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    袁越:轉基因30年

    2014-07-07 18:26 | 作者: 袁越 | 標簽: 轉基因30年

    本年度獲得“世界糧食獎”的三位科學家:(左起)羅伯特·傅瑞磊、馬克·范·蒙塔古和瑪麗-戴爾· 齊爾頓

    三聯生活周刊,袁越文)10月17日,來自世界各地的幾百名科學家、企業家、農民代表、非政府組織代表和農學院學生齊聚美國愛荷華州首府得梅因市,參加本年度“世界糧食獎”(The World Food Prize)頒獎儀式,以及隨后進行的糧食問題研討會。雖然當時因為政府關門,導致大部分原定出席的美國政治家缺席了典禮,但包括冰島現任總統奧拉維爾·格里姆松和英國前首相托尼·布萊爾在內的數十名外國政要的出席還是為本次頒獎典禮增色不少。

    “世界糧食獎”的創辦人是出生于愛荷華州的“綠色革命之父”諾曼·博洛格(Norman Borlaug)博士,他采用現代育種技術培育出的高產小麥品種挽救了成千上萬第三世界國家窮人的生命,并因此獲得了1970年諾貝爾和平獎。“世界糧食獎”旨在獎勵那些為提高農業產量、保障糧食安全和減少貧困人口做出重要貢獻的個人,素有“農業諾貝爾獎”之稱,中國的水稻育種專家袁隆平就曾經是該獎的得主。該獎的評獎范圍不僅局限于科學家,還包括政治家和經濟學家等各行各業人士,中國農業部前部長何康也曾經獲得過該獎,以表彰他主導的農業改革讓中國多年來首次實現了糧食自給自足。

    今年的“世界糧食獎”回歸科學,獲獎者是在植物轉基因領域做出了開創性貢獻的三位科學家,他們分別是比利時根特大學的馬克·范·蒙塔古(Marc Van Montagu)教授、美國華盛頓大學的瑪麗-戴爾·齊爾頓(Mary-Dell Chilton)教授和孟山都公司的首席技術官羅伯特·傅瑞磊(Robert Fraley)博士。當年三人互為競爭對手,最后幾乎在同一時間獲得了突破性成果,如今他們早已成為好朋友。

    關于這三位獲獎者的故事,必須從60年前,也就是1953年講起。那一年詹姆斯·沃森(James Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Crick)聯名發表了一篇劃時代的論文,揭示了DNA的雙螺旋結構,解開了遺傳的秘密。隨后的研究證明,幾乎所有的生命都共用一套遺傳密碼,這就為“人為改變生物性狀”這一人類多年來的夢想提供了實現的可能性。

    20年后,夢想成真。1973年,美國斯坦福大學生物學家斯坦利·柯恩(Stanley Cohen)博士從一種非洲爪蟾的染色體上切下一小段DNA,組裝進了大腸桿菌的基因組中,制造出了人類歷史上第一個轉基因生物。這件事說起來容易,做起來難度非常大,柯恩博士不但要掌握DNA分子的定點剪切和黏合技術,還要把經過處理的DNA分子導入大腸桿菌,并誘導母體接受這個外來基因,把它變成自己的一部分。在當時的技術條件下,這些步驟只能在細菌體內完成,高等動植物都做不到。

    必須指出的是,這不是自然界發生的第一次轉基因事件,甚至也不是人類創造出的首個新物種,因為物種之間的基因交流幾乎每時每刻都在發生,而人類早在1萬年前就開始通過雜交育種和定向篩選等技術培育出了一個又一個全新的農作物新品種,如今我們耳熟能詳的水稻、小麥、玉米、大豆等等都是如此。這些支撐起人類文明的農作物和它們的野生祖先相比早已是面目全非了,這就是為什么本次頒獎大會的特約嘉賓、歐盟委員會首席科學顧問安妮·格洛瓦(Anne Glover)博士在發言時開門見山地說:“大家目前吃到的幾乎所有食品都是被祖先們轉過基因的,反轉人士之所以拒絕轉基因,完全是因為迷信。”

    當然,兩者并不完全一樣。雜交育種是一種粗糙的技術,成功與否要看運氣,是否安全也要憑運氣,而轉基因技術則是精準的,可以把任何一個特定基因準確轉移到目標物種中去,這就避免了雜交帶來的諸多不確定因素,更加安全可靠。事實上,該項技術誕生后不久便得到了實際應用。1978年,科學家將人類胰島素基因成功轉入大腸桿菌,“誘使”后者源源不斷生產出了廉價的胰島素,挽救了無數糖尿病患者的生命。自那以后,以細菌為母體的轉基因技術廣泛應用于從生物制藥到食品工業等諸多領域,很少遭到公眾的質疑。但當科學家們試圖把這項技術運用到植物中去時,卻遇到了前所未有的阻力。

    首先是技術上的困難。高等植物細胞外面有層細胞壁,外源基因很難進入。最先取得突破的是根特大學的蒙塔古教授,他本來的研究方向是植物病蟲害,研究過程中他發現一種植物根瘤菌能夠突破細胞壁,把自己的基因導入植物細胞中去,于是他提出可以借助根瘤菌體內的質粒(一種環形DNA小分子)將外源基因轉入植物細胞。這個思路一直沿用至今,仍然是植物轉基因的主要手段。

    華盛頓大學的奇爾頓教授把蒙塔古的想法變成了現實,是她首先搞清了根瘤菌質粒的基因特性,知道哪段DNA是負責入侵植物細胞的,哪段DNA是無用的,只要將這段無用的DNA替換成科學家想要的基因,就可以制造出能夠造福人類的新品種了。她和同事們將一個經過改造的根瘤菌導入煙草細胞,制造出了人類歷史上第一個現代意義的轉基因植物。

    作為孟山都公司的雇員,傅瑞磊博士則把更多注意力放到了這項技術的實用性上。是他首次將一個抗性基因轉入了根瘤菌,使得轉基因植物細胞的快速篩選成為可能。事實證明,這項技術極大地加快了育種的速度和效率,為孟山都在轉基因領域的成功奠定了基礎。

    1983年1月,在邁阿密舉行的一次學術會議上,三人依次登臺做了報告,向全世界宣告轉基因技術在植物中獲得了成功,因此今年也被公認為是轉基因育種技術誕生30周年,在這個時候授予三人“世界糧食獎”似乎是一件理所當然的事。

    沒想到,今年的“世界糧食獎”卻引來了諸多爭議。“當我們定下今年的獲獎名單后,遭到了一些人的反對。”朱莉·博洛格(Julie Borlaug)教授介紹說,“但是我們頂住了壓力,還是決定堅持原來的計劃。”朱莉是諾曼·博洛格的孫女,目前在美國得克薩斯農工大學國際農業研究所工作。據她介紹,博洛格生前曾經數次提出要把“世界糧食獎”授予這三位植物轉基因領域的先驅者,他在2009年去世前曾經提到他有三個未實現的愿望,其中之一就是沒能看到轉基因育種技術被廣泛應用于農業領域。而三位獲獎者在頒獎大會之后舉辦的講座中也數次提到,因為各種原因,轉基因技術的巨大潛力遠遠沒有發揮出來,甚至這項技術本身也被妖魔化了。

    這是為什么呢?

    是因為轉基因食品對人體有害嗎?答案是否定的。迄今為止全世界所有正規的研究所和食品安全管理機構,包括世界衛生組織(WHO)、歐盟食品安全局(EFSA)、美國食品與藥品管理局(FDA)、美國科學院、英國皇家學會,以及絕大部分國家的食品安全管理部門在內,全都認為已經批準上市的轉基因食品是安全的,民眾可以放心食用。事實上,轉基因食品已經被消費者安全食用了將近20年,沒有發生過一起被證實的食品安全事件。

    是因為轉基因農作物對環境有負面影響嗎?答案也是否定的。迄今為止全世界所有正規的環境研究機構,包括聯合國糧農組織(FAO)、美國環保署(EPA)、歐盟委員會研究與創新總司(Directorate General for Research and Innovation)下屬的生物技術部門(也就是歐盟負責審查轉基因農作物安全性的最高科學機構),以及絕大部分國家的環保部也都認定已經批準種植的轉基因農作物對環境沒有額外的害處。這個說法聽上去有些曖昧,但實際上卻是最為嚴謹的說法,因為農業本身對環境是有影響的,轉基因作物也是農業的一部分,不可能獨善其身,但只要一種轉基因品種和傳統品種相比沒有額外的害處,就應該被允許種植。

    事實上,因為公眾輿論的原因,轉基因是目前管理得最嚴格的農業技術。

    一項技術是否會流行,安全性并不是唯一的因素,還要看它是否能夠滿足人類的需要。那么,轉基因之所以被妖魔化,是因為它不好用嗎?答案仍然是否定的。目前使用最廣泛的轉基因技術有兩個:抗蟲Bt基因和抗除草劑(草甘膦)基因,前者可以降低殺蟲劑的使用量,不但可以節約成本(同時也就降低了食品價格),而且可以保護環境和農民健康,提高農產品的質量,減少食物毒素。后者則可以減少農民的勞動強度,但最主要的好處就是用目前公認最為安全有效而且對環境和使用者都無毒無害的草甘膦(商品名“農達”)來代替其他一些低效而又有害的除草劑,保護了環境。另外,種植抗除草劑的轉基因農作物可以更方便地推廣免耕種植法,有利于提高土壤肥力,節約寶貴的水資源。

    就拿玉米來說,統計數據表明,自1996年開始種植轉基因玉米以來,美國玉米種植業的農藥使用量減少了8.7%,除草劑的使用量減少了52%,無論對農民還是對環境的好處都是很明顯的。這就是為什么全世界種植轉基因農作物的耕地面積一直在增加,轉基因成為有史以來推廣得最快的農業技術的原因。

    最后,轉基因技術是否可以被傳統育種技術替代?答案還是否定的。轉基因技術不但可以大大加快育種速度,而且可以實現種間的基因轉移,把一些原先無法通過傳統育種技術整合到一起的性狀集中到一個品種里來。比如前文提到的抗蟲基因就來自一種細菌,傳統育種技術無論如何都做不到。另外,前段時間鬧得沸沸揚揚的金大米也是如此,野生水稻中找不到能夠合成胡蘿卜素的品種,只有通過轉基因技術才能實現。

    “金大米”是專門為窮人培育出來的,大部分生活在城市里的中產階級沒法體會它的好處。但是根據聯合國糧農組織的估算,如今地球上還有8億人處于長期饑餓的狀態,患有營養不良的人數更多,僅僅是維生素A缺乏癥每年就可導致200萬發展中國家的兒童死亡,另有50萬兒童因此失明,他們中的很多人都能從金大米中受益,可惜因為種種非科學的原因,他們只能繼續忍受痛苦。

    根據聯合國的估算,地球總人口將在2050年從現在的70億增加到96億,大部分人的生活水平也會比現在有所提高,這就意味著需要把現有的糧食產量增加一倍才能滿足要求。據估算,最近10年世界糧食總產量的增長有70%的原因來自耕地面積的增加,只有30%來自化肥等新技術的使用。但是世界耕地總面積顯然無法保持這一增長速度,而因為氣候變化等原因,我們已無法僅僅通過增加化肥使用量來提高產量,必須開發出能夠高效利用自然界已有的養分,同時又能抵抗各種天災和蟲害的新型農作物,光靠傳統育種技術是做不到的,必須依靠轉基因。

    總之,轉基因從科學的角度來講幾乎無懈可擊,但為什么發展速度遠不如和它幾乎在同一時間發展起來的計算機技術呢?除了轉基因技術本身的因素外,必須從政治和經濟等方面找原因。

    來源:三聯生活周刊

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