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封面故事
Food systems battleground
食物供应链和消费者之间的衔接是食品系统的一个焦点。在本期的一篇评论中,Garnett和他的同事们讨论了超市供应商多样性的减少、准时制物流、依赖进口以及国内粮食产量减少虽然提高了英国食品供应链的效率,但是却折损了粮食生产的恢复力。COVID-19的大流行暴露了食物系统内部的困境和僵局,而政府需要着手应对食物系统中的风险和恢复力,这需要科学和整个行业的通力合作。在另一篇综述中,Siegrist和Hartmann研究了消费者中的试探性和个体差异如何影响他们对新型农业食品技术的接受度。他们认为,必须要以能让消费者接受的方式来采用有可能改变食品系统的技术。
Editorial | Public–private roles beyond crop yields
公私合作在农作物产量之外的作用
到2050年,全球将有100亿人口。因此,公立和私立机构必须齐心协力提高农业产能,才能满足这么大人口的消耗。但是,近年来一些公共部门作物育种项目面临着资金减少的问题,这使所有的努力岌岌可危。
在过去的60年里,提高产量一直是全球粮食生产的追求目标。但是,土地短缺、气候变化、土壤肥力丧失、谷物作物产量饱和和粮食作物营养质量下降等问题让维持农业粮食生产困难重重 。技术进步和创新诚然重要,但是围绕作物研究基金支持的基本问题会使所有的努力半途而废。
技术创新对于提高全球农作物产量至关重要。20世纪五六十年代的绿色革命加快了高产谷物品种的多样化,对灌溉方式、化肥和农药、以及新的栽培方式进行了改进。农业生物技术通过利用标志物辅助选择和基因工程等一系列工具,加快了对传统作物和动物的选择以及育种过程,并帮助改善了作物管理。随着人工智能、机器学习和更多能够提高精确度的工具的出现,农业正在步入一个新的时代,同时我们的全球食物系统也更能顺应人类和地球的健康。
但是,由于全球作物产量已经开始趋于饱和,例如,在1991年至2000年期间,许多西欧高产国家的冬小麦产量已经达到了饱和,转型的紧迫性使得我们必须要正视资金这个棘手的问题。为了维持进一步的产量增长,可能需要对该领域的许多不同因素进行微调,例如更好地理解遗传潜力、改善土壤质量、放松对生物技术的监管以及提高作物系统的可持续性。公立和私立机构必须齐心协力促进技术、知识和资源的发展才能有所进展,特别是考虑到农业团体的各种不同的情况和需求时,更应如此。但是,近年来资金的属性削弱了公立机构在这方面的能力。
在许多国家,粮食和农业研发方面的公共资金一直在减少。在美国,公共农业研发从2003年的60亿美元下降到2013年的45亿美元。这对许多公共机构的研究方案产生了重大影响。例如,在过去20年里,由于缺乏国家支持和联邦资金,获得土地资助的研究机构的植物育种规模大大缩小,许多作物已从方案中退出。最近的一项调查表明,过去5年内美国公共机构中现有育种项目负责人的平均全职等效人数(FTE)估值下降了21%,而技术支持人员的平均 FTE估值下降了18%。但这样的趋势在私营部门并不常见。
1990年至2014年,全球用于农业研发的私立支出从每年51亿美元增加到了156亿美元。在美国,私立机构的资金增长迅猛——2008年至2013年间,这部分实际的(通货膨胀调整后的)私人研发资金增长了60%以上,其中种子公司的研发规模最大、增长最快。截至2010年,用于农业投入的私立研发总额超过了公立部门的研发总额。现在,私立部门已经在开发提高农业生产率的技术方面占据了重要地位。
这些资金模式对我们在可持续粮食生产方面面临的复杂挑战具有启示。大学和公立机构一般都开展基础研究,这些研究在慢慢朝着重大农业创新方向发展;私立部门倾向于采用具有商业意义、具有市场和有利可图的作物技术。在公立部门开展的应用研究中,作物育种是公认的低价值项目,这些项目时间都很长,具有较高的社会回报,但是收益性不高,研究人员经常直接与服务不足的社区合作。此外,公共机构承担的教育和培训责任正在减少,这很可能造成该行业专业人员的严重短缺。公立机构育种项目的基金减少可能会影响农业系统的可持续性。
政府、学术研究机构和商业实体必须共同努力,明确各自的角色、责任、措施和资金,为公立机构的应用作物研究项目带来生机,并能从本质上使粮食系统进入良性轨道。
Comment | Vulnerability of the United Kingdom’s food supply chains exposed by COVID-19
COVID-19暴露出英国食品供应链的脆弱性
Nature Food
DOI:10.1038/s43016-020-0097-7
国内食品生产能力不足、准时制供应链以及与英国脱欧相关的劳动力市场挑战,削弱了英国的食品体系。在粮食系统的冗余性和多样性对于COVID-19疫情后的恢复至关重要。
Comment|Actions now can curb food systems fallout from COVID-19
现在采取行动可以遏制COVID-19对粮食系统的影响
Nature Food
DOI:10.1038/s43016-020-0085-y
COVID-19正在扰乱全球粮食系统,各国政府现在必须稳定粮食供应链,有远见地扩大社会安全网,以避免社会动荡。2008–2012年的食品价格危机给我们指出了七个值得考虑的可行措施。
Article | Network resilience of phosphorus cycling in China has shifted by natural flows, fertilizer use and dietary transitions between 1600 and 2012
在1600年至2012年期间,中国磷循环网络的恢复力随着自然流动、肥料使用和饮食转变而发生了变化
Nature Food
DOI:10.1038/s43016-020-0098-6
磷循环网络的恢复力对生态系统的功能和人类活动具有重要意义。虽然磷循环的通路已经被绘制了出来,但是磷网络承受冲击或干扰的能力仍然未知。本文应用质量平衡原理和生态网络分析方法,研究了1600 - 2012年中国磷循环网络的恢复力。结果表明,网络恢复力的变化已经从由粮食生产的天然磷流动驱动转变为由化肥生产的工业性磷流动驱动。城市化加剧了磷的单向流动,进一步削弱了磷网络的恢复力。在2000-2012年间,由于饮食结构向更多的动物性食物转变,磷循环的网络恢复力下降了11%。此外还观察到了网络恢复力的改善和增加粮食贸易之间的权衡。这些研究结果可为提高磷循环网络恢复力的政策决策提供支持。
Article | Dietary metabotype modelling predicts individual responses to dietary interventions
饮食代谢模型预测个体对饮食干预的应答
Nature Food
DOI:10.1038/s43016-020-0092-z
不良饮食习惯与许多非传染性疾病的风险因素直接相关。因此,绝大多数国家和世界卫生组织都制定了健康饮食政策,以减少人群中非传染性疾病的流行。然而,有越来越多的证据表明,个体代谢对任何饮食干预的应答都是不同的。通过结合高度控制的饮食研究和深层代谢表型数据,本文开发了一套方法流程来理解饮食反应的个体间差异。在这项可行性研究中建立了一种个体膳食代谢类型评分(DMS)方法,该评分体现了膳食应答的个体间差异性,并捕捉尿液代谢物浓度随之发生的动态变化。结果发现DMS与血糖浓度呈反比关系。DMS与尿代谢能量的损失也有一定关系。此外,研究使用代谢熵的方法来查看个人和群体对饮食干预的反应。DMS提供了一种在个体水平进行靶向的以及增强饮食应答的方法,从而在群体水平减轻非传染性疾病所造成的的负担。
Review Article | Threats to global food security from emerging fungal and oomycete crop pathogens
新出现的真菌和卵菌作物病原体对全球粮食安全的威胁
Nature Food
DOI:10.1038/s43016-020-0075-0
不断出现的真菌和卵菌病原体会感染重要的高热量作物和具有经济意义的商品作物,从而对全球粮食安全构成重大威胁。我们目前的农业体系很注重集约化的单一栽培,但这种方式会和全球化市场一起导致新病原体和问题特性(杀菌剂的耐药性)的出现和传播。气候变化进一步促进了病原体在新作物中的出现和在新的地点的出现。文章讨论了能影响病原体的引入和传播的因素,以及当前的疾病控制策略,并以历史上的爱尔兰马铃薯饥荒和现在的大豆锈病、小麦的麦瘟病、香蕉萎蔫病和木薯根腐病为例来进行说明。研究总结了主要的挑战和知识缺口,并提出了应对新兴作物病原体所必须进行的研究方向。
新发病原体可被定义为是引发某种新疾病、大大增加某种疾病的发病率、将一种疾病引入新的地理位置或感染新宿主的病原体。疾病的出现有多种方式;病原体可以通过物质运输进入宿主所在的新的区域,也可以通过新的非生物因素(如气候或大气成分)逐渐引入。相反,宿主也可能会被引入已经存在病原体的区域。病原体也可以通过突变、杂交或水平基因转移获得基因。这些基因可能赋予病原体毒力,从而感染新的宿主,或者使其能抵抗疾病控制措施。病原体进入新的地点或在新的地点的传播和建立也会受土地利用和景观尺度上的生态因素(如连接性)的变化影响。而这些因素又往往取决于影响种植实践选择的政策。最后,一系列生物和非生物因素交织在一起,使得疾病发病率发生逐步改变。影响栽培植物的新出现的病原体可以从各种害虫和病原体中被识别出来,但其中最具破坏性的还是真菌和卵菌。
Review Article | Consumer acceptance of novel food technologies
消费者对新食品技术的接受程度
Nature Food
DOI:10.1038/s43016-020-0094-x
新型食品技术对粮食安全、安全和可持续性非常重要。然而,消费者在接受这些技术时往往犹豫不决。综述描述了消费者之间的启发式与个体差异如何影响对农业食品技术的接受的研究。一种食品技术引起的联想,其感知的自然性和消费者对行业的信任影响着消费者对它的接受。食品恐惧症、厌恶敏感度和文化价值观是解释个体差异的关键个性因素。文章以基因技术、纳米技术、养殖肉和食品辐照为案例,探讨消费者接受或不接受的原因。气候变化,大流行病和人口增长等危机引起的冲击对食品系统的威胁迫在眉睫。因此,我们需要采用颠覆性的食品技术,以建立一个更具弹性的食品系统。在开发和引进的早期阶段考虑到影响消费者对新型食品技术看法的因素,将有望提高对这些技术的接受程度。
© nature
Nature Food
关于《自然-食品》
到2050年,人类在维持地球和100亿人口的健康方面面临着前所未有的挑战。随着食品生产、加工、配送和消费各领域的多学科研究形成体系并不断发展,食品科学领域现在需要高质量的专题资源,为探讨全球食品挑战及其解决方案提供思路。
《自然-食品》将在线发表以食品为主题的研究、综述和评论文章,涉及自然科学、应用科学和社会科学。本刊视角全面,将提供一系列专业的论述和证据,助力研究者和政策制定者不断优化和保障未来的食品体系。
主题涵盖:农业,水产养殖,食品消费,作物学,伦理和公正,食品损失和浪费,食品科学,食品安全,食品体系,饥饿、冲突和饥荒,营养,安全和可追溯性。
主编:Anne Mullen, PhD
邮箱:food@nature.com
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