消滅它們——最終殺死這些害蟲的天敵。淨效應是增強害蟲的多樣性和豐度，從而推動農藥磨輪。作物物種的遺傳統一性——特別是為高產這一單一特性而選擇的綠色革命品種——也意味著植物缺乏使其能夠抵禦惡劣天氣（如雨水不足或遲到、季節性洪水或淹沒沿海農場的海水風暴潮）的天賦。它們的脆弱性使可能沒有錢購買水泵來灌溉田地的貧困農民更容易受到環境波動的影響。

地方面種的喪失進一步導致與其種植相關的知識體系的衰落。例如，傳統農民可以透過觀察開花時間；基葉鞘的顏色；旗葉的角度；穗的長度；以及穀粒的大小、顏色和形狀來區分品種[見下圖]。使用這些和其他特徵，他們消除了所有非典型或“異型”植物，以保持地方面種的遺傳純度。然而，如今，絕大多數南亞農民依賴外部種子供應，這消除了保持自產種子純度的需要。噹噹地品種不再可用時，與該品種的農藝和文化用途相關的知識就會從社群的記憶中消失。利用生物多樣性控制病蟲害的千年策略已被農藥經銷商的建議所取代——損害了土壤和水質、生物多樣性和人類健康。

綠色革命以及更廣泛的農業現代化也產生了嚴重的社會和經濟影響。種子、肥料、農藥和灌溉泵燃料等投入成本的上升要求農民借錢，通常是從私人放貸人那裡借錢。債務，加上收穫作物價格的下跌，導致小農場被迫賤賣，並在印度引發了農民自殺的流行病。相比之下，在與部落農民合作數十年，他們在貧瘠的農場上仍然種植當地的稻米和小米品種的過程中，我沒有遇到過一起與農場相關的自殺事件。

1996年，我帶著收藏的152個地方面種，找到了西孟加拉邦農業局稻米研究所，那裡本應儲存所有傳家寶水稻種質資源。它不僅拒絕接受和維護我收集的種子，而且所長還斥責我追求復興被遺忘的地方面種的“不科學和倒退”的目標。他說，堅持種植它們意味著“回到穴居人時代”，並使農民註定要低生產力和終身貧困。當我辯稱，如果沒有灌溉，高產品種都無法在旱地農場、深水農場或沿海鹽鹼農場上生存時，他向我保證，現代轉基因技術很快就會為那些貧瘠農場培育出最好的品種，所以我應該把這件事交給農業科學專家。

活的種子

我接受過生態學家培訓，專攻生態系統結構和功能，當時我在世界自然基金會-印度的東部區域辦事處工作。那時，它和其他保護組織通常試圖保護大型、有魅力的動物，如老虎，但由於栽培作物不是“野生動物”，因此沒有關注它們的保護。研究機構也不感興趣，因為地方面種作物品種的保護不會獲得資金支援。

我唯一的選擇是單幹。1996年，我辭去了工作，在西孟加拉邦的一個村莊定居，建立了一個民間水稻種子庫和農民交換中心。1997年，我將其命名為Vrihi，梵語意為“直播稻”。在早期，我用自己的積蓄和總部位於新德里的非政府組織Navdanya的大力支援，從全國各地收集稀有種子，並免費分發給有需要的農民。然而，自2000年以來，朋友和支持者的捐款構成了我們資金的大部分。

1999年，當我在孟加拉邦北部為該邦林業部門調查生物多樣性時，我藉此機會探索了該地區的田地。有一天，在乘坐公共汽車和步行六小時到達一個名為拉塔古裡的偏遠村莊後，我收集到了一種極度瀕危的水稻品種，名為阿格尼-薩爾。（我將極度瀕危品種定義為僅在一個農場種植的品種。）穀粒呈火紅色——因此得名阿格尼，意思是“火”——它的莖稈足夠堅固，可以抵禦風暴。下一個季節，我把種子給了一位正在尋找適合在高地農場（那裡經常刮強風）上生長的水稻的農民。第二年，他帶著感激的笑容回來了，因為儘管一場颶風摧毀了所有鄰近的農場，但他從這種水稻中獲得了豐收。然而，再過一年，該地區農業部門的一名官員說服他用高產品種取代阿格尼-薩爾。結果，阿格尼-薩爾從我們的收藏中消失了。我趕緊趕到拉塔古裡，想從最初的捐贈農民那裡再買一個樣本，卻得知他已於前一年去世，他的兒子已經放棄了種植那種水稻。因此，據我所知，阿格尼-薩爾從世界上滅絕了。

大約在這個時候發生的另一起事件讓我相信，我需要做的不僅僅是收集和分發種子。印度的傳統低地農民過去種植兩種耐洪澇水稻。一種可以在水位上升的同時長得越來越高。這種水下“莖伸長”特性受位於12號染色體上的SNORKEL 1和SNORKEL 2基因控制，在拉克希米·迪加爾、賈布拉、潘塔拉和拉尼·卡賈爾等傳統品種中可以看到。第二種耐洪澇地方面種可以承受長時間浸沒在洪水中。控制淹沒耐受性的基因之一是SUB1，在幾個孟加拉地方面種中發現。

1999年6月，西孟加拉邦南部一個地區遭受了山洪暴發。所有水稻作物都枯死了。當時，我的收藏中沒有可以耐淹沒的品種，但我知道國際水稻研究所和新德里的國家植物遺傳資源局擁有幾十個。我寫信給這兩個機構，請求他們寄給我10到20克這些種子，以拯救受困的農民。我沒有收到任何一家基因庫的回覆。如果一個受過良好教育的人，用歐洲語言在印有他的學位和隸屬關係的信箋上寫信，都無法得到國家和國際基因庫的任何回應，那麼我們可以想象，肯亞或孟加拉國的貧困農民從他們那裡收到種子樣本的可能性有多大。據我所知，任何國家的農民都從未從這些高高在上的異地基因庫中收到過任何種子——即使他們的收藏是建立在傳統農民貢獻的基礎上的。

相比之下，基因庫確實將其收藏提供給種子公司用於雜交計劃和專利。國際糧食政策研究所的一項估計表明，到1996年，美國約四分之三的水稻田都播種了國際水稻研究所收藏的後代材料。1997年，美國專利商標局授予了有史以來最廣泛的本土水稻專利，德克薩斯州公司RiceTec獲得了巴斯馬蒂雜交品種的專利，其親本起源於南亞，並從國際水稻研究所的收藏中獲得。國際水稻研究所本應為其託管世界農民的收藏，但它自己在2014年為在印尼地方面種達林安中發現的一種名為SPIKE的增產水稻基因申請了國際專利。（《糧食和農業植物遺傳資源國際條約》的管理機構已審查了這項有爭議的申請的合法性，但尚未宣佈其決定。）

異地種子庫不僅在物理和社會上與農民疏遠，而且它們的種子也因長期隔離而受到限制。水稻種子經過乾燥並儲存在–20攝氏度下，這可以使它們保持活力長達35年。它們被凍結在時間裡，與外界不斷進化的生命形式隔絕。當在35年後種植出來時，它們將失去對特定病原體的任何內在抵抗力，而病原體在此期間將進化成更新的菌株。相比之下，農民的原地種子庫必然是低預算的，因此他們每年都必須播種所有種子——否則大多數水稻將無法發芽。由於這種必然性，農場儲存的種子繼續與各種病原體和害蟲共同進化。

在經歷了一系列這樣的經驗和觀察之後，我決定建立自己的保護農場，以維持每個地方面種的小種群，以便即使被大多數農民遺棄，它也能生存下來。我用我在加州大學伯克利分校做博士後研究員期間的積蓄，於2001年創立了巴蘇達農場。Vrihi現在是南亞最大的開放獲取水稻基因庫，其1420個品種每年都在奧里薩邦南部一個部落村莊的巴蘇達農場種植。在我們收藏的品種中，有182個品種已從印度的田地中滅絕。

由於我們可支配的土地不到0.7公頃，我們必須在僅四平方米的土地上種植每個品種的64株植物。（維持特定地方面種的所有遺傳稟賦所需的最低植物數量約為50株。）由於我們無法遵守國際上建議的每個地方面種周圍至少110米的隔離距離，因此防止相鄰品種之間的異花授粉是一個挑戰。我設法克服了這一限制，方法是將不同的品種種植在一起，使每個品種都被其他開花日期不同的品種所包圍。此外，我們按照國際生物多樣性組織的指導方針，透過觀察56種不同的特徵，在不同的生命階段消除每個種群中的異型植物。在此步驟之後，收穫的所有種子都被認為是100%遺傳純淨的，除非存在一些未檢測到的突變。

在巴蘇達農場，所有水稻地方面種都按照“零外部投入”的農業生態原則種植——不使用農用化學品、不抽取地下水、不使用化石燃料。養分供應來自樹葉和秸稈覆蓋物、豆科覆蓋作物（其根部富含固氮微生物）、堆肥綠肥和動物糞便、生物炭和土壤微生物。我們透過種植“雜草”草和灌木來控制害蟲，這些草和灌木為蜘蛛、螞蟻和爬行動物等捕食者以及寄生蟲提供棲息地。另一種策略是維持水坑作為水生昆蟲和青蛙的繁殖棲息地，它們也捕食作物害蟲。我們偶爾也會使用草本驅蟲劑，如菸草、大蒜和圖爾西（Ocimum sanctum；也稱為聖羅勒）。作物病害在巴蘇達從來都不是問題：品種和物種多樣性已被反覆證明是保護作物免受病原體侵害的最佳策略。

我們將一些收穫的種子儲存在土罐中，土罐可以保護它們免受昆蟲和齧齒動物的侵害，同時讓它們“呼吸”，以備來年播種。其餘的我們分發給農民，以換取少量其他民間品種的種子，我們種植這些種子並捐贈給農民。這個系統有意識地試圖恢復所有農業社群古老的種子交換做法，這種做法曾經幫助所有作物品種傳播到各大洲。

我的同事和我已經在印度的不同地區幫助建立了20多個其他種子庫，以便當地農民可以獲得他們需要的品種，而無需前往Vrihi。我們還在農民之間推廣種子交換網路。這些銀行和網路已使印度五個邦的7800多名農民受益。此外，我們記錄每個品種的特徵和特性，並在農民名下注冊地方面種，以防止任何人對其進行生物剽竊專利。透過這些方法，我們力求恢復農民對種子的主權——這對他們的長期財務和營養安全至關重要。

豐饒

在經歷乾旱或季節性洪水的脆弱農場中，傳統地方面種是為貧困農民提供糧食安全的唯一可靠手段。在種植民間水稻品種22年後，我確信，在乾旱條件下，克拉斯、朗吉、加達巴、卡亞和維爾奇等地方面種將比任何現代高產品種提供更高的產量。拉克希米·迪加爾、拉尼·卡賈爾和賈布拉可以在洪水上漲時伸長莖稈，使其種子穗保持在水面以上，深度可達四米。馬特拉、格圖、塔爾穆古爾和卡盧倫代可以在鹽鹼土壤上生長，並在海水入侵中存活下來。這些地方面種是穩定的種質系，具有賦予廣泛適應性可塑性的一組基因。

此外，在雨養農場的最佳土壤條件下，相當數量的民間水稻品種，如巴胡魯皮、布拉尼、喀拉拉邦森達裡和納格拉，可以超過現代高產品種的產量。一組產量相對較高、極其稀有的品種包括雙粒和三粒水稻；這些可能是從水稻花結構基因中罕見突變的選擇中產生的。巴蘇達似乎是最後一個三粒水稻地方面種薩廷的儲存庫。

一些地方面種還具有抗病蟲害能力。卡洛·努尼亞、卡拉納馬克、卡蒂克-薩爾和圖爾西·曼賈裡具有抗稻瘟病能力。比什努博格和拉尼·卡賈爾具有抗細菌性枯萎病能力。卡塔裡博格對東格魯病毒具有中等抗性。古爾-尼泰、賈舒亞和沙蒂亞似乎可以抵抗螟蟲侵襲，而很少觀察到庫迪·卡薩、洛哈·戈拉、馬拉巴蒂、薩達·德帕和辛杜爾·穆基品種受到莖螟蟲侵襲。過去25年左右，從Vrihi分發的這些種子減少了數千個農田因病蟲害侵襲造成的作物損失。

現代水稻育種主要側重於提高穀物產量，但許多民間水稻品種含有現代品種中不存在的各種微量營養素。我們最近的研究確定，至少有80個民間品種每公斤大米含有超過20毫克的鐵，其中哈林·卡吉利、杜德·博爾塔和朱利米的鐵含量最高，範圍為每公斤131至140毫克。將這個範圍與國際水稻研究所花費巨資開發的轉基因鐵強化水稻IR68144-2B-2-2-3的每公斤9.8毫克鐵含量進行比較。

某些地方面種可能具有藥用價值。印度傳統醫學阿育吠陀建議使用喀拉拉邦的尼亞瓦拉米來幫助治療一類神經系統疾病。我和我的同事正在研究它的化學成分，也希望研究它在這種用途中的功效。另一種藥用稻米加里布-薩爾來自西孟加拉邦，傳統醫學將其處方用於治療胃腸道感染。在2017年發表在《ACS可持續化學與工程》上的一篇論文中，我的合作者和我記錄了加里布-薩爾穀物中銀的生物富集程度達到百萬分之15。根據2017年發表在《化學快報》上的一項研究，銀奈米粒子可以殺死病原菌，因此這種水稻可能有助於對抗人類腸道病原體。大量此類藥用稻米品種等待實驗室和臨床試驗。

美學是本土農民珍視的又一價值，他們種植某些地方面種僅僅是因為它們美麗的顏色或圖案：黃色稻殼上的金色、棕色、紫色和黑色條紋、紫色尖端、黑色芒刺等等。印度東部的許多人以莫伊納通迪和拉米加利米中無性外稃的翼狀延伸的美麗而自豪。芳香品種與所有水稻種植文化中的宗教儀式和文化節日有關。當這些型別的水稻從田地中消失時，許多烹飪美食不復存在，相關的儀式也失去了其文化和象徵意義。巴蘇達收藏的195種芳香稻米地方面種已幫助復興了許多轉瞬即逝的當地飲食文化和傳統儀式。

生態相互作用的複雜性導致了另一組水稻品種的出現。西孟加拉邦和賈坎德邦的小農戶更喜歡芒刺長而堅固的品種（稻殼末端的刺狀突起），這可以阻止牛和山羊的啃食。本土農民也更喜歡旗葉直立的地方面種，因為食谷鳥無法棲息在上面。

有趣的是，奧里薩邦的一些農民在他們的農場上種植芒刺和無芒刺品種的組合，而不管是否有任何直接的好處。其他沒有明顯用途的稀有品種具有紫色的莖和葉。事實上，南亞傳統似乎認為生物多樣性，無論是在遺傳水平還是物種水平上，對農業都至關重要，以至於它被載入某些宗教儀式中。例如，一些栽培稻的野生近緣種，如野稻（Oryza rufipogon）和烏里稻（Hygroryza asiatica），與當地印度教儀式有關，並在西孟加拉邦及其鄰近邦賈坎德邦的許多農場中得到維護。這些野生基因庫正變得越來越重要，成為不尋常性狀的來源，可以根據需要將其納入現有品種中。此外，稻田中的某些樹木，如印度楝樹（Azadirachta indica），其葉子可用作天然農藥，以及貓頭鷹等捕食者的存在被認為是吉祥的。

拯救農民

鑑於現代農業研究未能為貧瘠農民提供任何可靠的水稻種質系，大量民間水稻品種及其對不利條件的微調適應是我們最好的選擇。由於確信地方面種具有卓越的產量穩定性，奧里薩邦、安得拉邦、西孟加拉邦、卡納塔克邦、喀拉拉邦和馬哈拉施特拉邦的2000多名農民採用了來自Vrihi的幾種民間水稻品種，並放棄了高產品種的種植。

2009年5月，當颶風艾拉襲擊西孟加拉邦和孟加拉國的孫德爾本斯海岸時，造成近350人死亡，摧毀了100多萬人的家園。風暴潮淹沒了田地，使田地鹽鹼化——這意味著除了眼前的破壞之外，該地區的糧食安全很可能遭受長期損害。我們在孫德爾本斯島嶼村莊的一些農民中分發了少量來自Vrihi種子庫的傳統耐鹽鹼地方面種，如拉爾·格圖、諾納·博克拉和塔爾穆古爾的種子。這些是唯一在那個災難性的季節在鹽鹼化農場上產生大量穀物的水稻品種。同樣，1999年，賈布拉、拉尼·卡賈爾和拉克希米·迪加爾等幾種民間品種確保了胡格利河山洪暴發後孟加拉邦南部農民的水稻生產。2010年，布特穆裡、卡洛·戈拉、克拉斯和朗吉在季風雨延遲到來導致嚴重乾旱時，拯救了普魯利亞西部地區的許多本土農民。

這些災難一次又一次地證明，水稻種植的長期可持續性關鍵取決於恢復基於生物多樣性和充分利用在工業化農業衝擊下倖存下來的作物品種多樣性的傳統耕作方式。