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谈育种技术变革之路:从转基因到基因编辑 qrcode

2019-05-20

作者:索荣

转基因技术自诞生以来,公众对其安全性的怀疑未曾停息。草甘膦是否致癌,转基因食品是否安全,有机食品是否更安全,美国人吃不吃转基因食物……
 
尽管转基因安全性的争执未有结果,并没有阻止转基因技术渗透到我们生活的方方面面。中国转基因技术也取得一定进展,但受制于舆论环境等因素,与世界相比整体上还停留在第一代水平。面对以转基因为代表的生物技术,中国有没有更加稳妥的道路可走?正在崭露头角的基因编辑技术给我们提供了新的视角和路径。
 
毒性PK,转基因与黄曲霉毒素
 
草甘膦被指责为转基因的替罪羊,是因为耐除草剂性状在转基因作物中面积最大,是大豆、油菜、玉米、苜蓿和棉花的主要性状,2017年占转基因作物面积的47%。以耐草甘膦转基因大豆为例,草甘膦主要起杀灭杂草作用,并在大豆收获时用作脱叶剂,便于机械化采收。
 
由于草甘膦是水溶性的,在大豆油精制提炼过程中,草甘膦被萃取溶解带走,大豆油里基本检测不出草甘膦残留。
 
“实际上,食用耐草甘膦大豆或玉米对人和动物的影响,远比黄曲霉毒素要小得多。”陶氏杜邦农业事业部亚太区产品审批与倡导总监王琴芳一再强调。她举的例子是饲料玉米,养殖场的仔猪配方对玉米质量要求严格,一般采用进口转基因玉米。
 
一个惊人的数字是:体重70千克的人,只需20毫克黄曲霉毒素就会死亡。1993年黄曲霉毒素被癌症研究机构确定为1类“确定致癌”物,其毒性比砒霜大68倍,是目前已知霉菌中毒性最强的。
 
肝癌被称作“中国特色癌”。2017年发表于国际肿瘤学权威期刊《JAMA肿瘤学》的一项研究显示,1990—2015年26年间,全球肝癌新发病例增加75%,其中59%来自中国,中国肝癌发病率是全球平均水平的3倍。研究认为,导致肝癌发病、死亡的首要原因是携带乙型肝炎病毒,其次是酒精,黄曲霉毒素是引发肝癌的重要原因。
 
黄曲霉毒素引起国人关注,是2011年12月国家质量监督检验检疫总局公布的全国液体乳产品抽检结果,蒙牛乳业(眉山)有限公司生产的一批次产品被检出黄曲霉毒素M1超标140%。原因是奶牛吃了被黄曲霉毒素严重污染的饲料。由于黄曲霉毒素加热到280℃都不会被破坏,一旦牛奶等食品中存在,就没法去除。
 
由于黄曲霉毒素广泛存在于土壤、动植物、各种坚果中,在农产品中几乎无法避免,世界各国的通用做法是设定限量标准。1995年,世界卫生组织建议的食品黄曲霉毒素最高允许浓度为15微克/千克。中国食品安全国家标准中规定,植物食物中黄曲霉毒素B1的最高允许量10~20微克/千克,乳制品和动物食物5微克/千克。
 
为什么国内玉米黄曲霉毒素含量高?主要原因有3个:一是收获时含水量普遍高于18%,无论机械穗收还是籽粒机收,都可能造成籽粒破损,增加霉菌扩散感染的机会。二是农户储存玉米条件简陋,破损带菌籽粒混在玉米堆里,引起病原菌扩散。三是玉米生长和存储阶段由于虫蛀造成籽粒破损。玉米籽粒含水量18%以上、环境温度25~37℃、湿度大于80%,最适合黄曲霉菌繁衍,容易产生黄曲霉毒素。
 
“虫蛀破坏了玉米籽粒表皮天然的防护屏障,在高温高湿条件下极易引起霉菌侵染。而抗虫转基因玉米很少被虫蛀,这是其一大优势。”王琴芳简单解释了黄曲霉毒素与转基因的关系。从表面看,是机械收获破损、虫蛀引起霉变,本质上则是品种生育期太长,成熟时籽粒含水量过高,国内品种培育水平亟待提高。
 
安全性PK,有机食品与转基因食品
 
先看最推崇有机食品的欧洲和日本。专家表示,欧洲人口密度低,有资源发展有机农业;日本经济发达,可以不计成本。而另一面的真相令人大跌眼镜:其一,欧洲单位面积农药用量不低;其二,欧洲和日本也在大量进口转基因大豆和玉米。
 
“相较于美国,欧洲每公顷农作物使用的农药远高于美国。”美国农业部前食品政策与生物技术高级顾问杰克·A·鲍勃(Jack A Bobo)说。美国《科学》期刊发表的一项研究显示,根据2005—2009年数据测算,美国每公顷耕地农药用量2.2公斤,法国是2.9公斤,英国是3公斤,中国是10.3公斤。大面积种植转基因作物的美国农药用量低于有机农业盛行的欧洲国家。
 
“说欧洲不食用转基因食品是一个谣言。”英国咨询公司PG Economics董事、农业经济学家格雷厄姆·布鲁克斯(Graham Brookes)表示,欧洲国家每年大豆进口量达3,500万吨,基本全是转基因大豆,欧洲部分国家也种植转基因抗虫棉。资料显示,中国占到全球大豆贸易总量的6成,欧洲占1成,墨西哥在3.0%、日本是2.3%。不仅如此,尽管日本不种植转基因作物,却是批准转基因转化体最多的国家。
 
欧洲大量出口的啤酒、红酒、奶酪等背后都不乏转基因的影子。制糖原料甜菜、甘蔗,榨油原料大豆、油菜,酵母,奶牛饲料苜蓿、豆粕、玉米等都可能是转基因产品。
 
在美国,转基因作物上市,必须获得美国食品药品监督管理局、美国农业部和美国环境保护署的批准。转基因食品的安全性得到世界卫生组织、联合国粮农组织等的肯定。世界卫生组织指出,当前在国际市场上可获得的转基因食品已通过了风险评估,不太可能对人体健康带来风险,而且,在他们被批准的国家的普通人群中,还没有发现食用这些食物会影响人体健康。
 
中国科学院院士、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员曹晓风表示,转基因是自然界存在的现象。“转基因事件在地球演化过程中一直在发生。科学家的联合研究表明,291个甘薯栽培种的DNA中全部插入至少1个土壤农杆菌基因片段。农杆菌早在130万年前就对甘薯祖先种实施了‘转基因操作’。”
 
转基因技术也是迄今监管最严格的技术之一。国际作物科学协会(CropLife International)董事克雷格·瑞查德(Craig Rickard)表示,转基因技术从研发到获批、到应用监管历经13年时间,远长于飞机、汽车以及一些药物的问世阶段。
 
潍坊兴旺生物种业有限公司总经理和首席科学家王喜萍的表述很中肯:食用转基因食品也存在风险,可能使人产生抗药性、可能诱发某些人的过敏反应等。但是,经过严格审批的转基因食品,远比被添加了三聚氰胺、甲醛、苏丹红、瘦肉精、增白剂等化学品的食品安全,其安全性也高于黄曲霉毒素超标的食品。
 
是实现粮食自给自足,还是作为农产品进口大国,依赖于其他国家供给,是中国面临的选择。“中国粮食,中国饭碗”,应该诠释了中国的选择——粮食安全靠自己。
 
转基因美国人不吃?
 
国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)的最新数据显示,2017年美国种植的玉米、大豆、棉花平均转基因应用率在94.5%,基本达饱和。在2017年全球1.898亿公顷转基因作物中,美国占近4成。美国人不吃转基因食品就是伪命题。
 
而且从2015年以来,以美国为首启动应用第三代转基因技术,并应用基因编辑技术,以满足消费者营养和健康为目标。
 
“对食品的担忧是什么,美国消费者与中国消费者一样——自己的孩子和家人的健康与安全问题。”鲍勃说,美国人不仅认同转基因,也支持有机食品。为什么美国消费者对转基因的担忧比中国消费者要少得多呢?“我认为问题的关键就是信任。要解决中国转基因产业化面临的问题,就要增加消费者对监管机构的信任度。”
 
“我们面对的不是好与坏、对与错的问题,而是如何选择的问题。”鲍勃介绍,较之1980年,当前美国农业生产释放的温室气体减少了35%,生产同样数量的食物需要的土地减少了40%,所需能源减少了40%,所需水量减少了一半,水土流失减少了60%。发展可持续农业,是美国的选择。
 
到2050年,由于人口不断增长,我们生产的食物必须增加60%~100%。在有限的土地生产更多食物,还要应对水资源及其他资源不断减少的问题,对全人类都是巨大的挑战。布鲁克斯表示,我们必须直面温室效应、气候变化,要保护生态环境。生物技术在推动农业发展的生态可持续、经济可持续、确保农民收入稳定上发挥了重要作用。
 
美国科学院院士、北京大学现代农学院教授、学术委员会主任邓兴旺列举了一组数据:美国、以色列、中国耕地面积分别为29.7亿亩、640万亩、18亿亩,农业人口分别为205.6万、12万、2.8亿,人均农业产值分别为8.98万美元、3.64万美元、0.34万美元,美国和以色列一个农民可养活90~130人,中国1个农民最多养活4个人。中国耕地面积为美国的60%,化肥用量是美国的2倍、农药用量是美国的4倍。美国土地和人口的比例是中国的20倍。用科技力量改变现状,中国发展生物技术的潜力巨大。

中国如何抓住契机?
 
回顾中国,转基因技术发展一波三折,阻碍了这一新技术的产业化。与美国等对比,中国转基因技术还处在第一代。
 
而新的生物技术——基因编辑,为中国在这一领域的跨越发展带来了契机。
 
“基因编辑育种是作物育种的历史机遇。”邓兴旺表示,分子标记辅助育种、分子设计育种和基因编辑育种提高了育种效率,实现了精准育种。“基因编辑育种带来了翻天覆地的变化,用起来更简单,用完以后不留下任何痕迹,只是某个基因或者某一个碱基变了,没有任何别的东西留在新品种中。说它不安全,找不出道理来。”
 
从2013年以来,基因编辑技术飞速发展,以美国为首的各国政府,美国、加拿大、智利、阿根廷、巴西、以色列和日本等国已表态,一部分基因编辑产品不需按转基因管理。美国利用基因编辑和转基因技术的防褐变苹果和蘑菇,防褐变、丙烯酰胺含量低、抗晚疫病马铃薯等已经或者即将上市。
 
基因编辑不引入外源基因,只是在农作物本身的基因上“做手术”,可提高作物食味品质、改变颜色、增加营养元素,赋予作物抗逆性、抗旱性、抗虫性、提高肥料养分利用率等,实现真正意义上的精准育种。同时,基因编辑作物与天然作物农产品没有区别。
 
曹晓风介绍,我国科学家已成功将基因编辑技术应用在水稻、玉米、大豆、小麦和马铃薯等上。“随着科技进步和社会发展,我们国家原来是吃不饱,现在是消费结构改变、消费需求多元化,更加注重品质,更需要科技革新来满足人们日益增长的需求。打造‘健康中国’,必须从农业生产入手,发展营养作物,确保粮食安全,实现健康膳食,促进农业供给侧结构性改革。”
 
“我们的生物技术,尤其是基因编辑技术最接近国际先进水平,基因编辑技术的产业化应用,将赋予中国农业强劲的竞争力和美好的未来。”王喜萍说。
 
来源: 农资导报
世界农化网

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