转基因技术是什么?转基因农作物的优势主要有哪些?

2021-10-14 17:29:54
来源:科普时报

超越时空

人类一直在寻求更好的育种方法,以便使人类有更加高产而充足的食物,让有限的土地养活现有的庞大的人群。即使有孟德尔发现的定向杂交,即使有哥伦布大交换之后的物种交流,人们还是受区域的限制,无法让育种向前更迈一步。

然而,转基因技术却让这种预想变成了可能。我们只选需要的基因,插在对的地方,让作物在我们期望的地方,表达我们需要的状。比如大米,转了抗虫基因,虫子主要吃叶子,人主要吃米粒。我们让抗虫基因主要在叶子上表达,而在米粒中很少表达,几乎没有,这样就无需担心这种抗虫基因对人体的影响,还能有效抗虫。

从1965年到1980年的绿色革命期间,人工育种和使用农药化肥让粮食产量大幅提高,尤其是稻米和小麦。但是到了20世纪80年代中期,粮食产量停滞不前,似乎所有的传统手段都无法让产量继续提高。人们不得不加大化肥、农药、杀虫剂和水的使用,以求增产。许多人开始担心破坏环境,美国环境保护机构和一些民间团体要求科学家,能够利用基因技术研发一些需要少量化肥和农药的品种来。这就是转基因技术应用在农作物的开始。

第一个转基因食物是FlavrSavr大番茄。它是加利福尼亚州Calgene公司成功研发的,并且通过了FDA的安全审核,投放到市场。这种番茄延缓了成熟期,便于运输。等运到市场,也还是硬的。不过因为口感太差,市场效果不佳,很快就被淘汰了。

不过,在DNA双螺旋结构发现之后,许多科学家都谋求这种技术的应用。但是直到斯坦福大学的生物学家阿瑟·科恩伯格把噬菌体的DNA片段插入猿猴病毒的基因组,将来自不同物种的DNA成功重组,才让基因重组技术变为现实,当时引起了巨大的争议,这项技术还一度停摆,在科学家们的据理力争之下,政府接纳并允许了这项技术的进行。

20世纪70年代,一个金融家敏锐地嗅到了商机,他完全不懂科学,但是他知道这项技术将带来巨大的财富。于是,这个没有任何科学背景的金融投资者,与一个没有资金但拥有技术的科学家,两人联手在旧金山以南的南三藩市,成立了全世界第一家分子制药公司Genentech。

1978年,Genentech的科学家把人胰岛素基因克隆进入大肠杆菌,令大肠杆菌合成人胰岛素,这极大地降低了生产成本,使胰岛素可以大批量地生产,挽救了不少糖尿病患者的生命。1982年重组人胰岛素,成为第一种获准上市的重组DNA药物。

转基因技术在制药行业取得成功,从而在农业上的应用也逐渐展开。第一个转基因品种是草,是把一种抗病毒基因转到草里,中国是第一个把转基因草商业化的国家

但长久以来,人们对转基因农作物的质疑和批评声,从来就没有停止过。事实上,转基因作物主要具有三方面的优势。

第一,让植物具有保护状。植物与病虫害一起共同演化了四十几亿年,形成了自己的防御系统,人类为了栽培和增加作物产量,先是从自然界中获取的物质来防治病虫害,后来才人工合成杀虫剂和抗疫病药。利用生物技术进行组合状,让农作物有两个以上保护状,可以简化农民的劳动,提高产量。比如现在的玉米有抗除草剂与抗虫品种,大豆也有两者兼顾的品种,经济作物有抗虫棉花等。

第二,让食物具有特殊功能、作用或风味。比较典型的例子就是第一个转基因大番茄,有延迟成熟的特点。美国正在研发的低丙烯酰胺薯条,有能力降低炸薯条产生的致癌物丙烯酰胺,使苹果减少褐变的沉默多酚氧化酶的苹果,还有未来正在研发的增加面筋含量,还有一系列使蔬菜更加延长保鲜期,让水果风味更浓、延迟成熟等。

2020年10月上市的粉菠萝,则是美国著名水果公司DelMonte培育16年的网红水果。它虽然长得普通菠萝模样,切开以后是少女心的粉嫩颜色,像跟西瓜杂交了。实际上是经过基因修饰,把菠萝本身含有的番红素转化成黄色胡萝卜素的酶含量减少,从而使菠萝保留更多的番红素,减少胡萝卜素的产生,让菠萝果肉呈现西瓜般粉色。这种菠萝不仅更加漂亮,水分更足,味道也更甜,由于番红素强抗氧化的生物特,这种粉菠萝还能保护心血管,具有更高的营养价值。

第三,改善营养。利用生物技术改善作物的营养成份也很重要。研发成功的转基因黄金大米,在大米中转入胡萝卜素,让贫困地区的孩子能够改善维生素A缺乏症。中国自主研发的植酸玉米也是提高营养的品种。磷是动物的一种营养元素,在玉米饲料是以植酸形式存在的,牲畜不能消化利用,通过植酸酶可以将其转化为可利用的无机磷。转植酸酶基因玉米解决了植酸中的磷不可利用的问题,提高了玉米饲料的营养,减少动物磷排泄污染,是很环保的。美国已经上市的高油酸大豆也是提高营养的,这种增加了高油酸的食用油可以来代替氢化油,避免反式脂肪的问题。这类提高营养的转基因作物可以让消费者直接得到好处,比现有的第一代转基因产品更加让人容易接受,也更能体会其益处。

根据国际农业生物技术应用服务组织发布的《2018年全球生物技术/转基因作物商业化发展态势》报告,转基因作物的商业化种植始于1996年,1996—2018年转基因作物种植面积从170万公顷攀升至1.917亿公顷,均年复合增长率24.0%。

2018年,全球范围内26个国家种植了转基因作物,排名前7位的国家分别是美国、巴西、阿根廷、加拿大、印度、巴拉圭和中国。其中,排名前3位的国家占总种植面积的78.4%,排名前5位的国家占总种植面积的比重高达91.0%。除了26个国家种植转基因作物之外,还有44个国家进口转基因作物。

美国是全世界最大的转基因种植国,已经商业化种植的转基因作物包括玉米、大豆、棉花、油菜、甜菜、苜蓿、番木瓜和南瓜等,其中90%以上的大豆、棉花、玉米、油菜等都是转基因品种,80%以上的加工食品都使用转基因作物作为原料。

(作者系加拿大某国际财团风险管理资深顾问,科幻作家)

关键词: 转基因技术 优势 转基因 农作物 DNA

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