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我们为什么种植转基因作物?

来源:环球科学 / 作者:Pamela Ronald / 2013-10-18

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我们为什么种植转基因作物?

到本世纪末,地球上的人口将从现在的67亿上升到100亿。我们将不得不面对一个巨大的难题:如何解决越来越多的人的吃饭问题,同时又不破坏环境?

水和土地都是有限的,这决定了我们不能为了增产,无限扩张耕地的面积。土地只有这么多,产量必须提高,水的用量必须减少。而这还不是唯一的麻烦。环境变化也是一个棘手的问题:一些地方会遭遇洪水,而另一些区域却面临干旱;并且,农作物还要与新的病虫害作斗争。

因此,提高土地的耕种效率,出台更有益的水资源使用政策,改进控制害虫的综合性手段,减少对环境的有害干预,并开发多种新的农作物,成为许多国家共同奋斗的重要目标。而以上几种策略,必须从环境、经济和社会影响三个方面——即“可持续农业”的三大支柱——进行评估。

定义“转基因”

“转基因”与传统的“基因修饰”有两个主要的不同之处:第一,转基因方法导入植物的都是性质明确的基因;第二,这些基因可以来自任何物种。与之相对,传统农业的大部分基因改造法(如人工选择,基因的种间转移、随机突变、标记基因选择和异种嫁接)向农作物引入的基因性质并不明确。有时,传统方法也会将一个物种的基因转移至另一个物种,小麦和黑麦、大麦和黑麦之间的基因转移就是例子。

根据2011年的数据,到2008年时,全球已有25个国家、12亿公顷的土地种植了共30种转基因作物,其中15个国家是发展中国家。预计到2015年,全球将种植120种转基因作物(包括土豆和大米),其中半数的种子由亚洲和拉丁美洲地区的国家级机构研发,生产的农作物主要供应各自的国内市场。

安全性评价

科学界普遍认可市场上现有转基因食品的安全性。过去14年中,全球共有约8亿公顷土地种植了商品化的转基因作物。迄今为止,这些作物没有对健康和环境产生过任何负面作用。美国国家研究委员会(National Research Council)和欧盟联合研究中心(Joint Research Centre)都认为,我们现有的知识体系足以评估转基因食品的安全性。

许多研究都显示,与传统作物相比,转基因作物并没有对环境和健康产生更多 “意外后果”(unintended consequence)。然而,这并不意味着每一种转基因作物都像市售的转基因商品一样表现得那么友善。每一种经过改造的新作物——不论转基因还是传统的基因修饰,都可能带来一些“意外”的恶性后果。在美国,转基因作物必须接受3个政府机构“具体问题具体分析”式的评估,相比之下,传统的基因改造作物却不受上述监管。

然而,时至今日,只有在传统育种的食品中发现的有害物质才会被登记在册。譬如,人们曾经用传统方法筛选出一种新的芹菜,其中含有大量补骨脂素,能够驱虫。但是,一些农民在收割这种芹菜后发生了严重的皮疹。这就是所谓的“意外后果”。

抗虫作物

“可以真正替代化学抗虫药的伟大产品已经出现,其中一些已经投入使用,并且获得了巨大的成功;另一些则还在实验室里进行测试;还有一部分,现在还只是那些想象力丰富的科学家脑子里刚刚萌芽的点子,正在等待进入实验室的机会。这些新产品,不论处于什么阶段,都有一个共同的标签:生物技术。科学家根据对害虫机体与生理构造的理解和认识,开发出这些新的手段。昆虫学家、病理学家、遗传学家、生理学家和生物化学家聚集在一起,正为了创造一种新的生物控制学,贡献他们的智慧和灵感。”(蕾切尔•卡森,1962年)

20世纪60年代,一本《寂静的春天》使许多普通人意识到滥用农药对环境和人类健康造成的恶果。即便到了今天,美国加利福尼亚州每年仍会发生数千起农药中毒事件。全球范围内,每年与农药中毒有关的死亡人数达到了30万。

减少广谱抗虫农药的使用,是最初一批转基因作物诞生的原因之一。玉米和棉花经过转基因改造,能够制造出一种蛋白,杀死危害这些作物的毛虫和甲虫等重要害虫。制造这种蛋白的基因来自土壤中的苏云金芽孢杆菌(Bt,Bacillus thuringiensis)。Bt毒素对许多害虫而言可以说是“烈性毒药”,但对大部分益虫和其他生物没有影响,对人类也是无害的。

敏感的昆虫吃下Bt作物后,会被Bt毒素杀死。这意味着,Bt作物可以非常有效地控制藏在植株内部的害虫,还有那些无法被农药彻底杀死的害虫,例如钻进茎秆的欧洲玉米螟(Ostrinia nubilalis)和躲在棉花球里的棉红铃虫(Pectinophora gossypiella)。

1996年,Bt作物正式商品化,成为了种植范围第二大的转基因作物。在此之前,Bt毒素已作为生物农药使用了多年。有一些人直到现在还在使用这种农药,其中包括有机农产品的种植者。人体已经暴露在Bt农药中达数十年之久,这一事实使得美国环保局(EPA)和美国食品及药品管理局(FDA)在批准Bt作物上市前,拥有丰富的材料来评价其安全性。另外,科学家用自然界中多种Bt毒素,做了大量毒性和过敏性实验。根据实验结果和长期累积的数据,人们的结论是:Bt作物和施用Bt农药的传统作物一样,对人和动物的健康以及环境没有负面影响,是安全的。

种植Bt作物减少了化学杀虫剂的用量,因此对环境和经济产生了正面效应,这对农业的可持续发展至关重要。以Bt棉花为中心,美国亚利桑那州建立起了一套完整的害虫监控系统。这套系统运行了十多年,到今天仍然十分有效。从1996年到2008年,亚利桑那州的抗虫农药使用量减少了70%,省下了20亿美元。

最近的一项研究还发现,从Bt玉米中获得经济利益的,不只是这种转基因作物的种植者。2009年,美国有2 220万公顷土地种植了Bt玉米,占全美玉米种植总面积的63%。据估计,14年间,伊利诺伊州、明尼苏达州和威斯康辛州的玉米种植者累计获益达32亿美元,值得一提的是,其中24亿美元来自于种植非Bt玉米。这是由于,种植Bt玉米造成了对欧洲玉米螟的区域性压制,减少了这种主要害虫对普通玉米的危害。另一项可比的估计数据是,艾奥瓦州和内布拉斯加州玉米种植者总受益36亿美元,其中19亿美元来自于非Bt玉米。这些数据进一步印证了此前一些研究的观点,即种植转基因作物可以使种植者之外更大范围内的人们受益。

种植Bt作物,同样符合可持续农业的另一个重要目标,那就是增加生物多样性。科学家对42项田间实验进行分析后发现,与非Bt作物相比,种植Bt作物的田地里,存在更丰富的无害无脊椎动物(比如昆虫、蜘蛛、螨,以及其他一些并非专门危害Bt作物的物种)。种植转基因作物能够丰富田地的生物多样性,这一结论为抗虫农药的使用设置了一个基线,截至2005年,美国已有23%的玉米田和71%的棉花田,按照这一基线的指导来使用抗虫农药。

在发展中国家,Bt作物也展现出了它的好处。举个例子,转基因大米和棉花为印度等国的农民节约了大笔农药支出。2005年,中国对“预备商品化”的转基因大米进行的一次研究显示,随着农药使用量的降低,与农药相关的伤害事件也减少了。

然而,尽管Bt棉花有效控制了棉铃虫在中国的爆发,其他一些不能被Bt毒素杀死的害虫,正变得越来越令人头痛。这更加说明,Bt作物需要与其他抗虫手段联用。美国亚利桑那州就发展了一套全方位的害虫控制系统,农民使用窄谱杀虫剂对付那些不怕Bt毒素的主要害虫。窄谱杀虫剂可以保护其他益虫。农民使用进食抑制剂对付草盲蝽(Lygus hesperus) 一类的害虫,用昆虫生长调控剂来对付烟草粉虱(Bemisia tabaci)。

无论有机、合成还是基因工程制造的杀虫剂,都会使害虫产生抗药性。对传统蔬菜作物(非转基因)反复喷洒Bt农药,已经使小菜蛾(Plutella xylostella)进化出了对Bt毒素的抗性。

这反映出农业上一个极为常见的现象:面对较高的选择压力,害虫会进化出抗药性。那么,为什么已经过了十多年,Bt作物仍能保持抗虫的能力?答案要归功于生物多样性。如果农民将Bt作物和非转基因作物混合种植,那些不产生Bt毒素的植物,就能帮助减缓抗性的产生。

那些眼睁睁看着Bt作物失去效果的人,大多没有利用生物多样性带来的益处。种植Bt棉的印度农民就是一个例子,他们没有给非Bt棉留下足够的空间,棉红铃虫便逐渐产生了非常强的Bt抗药性。而在美国亚利桑那州,从1996年到2005年,农民一直采用生物多样性的种植策略,那里的棉红铃虫没有产生Bt抗药性。

美国已经注销了只带有单一Cry1AC毒素的Bt棉。现在,他们的Bt棉都至少带有两种昆虫毒素。新的Bt棉或Bt粮食都含有两种以上的毒素,这既能延缓抗性的产生,又能扩大杀灭害虫的谱系。有一种新Bt抗虫棉能产生5种Bt毒素,其中3种杀灭蛾虫,另外2种专杀甲虫。

尽管生物多样性的种植策略减缓了抗药性的产生,但这种手段也有它的局限性。比如,并不是所有农民都会照专家说的办。一个替代性的抗虫策略是,将不育的害虫释放到田间,与产生抗药性的昆虫进行交配。

2006年到2009年,亚利桑那州将这一手段引入他们的“综合性”灭虫计划。农药喷洒被淘汰出局,亚利桑那州的棉红铃虫杀灭率达到99%。全方位、综合性灭虫策略的成功,印证了蕾切尔•卡森的预言,为未来的农业生产提供了一副路线图。

本文作者:Pamela Ronald

帕梅拉•罗纳德(Pamela Ronald)是美国加利福尼亚大学戴维斯分校植物病理学教授,她的实验室研究出了抗虫和抗涝的基因工程大米。她和丈夫劳尔•亚当查克(Raoul Adamchak,一位种植有机作物的农民)合著的《明日的餐桌:有机农业,遗传和食品的未来》,入选了《种子杂志》(Seed Magazine)和《图书馆期刊》的“2008年最佳图书”。

原文检索:

Genetically Engineered Crops—What, How and Why

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