轉基因作物演進中

　　像IT技術一樣，農業轉基因技術正在一步步快速更新。如今，研究人員將注意力放在了如何使消費者直接受益

　　農業轉基因技術正經歷著升級換代。兩大作物性狀抗蟲和抗除草劑，推動了第一代轉基因作物增長。

　　與初種階段相比，至2012年，17年間全球轉基因作物種植面積增長了100倍。

　　而注重功能性和營養性的第二代轉基因作物，正在陸續登場，并左右未來十年的研究方向。

　　在本輪技術升級中，中國的轉基因技術研發能否保持現有排名，乃至更進一步，未有定數。

　　兩個基因打天下

　　第一代轉基因作物將研發重點放在取悅農民上，讓農業生產變得更容易、更高產、也更賺錢。產量和收益的提高，使得農民樂于播種轉基因種子，而農藥用量和生產成本的降低，也給環境保護和消費者帶來間接的好處。

　　1983年美國成功培育出一種抗病毒轉基因煙草，從而開啟了轉基因育種的大幕。

　　往作物的基因組中加入一個或多個特選的外源基因后，由于每個基因都會編碼一種功能明確的蛋白質，從而使作物表現出某種性狀，這就是通常所言的轉基因育種。與雜交育種或輻射育種等傳統方法相比，轉基因育種的結果更可預測，效率也高。

　　過去30年間，實現商業化種植的轉基因作物大約有30個性狀，其中最受歡迎的是抗除草劑、抗蟲以及兩者兼有的性狀。抗草甘膦基因和Bt基因分別是這兩大性狀的代表基因。

　　Bt基因來自一種土壤細菌，它可以分泌一種毒蛋白，對鱗翅目、鞘翅目昆蟲，比如小菜蛾有很強的殺傷作用。在有機農業中，這種細菌被作為天然殺蟲劑長期使用。

　　科研人員將Bt基因轉入作物的基因組后，作物自身可產生Bt蛋白毒素，殺死害蟲，而對其他益蟲和人類無害。這樣，不打或者打少量農藥，就可以對付蟲害。

　　正是轉入Bt基因的棉花新種，挽救了中國的棉花種植業。

　　20世紀90年代初期，中國爆發大面積棉鈴蟲災害，一些產棉區的棉花畝產降幅達八成，這一棉花的頭號害蟲已經對當時普遍使用的菊酯類農藥產生很強的抗藥性。“棉鈴蟲害太厲害了，幾乎兩三天就噴一次藥，即使是這樣還殺不死。”山東東明縣李莊村村民李站雙回憶說，甚至把棉鈴蟲直接泡在農藥里都死不掉。

　　此時，國際種業巨頭孟山都公司已經開發出轉Bt基因抗蟲棉種，不過，直到1997年，孟山都才開始在華北地區進行大規模推廣，當地的棉農稱其為 “抗蟲棉”。兩年后，中國農業科學院研發的國產抗蟲棉也通過了各項審定，推向市場。

　　孟山都抗蟲棉種的價格比傳統棉種高近20倍，但其經過脫絨處理，出芽率非常高，原來1畝地要播10公斤棉種，使用抗蟲棉種只需要1公斤就夠了，雖然棉農的購種成本增加1倍，但綜合收益卻大大提高。

　　然而，孟山都的抗蟲棉種在中國“水土不服”，與國產抗蟲棉相比，其抗病性稍差，在產量上競爭力稍遜。國產抗蟲棉后來居上，市場占有率從最初的5%擴大到95%以上。

　　目前，中國轉基因作物種植面積約400萬公頃，其中絕大部分是抗蟲棉。國產抗蟲棉還被推廣至印度，在當地實現了商業化種植，成為中國轉基因技術參與國際市場競爭的探路者。

　　不過，中國農民尚未體驗過轉基因作物的另一大改良性狀——抗除草劑。

　　雜草會跟作物爭奪水分、養分和陽光，而且其生命力往往比作物還強。用人工清除雜草費時費力，由此除草劑應運而生。1970年，化學家約翰·E·弗朗茨(John E.Franz)發現草甘膦具有優異的除草性能，可以使一種大多數植物生長所必須的酶失去活性，從而殺死植物。

　　如果挑缺點的話，那就是草甘膦幾乎能殺死所有植物，包括作物本身，因而不能在作物生長期使用。不過，研究人員從一種細菌中找到了能夠耐受草甘膦的基因，篩選并轉化到目標作物中，成功培育出抗除草劑作物。從此，草甘膦和抗草甘膦作物成為一對黃金搭檔，農民可以只使用一種除草劑來解決所有雜草問題，而不必像種植傳統作物那樣，使用多種更有針對性但毒性也更大的除草劑。

　　然而，麻煩也隨之而來。農民年復一年地種植抗草甘膦作物，而不像以前那樣，通過輪種多種作物來改善雜草耐受的問題。最終，抗草甘膦的雜草出現了。已有18個國家發現了這種雜草，巴西、澳大利亞、阿根廷和巴拉圭的情況尤為嚴重。

　　那么，拿什么來對付抗草甘膦雜草？農民采用混用幾種化學除草劑，并加上耕地除草來應對。這與大規模種植傳統作物相比，對環境的破壞性依然小得多。英國的一項研究顯示，1996年－2011年，耐草甘膦棉花節省了1.55萬噸的除草劑，比傳統棉花使用量減少了6.1%。

　　“一個基因，一個產業。”這句話在生物技術界流傳甚廣。作為生物技術中的大熱門，轉基因技術以市場答卷給出了印證，2011年，抗除草劑作物的種植面積已超過全球轉基因作物種植總面積一半。

　　推動升級換代

　　如今，研究人員將注意力放在了如何使消費者直接受益。

　　在第二代轉基因作物的研發中，很多新的性狀都是基于這一思路，如不會變色的蘋果、“黃金大米”、改善營養的香蕉等。通過改良品質，增加營養，或使食品具有醫療保健功能，或用作環保和工業原料，從而增加農副產品的附加值。

　　“黃金大米”是營養型的新一代轉基因作物，其培育初衷是為了補充人體的維生素A。維生素A缺乏癥會導致夜盲癥，到了晚上就看不清東西，還會得皮膚病，有時甚至導致死亡。

　　瑞士聯邦理工學院教授英戈·波特里庫斯(Ingo Potrykus)與德國弗賴堡大學教授彼得·拜爾(Peter Beyer)經過八年時間，通過轉入黃水仙和一種常見土壤細菌的基因，使得稻米中能夠產生β-胡蘿卜素，它進入人體后能被轉變成維生素A。

　　“黃金大米”被認為是生物技術的一項重要突破。

　　五年后，第二代黃金大米研制成功，與原先相比，其β-胡蘿卜素的含量提高了23倍。這樣，通過主食大米就可解決欠發達地區廣泛存在的維生素A缺乏癥了。

　　“黃金大米”的思路，也激發了烏干達對轉基因技術的期待。與非洲大部分熱帶地區一樣，三分之二的烏干達人以香蕉為主食。烏干達政府希望通過改良香蕉讓國民的主食更有營養。由于大部分香蕉品種不長種子，只能通過無性繁殖方式繁衍，其種質很難通過傳統的育種方法得到改良。因此，轉基因技術成為首選。

　　現在，烏干達和澳大利亞的研究人員聯合試驗了一種轉基因香蕉，其富含β-胡蘿卜素和鐵等營養成分。這種香蕉具有抗盲、抗貧血及抗腹瀉的作用，試驗成功后，可以推廣至維生素A缺乏癥非常普遍的東非國家。

　　香蕉成為國民主食，也在于大多數的作物難以適應非洲貧瘠的土地和干旱，如何使作物在此生長，以解決非洲糧食匱乏問題，正是轉基因作物研究的另外一個熱門。

　　不久前，阿根廷研究人員在試驗田中播下一批轉基因小麥種子，如果順利的話，三年內這種新型小麥將投放市場。通過增強種子抗逆性，這批小麥種子可以在干旱和鹽堿環境下，產量比普通小麥提高10%到15%。

　　所謂抗逆性，是指作物種子在不同環境條件下都能正常生長，如耐旱、耐澇、抗鹽堿等。美國也在致力于開發一種具有抗逆性的轉基因玉米。

　　而一種名為表觀遺傳修飾的技術更具迷人魅力。它通過直接修改作物自身的基因來獲取新的性狀，而不用導入其他物種的基因。

　　比如，與其將耐旱細菌的基因轉化到作物中去，不如直接調整作物自身的基因，使之獲得抗旱性狀。問題是，這種沒有轉入外源基因的作物，還算轉基因作物嗎？

　　歐洲科學院科學咨詢委員會主席布萊恩·希普就建議，歐盟應從法律地位上確認，這種不涉及外源基因的技術屬于非轉基因范疇，這將對歐洲的農業創新給予有力支持。

　　實際上，對于轉基因作物的分類監管大大抬高了門檻和相應成本，這讓中小公司和公共機構的技術離商業化遙不可及，只有那些種業巨頭能夠負擔這種監管成本。

　　技術梯隊

　　第二代轉基因作物離規模化種植還有較長距離。

　　一方面，還有許多科學問題需要攻關；另一方面，不管這些新作物有多神奇，它們仍然需要通過各種田間試驗，歷經層層審批，而且要獲得消費者的認可。

　　“從企業角度講，會先做技術儲備，等到時機成熟，再放出來。”大北農集團生物技術中心總經理呂玉平告訴《財經》記者。比如，孟山都公司的任何一項新技術，從其開始研發計算，大約要15年左右才能收回投入。

　　目前，美國在轉基因技術研發水平上占據了制高點，擁有世界上約一半的生物技術公司和一半的生物技術專利；歐盟和日本為第二梯隊，多個跨國種業公司分布于此，在生物技術領域積累了雄厚的研發優勢；中國處于第三梯隊的領先地位，某些領域的技術水平已超過第二梯隊，后面有巴西和印度等新興國家在積極追趕。

　　科技部2006年頒布《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006－2020)》，確定了16個重大科技專項，其中，轉基因重大專項把突破重點聚焦于水稻、小麥、玉米、大豆、棉花等五大作物。

　　自正式實施以來，轉基因重大專項鑒定具有自主知識產權的功能基因300多個，完成了80多個營養品質、抗旱、耐鹽堿、耐熱、養分高效利用，以及產量等經濟性狀基因的功能驗證。

　　由于部分公眾對轉基因食品的恐懼，以及背后復雜的利益博弈，轉基因糧食作物的商業化種植停滯不前，這導致中國轉基因農業發展水平與美國的差距進一步拉大，發展速度也已落后于巴西、印度等發展中國家。

　　中國農業科學院生物技術研究所研究員黃大分析，這種影響會逐漸阻滯研發，繼而使中國技術掉隊。

　　為了消解公眾的恐慌，前述修改作物自身基因的方法，或可使公眾更加容易認可轉基因作物，因為人們對轉基因食品的排斥，很大程度上來自轉入的外源基因。

　　而中國的研究者也正在發展一條新技術路徑，即通過植物組織的特異性表達，可培育出在食用部位不含轉基因成分的轉基因作物。

　　華中農業大學生命科學技術學院林擁軍教授就在做這樣的嘗試，在新一代轉基因抗蟲水稻中，抗蟲蛋白只出現在害蟲食用的葉和莖等部位，而在水稻的胚乳即人們食用的米粒中沒有轉基因成分。他告訴《財經》記者，“對于很多不接受的人來說，這更容易克服心理障礙。”

　　【作者：《財經》記者 賀濤 】