“新加坡缺少土地，很难发展农业。”最近在一个社区给长者办了一场“解码未来：粮食安全与DNA密码”科普工作坊，有位老先生提出这个看法。这次活动通过简单讲课和动手做DNA游戏，让大众了解基因组科技如何帮助新加坡实现粮食安全的长期目标。
面对土地稀缺的先天限制以及劳动力、能源成本等后天限制，从2019年的“30·30”愿景，到2025年的目标调整，新加坡粮食安全之路挑战重重，再加上气候变化和地缘政治动荡，提升农业生产力的任务更显艰巨。
想要以仅占国土面积约1%的560公顷耕地养活600来万的人口，新加坡除了依赖进口和国际合作，高科技农业是保障本土供给的重要策略。由于全球局势愈发不稳定、极端气候日益严峻、传统室外种植面临持续加剧的不确定性，室内垂直种植农场有望成为未来粮食安全的关键支柱。
针对室内农场因人工照明引发的能源与环境争议，以及盈利能力，仍是当前业界关注的焦点。新加坡国立大学团队于2024年1月在权威期刊《可持续生产与消费》发表研究，探讨农作物育种（crop breeding）对室内种植商业与环境可持续性的影响。研究模拟2公顷垂直农场的20年运营，结合397个芥蓝与204个芝麻菜品类的实验数据，发现若售价降至进口菜的1.2倍（而非2倍），在弹性需求下可实现利润最大化。研究最终建议育种计划为关键解方，亦即培育新品种以提升盈利能力。
过去，业界专家谈论如何改善室内农场的营运，大多聚焦于优化农场生长条件和系统设计（如照明效率、营养液配方等）；日本垂直农场Spread公司耗时六年，通过高效系统和逐步降价才实现盈利。但国大的研究告诉我们，通过基因组筛选表现佳的羽衣甘蓝（kale）种质（accession），产量将可达整体平均值的四倍，在提高产量的同时，降低成本并提升盈利能力。
尽管研究的环境影响评估仅涵盖全球变暖单一指标，但它提供一个全新视角：将基因组作物育种作为提升室内农场盈利和资源效率的核心策略，而不仅是依赖工程手段弥补产量缺口。比如，我们可以培育“室内低光环境下高产”的蔬菜，大幅提升光能利用效率、降低电力消耗和环境足迹的同时，改善产量或口感、色泽等农场品的品质。
在众多作物育种策略中，“基因组选择”（genomic selection）的先进技术正备受作物科研界关注，也已广泛应用于水稻、玉米、小麦、大豆及果树育种计划，以预测作物产量和抗病性、缩短育种周期等用途。国际上各个顶尖团队也都在权威期刊上为其“背书”。这项技术的最大优势，在于它能减少对传统育种中“种植—收成—筛选”漫长流程的依赖，即通过DNA分析对作物的产量、口味、抗病性等性状进行早期预测，帮助研究员提升育种效率，缩短选育时间，为培育高产且品质优良作物提供强大技术支援。
笔者也曾于2024年9月联同国大团队，在《分子育种》期刊发表报告，建议采用“基因组选择”技术；此研究分析63项相关蔬果研究，发现仅20项聚焦蔬菜，且严重缺少对叶菜产量、株型、资源利用效率及采后物流等关键领域的系统性研究。这意味着，为应对区域粮食安全挑战，业界亟须将基因组选择研究，扩展至这些代表性不足的蔬菜作物。
综上所述，鉴于新加坡土地、劳动力等资源局限，我们可以推论出未来10年农作物（尤其是蔬菜）粮食安全的五项建议：
一、加大投资基因组优化的垂直农业。基因组学方法需要高光谱成像等昂贵仪器来高效采集数据，持续稳定的资金因此很重要，才有望开发出诸如高光能效率、高品质、具地方特色的作物品种。
二、建立跨机构作物育种联盟。联合国大、南大等机构的强大研究生态，建立国家基因组育种联盟，为作物建立基因型和表型数据库，以大一统合作方式共同谋划未来粮安路。
三、优先研究本土化高价值蔬菜。开发诸如芝麻菜（Arugula）、水菜（Mizuna）等高价的新精品作物，提升本土品牌效益，并减少对进口种子和育种材料的依赖。
四、与亚细安伙伴建立区域粮食安全联盟。借用区域物种多样性、垂直农场设施或土地，建立韧性强的广大支援网络；新加坡境内现有的多个高科技垂直农场，也是开展基因组选择验证、推动相关科研的理想场所。
五、培养新一代作物育种人才。相较于生物医学、人工智能（AI）等热门领域，本地学生较少关注作物粮食安全。当务之急是借科普教育和大学课程融合，努力提高农业相关科技在科学、技术、工程与数学（STEM）教育中的能见度，以吸引更多新血投入。
简言之，室内垂直农场虽提供可控的、不受气候影响的种植环境，但长期成功需要基因组作物育种、AI辅助、资金支援、区域合作和人才培育的协同战略，方能将技术潜力转化为可持续的商业模式，以及未来稳健的粮食安全保障。
作者是马来西亚蒙纳士大学客座副教授、分子遗传学博士
