
健全的生態系,是多樣性最高、更新功能最為完善的─「上帝的糧倉」,生態系這一整張龐大的食物網,擁有豐富多樣的生產者、消費者、分解者群落,它們相生相輔,並隨著全球各地環境條件的不同,不斷的演化、更新與適應。讓生物得到彼此的供應與滋養。「上帝的糧倉」或許非專為人類所設置,但人類恰能從中獲益。我們稱之為生態系服務。就讓我們以糧食為引,經由作物基因多樣性的探討,來了解從「上帝的糧倉」到「人類的穀倉」的過程中,人類如何尋求確保未來生存所需的方法。

生態系的服務
人類從生態系當中到底獲得多少益處,或許你我都未曾仔細思考過!
這些效益稱之生態系服務(ecosystem service)。生態系之所以能使人類獲益,關鍵正是「生物多樣性」。其是指地球上各種形式的生命,包括生物體內的基因(genetic diversity)、各類物種(species diversity)及生態系(ecosystem diversity)等三個層次。這些不同的生命形式,有的提供人類衣食住行、醫藥研究、教育研究、工業發展的原料,有的提供空氣淨化、水源涵養、氣候調節等等重要的服務。
生物多樣性與農業之間的關聯,則是既悠久而密切。從自然野地中狩獵、採集糧食,一直到進入農業社會後,我們每日的飲食就幾乎離不開農耕了,而最早的作物,便是從自然界的野生種馴化而來。這是人類善用生態系供給服務,並從基因多樣性中獲得的效益。農業發展許多是來自於生態系統服務的知識,包括以微生物群落維持土壤健康、善用昆蟲等動物及其他自然力協助授粉等等。在人類科技精進的前提下,也讓「人類的穀倉」豐富且盈滿。
但現在「人類的穀倉」可能危機四伏。因為人類對於生態不當的對待,全球環境變遷與極端氣候頻仍,加上過度追求經濟規模及大量生產,對於作物基因多樣性保存工作的輕忽,導致糧食生產面臨許多問題。為了確保人類生存的未來,許多重要的行動就此展開。


打造種子諾亞方舟
千百年來,在年復一年的農耕之中,農民及育種專家藉由長期觀察,發現有些品種較早熟,有些較晚熟,有些可以耐 旱或耐澇,或是可以抗蟲、抗病等。這些作物基因多樣性,經過農民篩選後,栽培出適合各地特殊環境,或是在產量 、口感、抗病等有優秀表現的品種。而就在這樣選種自用的過程中,許多地區都孕育出可適應當地環境的作物地方品 種(landraces)。
1950年代開啟的綠色革命揭開了隨著「農業現代化」的序幕,農民接受並開始大規模種植少數高產量的品種。透過育 種,擁有特殊抗病力、產量高、適應當前氣候、生長期短等優點的作物品種。雖然削減了人口快速增長所帶來的糧食 壓力,但單一品種的種植也導致作物基因多樣性急劇消失,對人類未來長期的糧食安全產生威脅。因為在全球變遷的 情況下,極端氣候頻增,風災、旱災、澇災等天然災害頻仍,一旦環境大規模的改變,現今所種植的作物如果無法適 應生長,人類馬上就得面臨糧食匱乏的困境。
其中為了確保人類的未來,推動種原保存被視為未雨綢繆的重要策略。將種子嚴密妥善保存,是最直接的思考方式之 一。位於挪威斯瓦爾巴群島上的全球種原庫(Svalbard Global Seed Vault ),是目前全球規模最大的種原保存機構,由 「全球作物多樣性信託基金會」(Global Crop Diversity Trust)與挪威政府共同合作成立,並與世界各國簽署全球種原 庫備份保存計畫協定,蒐集並保存這些簽署國的作物種子,臺灣也參與了這項國際作物種原保存計畫,將位於臺中霧 峰的農業試驗所國家作物種原中心所保存的種原送往挪威全球種原庫備份保存。全球種原庫成立的之目的,是保存世 界各地重要糧食作物的基因多樣性,當氣候變遷、天災、甚至戰爭等大規模災難發生時,將可能成為人類糧食作物的 諾亞方舟。
位於敘利亞的國際乾旱地區農業研究中心(ICARDA),原專門保存適合在乾旱地區生長之小麥、大麥和青草等作物 的種原,卻因敘利亞內亂動盪、戰事頻頻而嚴重受損。為持續進行糧食研究及確保糧食供應,2015年該研究中心向位 於挪威斯瓦爾巴群島上的全球種原庫申請提取種子,這是這座種原庫自2008年成立以來,第一次送出種子,為全球種 原庫發揮功能的重要紀錄。

方舟之外
分散世界各地人造的諾亞方舟「種原庫」,儘管已盡力在末日來臨前蒐集種原資源;但這一艘艘諾亞方舟,是否真能 確保人類的未來,卻尚有許多未定之數。目前「種原庫」多採用低溫冷藏的概念,延長種子的壽命,使其保有發芽的 活性。事實上「種原庫」運作必須克服許多外在的變數,例如:確保溫控能源供給不中斷,同時防範蟲害與鼠害、火 災與水災等。但最根本的問題在於,各類種子壽命長短不一,長期儲存終將有失去發芽活性,若不能定期更新儲存, 就不能確保種原保存的目標。因此,有生物學家提出,種原庫這類的異地保育(ex-situ conservation)絕非種原保存的 萬全之策。唯有就地保育(in-situ conservation)讓作物能在原生長適應的土地上持續世代交替才能保存活路。
就以臺灣的原生稻─鬼稻(Oryza rufipogon)為例,來談談就地保育的意義。鬼稻也稱紅鬚稻,是我們現在食用米的 野生近緣種(CWR, crop wild relatives),因為結穗多「空包彈」(不稔實),且結穗一周內幾乎全掉光;與栽培種雜 交後,會導致栽培種產生空心稻榖,因此不見容於經濟生產栽培的田區裡。但只在野地中藉由世代的交替,憑藉上帝 設計的遺傳機制,藉由突變、染色體變化、天然雜交等,持續演化並累積出高遺傳歧異度,讓每個種群、個體都各自 擁有那一點點「不同」,也許是多了一點對抗不同疾病的能力、或許是適應不同生長溫度的本事,讓族群能隨時因應 自然界的各種挑戰。當天下太平時,這些平安生存下來的種群、個體間的「不同」或許顯現不出它們的重要性;但當 環境劇變時,那些「不同」中若具備著適應新環境的本事,那麼就能夠帶領種群殺出重圍。而這些形形色色的基因組 合,也會是人類在面對環境劇變時,獲得一線生機的機會。
鬼稻曾經在日治時期,因為日本政府為了避免它與栽培稻雜交,而遭到政策性剷除,讓野生鬼稻數量大為減少。加上 近代未墾荒地大量開發,鬼稻在野外僅剩零星分布。幸虧當日本政府大力消滅鬼稻的同時,日本學者瞭解鬼稻的研究 價值,留存許多珍貴稻種,二次大戰後的農試所,也留有種子;後來臺灣大學農藝系因研究所需,特地從農試所進行 引種培育,終於在臺大實驗田中穩定存活,之後更在桃園八德埤塘公園中復育成功。



共同維護作物基因多樣性的夥伴關係
墨西哥馬薩特蘭山脈保護區(Sierra de Manantlan),位於距離太平洋約50公里的內陸,海拔約400公尺到2,860公尺,林 相橫跨熱帶與溫帶,森林中則分布著農耕區。它是作物基因多樣性就地保育的著名案例,因為它的誕生正是為了保護 玉米野生近緣種。
1970年代末期,科學家在這個區域找到了一種多年生的大芻草(Zea diploperennis),是玉米野生近緣種。其特性是很 容易與一般常見玉米雜交,更重要的是,它是玉蜀黍屬中唯一對玉米病毒免疫的種類。為了保護這種作物野生近緣種 ,促成了保護區的成立,也是世界第一個為了保護作物野生近緣種而成立的保護區。並在1988年成為聯合國科教文組 織(UNESCO) 人與生物圈計畫(Man and the Biosphere Programme)中的生物圈保護區(Biosphere Reserve)。
雖然只有3.75平方公里的區域內有大芻草的紀錄,保護區總面積卻高達1,396平方公里。因為這裡不只保護大芻草這個 目標物種,同時保留了大芻草生長環境中的特殊動、植物相,以及當地傳統農業活動和其他人為選育的玉蜀黍地方品 種。後來更在這個保護區中發現豆類的野生近緣種,其他長期性的作物基因多樣性研究也在此展開。並以自然資源永 續利用為目標,運用土地利用經營管理策略,進行這些作物野生近緣種的就地保育工作。
根據研究資料,作物野生近緣種會留存在這個區域,最大的可能是因為這裡的農耕方式,還維持著傳統的刀耕火種( slash-burn cultivation)以及牛隻放牧的形式,妥善運用小面積規模的方式進行農業,並尊重自然「野化」的力量。而這 樣的農耕方式留存在居民的傳統知識之中,他們明白這個地區中作物品系的豐富多樣性,同時更珍惜周圍自然環境中 的生物多樣性。因此當他們賴農耕以維生時,也小心翼翼地同時維繫兩者無可取代的獨特價值。而農耕的活動並不是 封閉的,當地農民會不斷透過與週邊地區交換種子進行育種改良,讓作物地方品種的基因組合不斷更新。
這種動態的作物基因多樣性保育過程中,人為選種與栽種的自由度,以及傳統農業運作的方式,它們的價值應該被看 見,並且在保護區的運作中納入妥善的規劃。為了保存這些作物的基因多樣性,傳統的農業活動、傳統知識生活文化 也需要一併保存。


傳統糧食作物的新價值
在臺灣,傳統作物品種也因為社會及環境變遷而逐漸消失。但近年來,這些傳統的糧食作物重新受到重視,原生的作 物地方品種陸續進行復耕的努力。包括日治時期因引入日本稻,而成為臺灣蓬萊米故鄉的陽明山竹子湖,雖然現今作 物以經濟價值較高的海芋為主,但經由地方居民以及有志之士的努力,小規模復耕領航臺灣蓬萊米發展歷史的品種─ 「中村種」。還有在學者的幫助之下,從美國的種原庫,找回了30多年前在臺灣收集到的96個小米品種,重新在故鄉 的土地上種下。以及因為富含澱粉酵素,而成為健康飲食新寵的臺灣藜(Chenopodium formosanum)等等。
這些作物都曾在臺灣漢民與原住民之農耕文化中占有一席之地。而今,這些作物的復耕,有些是以恢復及延續傳統文 化為主要目標,有些也以達到經濟生產規模為方向。無論復耕原本是目標為何,在面臨全球變遷威脅糧食安全的當下 ,若能藉由傳統農耕知識的重建、傳承與創新,進一步保存地方品種基因多樣性,則傳統作物的復耕亦將擁有守護未 來糧食安全的新價值。


保護區與農耕之間
我們在墨西哥馬薩特蘭山脈保護區的例子中看見,從「上帝的糧倉」到「人類的穀倉」之間的密切關係。無論是作物 或地方品種或是野生近緣種,皆無法離開生態系完整功能而獨活。因此,為確保「人類的穀倉」的豐盈,與作物生長 、授粉、演化等等相關的動植物相及環境,都應得到良好的保護。而保護區系統則是守護獨特的生態環境以及其內含 的完整功能,並避免人為不當使用與破壞的重要存在。
目前在臺灣尚未有保護區,以作物野生近緣種及地方品種做為保護標的;或是為作物野生近緣種而劃設保護區之例。 然而,許多保護區在成立以前,土地範圍中就已包含歷史悠久的傳統農業活動,國家公園也擁有相同的狀況。過去, 這些農耕帶在有限度的合理利用下,形成了一種獨特的人為棲地,為在地生物多樣性貢獻一分力,許多生物活躍在這 些區域。但隨著慣行農法的盛行,以及傳統農業的式微,這些區域曾幾何時,也逐漸失去對於作物基因多樣性保存, 以及生物多樣性保護的功能。
因此,國家公園近年來也希望在不違反保育原則的情況下,透過環境友善農耕的概念,並重視傳統農耕文化中智慧的 傳承,讓原住居民重建農業與生態間的和諧關係。未來無論是作物原種復耕或是環境友善農業的推廣,思考農耕帶與 保護區間對於生物多樣性保育相輔相成的經營策略,將有助於運用生態系中生物多樣性的無限可能,讓我們在不斷變 化的環境中做好適應與準備。
延伸閱讀
種原保存的方法:
一、 原地保存:一般優先考慮的是瀕危種、稀有種或母樹種,將這些遺傳物質保護留存於原生育地。因此種原植群 的調查、追蹤、保護及復育等,是最重要的工作內容,讓植物在野地能夠隨環境的變遷而調適遺傳組成。
二、 異地保育(ex-situ conservation):將種原帶離原生育地而保存,可分為種子基因庫(Seed bank)、花粉基因庫( Pollengenebank)及營養系種質庫(Clonal germplasm)。重點是永久保存原有的固定遺傳成分。
三、 體外保存(in-vitro conservation):運用組織培養技術,切取小植株、器官、組織、細胞或DNA等保存體,無菌保 存於試管內,以慢速生長或超低溫方式貯藏。
作物野生近緣種(Crop Wild Relatives, CWR):
泛指作物的原種或種原關係較近的野生種,經過長期的演化,常有大量遺傳變異,對區域性的環境適應性強,育種時 可作為耐環境逆境及抗病蟲害的材料。
作物地方品種(landraces):
在地區性的自然環境或是人為栽培之下,經過長時間,所形成對區域性的環境適應性強的品種。

作者簡介
吳佳其
德國波昂大學發展研究中心博士班修業中,研究方向為自然資源經營與管理