彼得‧雷文:拒绝转基因是不道德的

2014-10-21 | 作者: 彼得‧雷文 | 标签: 彼得‧雷文

作者PeterH. Raven系美国国家科学院副院长,美国密苏里植物园名誉主席

自然界中基因的横向转移广泛存在,转基因技术即是模仿自然界中的基因横向转移。在转基因技术开发并测试长达30多年之后,这一技术已被用于生产种类繁多的药物、几乎全世界所消费的啤酒和奶酪、在27个国家被1800万农民在1亿7000万公顷土地上种植的农作物。二十多年来,数亿的人和数十亿的家畜一直在消费这些转基因作物及其制品,但是未有一例来自任何地方的可以确证转基因植物有害的案例。因此,让人很难理解为何在某些地区一直存在针对耕种转基因作物的抵抗活动。考虑到转基因作物与生物多样性之间的关系,许多人的第一反应可能是农业本身就是生物多样性最大的敌人,在过去的12000年中,人类的人口数从最初的一百万增长到了目前的七十二亿,而农业耕地面积已达到了约1/3的地球地表土地。一般来说在耕地上进行的农业生产越有效率,产量则越高,可持续性则越强,生物多样性受到的危害则越小。在近缘物种间自然发生的杂交是植物进化过程中的突出特征,由于人类选育具有某一改良特性的作物,这一杂交使得具有目标特性的作物得以富集。这一过程也影响了许多作物野生的、似杂草的近缘种的遗传特性。在某些特例中,反而使得他们更加类似杂草。当转基因参与进来后,这些现象既不会加强也不会迟缓,但是它应当在个案原则的基础上加以研究并解决。

能参与到讨论转基因植物在农业中的作用是一件深感荣幸的事情。全球农业中转基因作物的比重日益增多,但是这一特殊形式的植物育种在农作物增产方面所带来的愿景远超我们目前的理解。在这里,我们将讨论目前已取得的成果、可能存在的问题以及未来的前景。[这篇综述本质上是Raven,2010a,2010b这两篇综述的更新,在那两篇综述中,我书写了当时我对这个领域的所思所想。]

作为背景知识,我们必须认识到以下几点:基因的横向转移在自然界是普遍存在的;在对生物体成功进行转基因操作一年后,也就是三十年前,各种深思熟虑的讨论均表明这种生物体的安全性没有一般性的问题;数以亿计的人和数十亿计的家畜食用来源于转基因生物体的食物将近二十年,但是却没有一个疾病、异常或者其他问题的案例与转基因制品的食用有关。此外,几乎全世界所生产的所有啤酒和奶酪以及我们所使用的很大比例的药物均有利用转基因生物体所合成的产物,但是却没有登记在册的反对声。治疗埃博拉病毒 用的试验药物、将全球柑橘产业从黄龙病中挽救回来的唯一可行的策略都涉及到转基因生物体的应用。世界上每个国家科学院在对通过同行评审的证据和大量科学文献进行了全面研究后均已定论这些方法是不存在内在问题的。基于这些事实,我认为那些仍然坚持认为转基因存在一些潜在问题的人要么缺乏对科学的基本理解,要么是因为某些原因而对接受科学的发现和结论满不在乎。

根据国际农业生物技术应用服务组织(James,2014)的数据,2013年转基因作物在27个国家被1800万农民种植,种植面积达到一亿七千五百二十万公顷。尽管这些转基因作物得以快速应用,一些人仍坚持断言它们有一些未知的、潜在的危险,企图妨碍转基因作物的使用。事实上,没有任何客观原因表明,中国或者其他国家应该在其经济上的竞争对手快速推进此类技术的使用及研究时选择止步不前。与科学发现和过去二十年的实践经验反其道而行之,除了造成严重的经济损失并增加缓解营养不良及解决饥饿问题的难度之外,不会得到任何好处。举例来说,中国的环境问题广泛存在(Liu and Raven, 2010),任何延缓采用现代科学项目的举措都将使这个国家环境更加脆弱、增加更多的问题、令局部地区的贫困问题更加难以解决。

在我们对于世界粮食形势的综述中,Perry Gustafson、Norman Borlaug和我(2010)列出了七种常用于改良作物遗传特性的方法,这七个方法分别是:组织培养、花药培养、诱变剂技术、分子标记辅助选择的利用、基因组选择的应用、全基因组测序以及可绕过有性生殖过程的植物转化技术。这七种最新的方法均可以产生高产作物。令人匪夷所思的是,一些人坚持认为其中一种方法产生的作物是很危险并且应该避免,但是对同一情景下的其他几种方法却绝口不提!

作物的驯化

12000年前,耕作农业由我们的祖先发展起来,往此前溯二百万年,整个世界才仅仅一百万的人口。农业诞生之前,人们通常20至40人一起群居生活,他们都是狩猎者与采集者,必须不停的搜寻食物并且找到之后立即吃掉来维持生命。早期农业工作者则通过不停的选择和播种来改良这些植物的特性,那些播下的种子来自于繁殖能力强或者高大强壮的植株;或者来自于容易收获的植株;或者来自于在他们生活的地方长势良好的植株。当这些农民成功地从这些作物中获得大部分食物之后,他们可以将盈余的食物储存起来以度过 艰难的季节。因此,人们可以更大规模地聚集在村庄、小镇或者城市生活。个人可以选择在人口密集的中心地区从事更加专业化的工作,这一专业分工导致了文明的许多特征的发展 。5000多年前,书写的发明更是让人类发展的进程更加快速,因为书写可以保证事实和发现被准确地记录下来,这样人们就可以不断传阅、讨论并用于将来的实践。

由于农业耕地在地球上不断扩张,人口数目已增长到了72亿,这一数目仍以全球每天新增250000个人的速度不断增长。不幸的是,目前仍没有确凿的证据表明在下个世纪人口的增长速度会稍有减缓。由于有将近十亿人口目前处于营养失衡状态,这一庞大比例显然会带来难题。由营养失衡导致的身心发育不正常使得这些人难以成为可以正常生活 的正常人。同时又有将近一亿人饱受饥饿致死的困扰。考虑到我们目前已经使用全球可承受的生产能力估计值的156%,该比例还在增长,而且我们的人口和消费需求均在不断地膨胀,因此想要显著地改善这一状况是非常困难的。

转基因作物会导致生态破坏?

转基因作物的耕种有多大可能性会导致生态破坏?这种破坏的本质是什么?为了弄清楚这些关系,我们必须首先明白,农业本身可能是过去一直存在并延续至今的对生物多样性最具破坏性的人类活动。人类用来生产粮食的面积在12000年内从过去的零到如今覆盖全球约1/3的地表面积!很显然,伴随着草地、森林以及其他自然植被在如此短的时间内转变成耕地,必然导致成千上万的不同物种灭绝殆尽,其中大多数物种甚至还来不及为人所知就已灭绝。在现代农业中,我们力图限制土地上杂草和虫害的发生以保存土壤肥力并达到最大生产力。当然,我们需要尽可能最有效、最高产地使用我们的耕地,因此我们不会试图将它们的范围扩张到周围那些低产的土地。如此做法必然导致特定区域生物多样性遭到更严重的破坏。地球上适宜耕种或放牧的土地大都已经被人类所利用。由于这些限制因素,粮食产量增长相较于人口数目增长则缓慢的多,伴随着人口增长而来的是对粮食的需求不断增加,其是需要较高环境成本来生产并且在世界富裕国家需求增长快速的肉类和鱼类——的需求不断增加。据估计,到本世纪中叶,我们必须增加目前粮食产量的50%才能养活这个世界不断增长的人口,要实现这一目标我们必须提高现有耕地的生产力。

关于作物的驯化,我们必须强调以下几点。一旦野生植物得以栽培种植,这些植物的遗传多样性就开始减少。伴随着两个世纪以前科学耕作和遗传性状的精确测量的出现,由于耕地上遗传同质性的加强,作物改良的步伐大大加快。由于随之而来的一些重大进展,如20世纪30年代杂交玉米的发展,许多地区耕地的规模大大增加。在此背景下,农民会自然而然地选择种植已被证明比他们之前种植的品种更高产的转基因或者其他手段改良的作物品种。断言转基因品种的种植会导致土地更加遗传同质化明显是毫无意义的;这一过程自从第一个作物得以培育种植以来就一直在进行中,不同之处在于我们现在可以更好地、更有效地控制这一过程。事实上,转基因方法的应用有时会直接使得作物遗传多样性得以保存。当数百种遗传背景不同的作物品种种植在土地上之后,与美国大豆的种植类似,每个品种的转基因版本均可以获得,由此使得整个土地的遗传多样性与转基因方法用于改良作物之前的遗传多样性是一样高的。

两类生物多样性:农业生物多样性(农作物多样性)

讨论种植转基因作物对生物多样性的影响通常会将特定作物和他们的近缘种的遗传多样性和生物多样性的残存相混淆。前面我已经指出,作物的遗传多样性自从首次被栽培种植之后就一直在减少。同时,农民也在努力地、有意识地选育一致的、高产的作物,这一选育过程通过选择特定性状来实现,如抗旱;抗虫或抗病;具有较大和较多的种子、果实、叶片或者其他被人类收获后可利用的部位。对于作物遗传多样性保留所进行的努力具有重大意义,尤其是德国科学家N.I.Vavilov在20世纪20年代至30年代做出重要的基础性研究之后,人们同样将注意力转向了作为遗传多样性的重要保留者的栽培作物的野生亲缘种。作物起源的中心地带被认为是栽培作物与它的近缘种种间变异仍然保留着的地方。此类中心地带的例子有墨西哥南部之于玉米、美国西部平原之于向日葵、热带到亚热带的东亚之于大豆。水稻的野生近缘种仅局部存在于印度到中国的部分地区。

改良作物品种均是在最初产生此作物品种的地区培育种植的。自从人们开始培育植物,基因流回野生或者类似草的近缘种中已成为农业的不变特征。像许多作者——以Edgar Anderson为开端——所记录的,不同属和种之间的杂交在许多植物的进化中一直扮演重要角色。从植物进化的这一特征来看,为了提高这些作物的遗传变异性并有助于一系列目标性状的选择,作物与其野生或者似杂草的近缘物种之间的杂交是不足为奇的。在一些例子中,如六倍体(2n=42)面包小麦(Triticum aestivum)的起源,杂交后有一个多倍体化过程,这样就可以保证杂交种及其性状的稳定性,并作为后续混合种植的选择目标。在另一个例子中,玉米起源于大约8000年前通过对野生杂草——大刍草的一些农艺性状进行改良的过程。目前没有自然存在的植物与面包小麦或者玉米类似,当然面包小麦仅可以与其他六倍体面包小麦杂交形成可育杂交种。相反,玉米可以与具有相同染色体数目(2n=20)的大刍草杂交,野生的和培育出的植物各自具有的性状均可以在作物和他们的野生亲缘中以不同的方式重组。墨西哥及其他地方玉米的当地品种、农家种的多样性与前述伴随着杂交所得到的重组性状有很大关系。在一个多世纪以前,当杂种玉米和其他改良品种被引入墨西哥之后,这些新品种的遗传性状与当地已存在的“农家种”进行组合。即便在这些品种引入之前,这些农家种也由于农民不断选择栽培它们和其他地方的玉米新品种的引入而不断改变。将农家种认为是一个很多年都固定不变的品种是不合理的,而应该更准确地将它们看作是类似于万花筒中不断变化的颜色,它们会不断的改变并被种植它们的人们根据偏好而不断得到改良。

以上两个例子几乎与其他所有栽培作物在起源及随后的改良过程中均有类似之处。因此,转基因作物与其他作物进化过程中发生的杂交具有相同的方式、相同程度,这一点是丝毫不足为奇的。需要强调的是,无论转基因是否发生对基因在同一物种的栽培种和野生种之间扩散或对在他们发生的栖息地处产生一些问题的可能性都毫无影响。可能会有影响的则是与某些特定基因的本质以及他们由于杂交而在新环境具有较强的适应性。

作物和自然界中基因转移如何进行?

由于这两者已被广泛讨论,在这里我们将注意力转向基因转移,来看看在栽培种和它们的野生及类草的近缘种群体中有哪些特殊表现。目前广泛使用的转基因产品主要是抗虫的Bt转基因作物;抗草甘膦除草剂的作物以及抗病毒作物。尽管这些基因在本质上是不同的,但是我们可以从这几个例子来窥视整体情况。因此,我们首先会问这些基因如果存在于野生或似草的近缘种会产生什么样的结果。如果似草的或者野生的植物获得了Bt抗虫特性并且这些害虫在这一特定环境中产生了明显的选择压力,那么这些基因可能会存留在似草的物种或祖先的群体中。如果他们真被保留了下来,那么植物将会得到更好的保护不被害虫侵食。Snow等人(2003)和Poppy和Wilkison(2007)已经分析Bt基因从向日葵栽培种转移到野生种的具体实例了。他们发现含有Bt基因的野生植株比不含Bt基因的同种野生植株不易被虫食且具有更强的繁殖力。这一基因转移过程使得满是栽培种的田里有更多的野生杂草,但是其他农艺操作可以除去这些转基因杂草。

除草剂耐受的问题就更复杂。不论何时除草剂用于农业,目标物种或其他物种由于经常暴露于除草剂之下,最终总会产生抗性品种。例如,广泛使用的草甘膦除草剂就导致了不同地区——尤其是美国,一些抗性杂草品种的出现。这是使用除草剂(或者农药)就必然会出现的问题,原则上是与转基因作物没有任何关系的,只与除草剂如何使用有关。与人类或其他动物解决抗生素抗性一样,已有多种策略被用于处理对除草剂有抗性的杂草;不论是否种植转基因植物,这些策略将会一直在农业生产中发挥作用。在常绿草的例子中,尽管大多数基因扩散仅限2公里的范围,但是草甘膦抗性品种在距离转基因植株种植地21公里的地方出现了(Watrud et al. 2004)。由于草甘膦是控制这种从欧洲引进的并作为草坪在森林和公园的空地中广泛种植的草类植物的主要方法,因此这就成了一个不得不考虑的问题了。这一例子也证明了花粉散播的方式对转基因作物或其他栽培作物与他们的野生近缘种分隔种植具有很大的影响。虽然换一种除草剂可以对付这类侵袭,但是种植抗草甘膦除草剂草皮的优势和劣势需要考虑整体环境中他们本身的优点。

以上实例说明了伴随目前广泛使用的基因的转移而产生的各种情况以及特定基因转移到作物中与他们在自然中特定情况下的适应性并没有任何关系。由于额外的基因被引入各种作物中,如果这些基因被转移到野生近缘物种中,那么不管这些基因是以何种方式转移到基因组中的,都必须评估这些基因可能的效应。除草剂抗性可以直接从一种作物扩散到与之种在一起的杂草中是毋庸置疑的,但是除草剂的滥用会更直接地导致同样的结果。显然,即便转基因性状不参与其中,每一种状况都必须用正确的农艺实践来解决。

作物遗传多样性的保护

为了保护现存于作物以及栽培植物和它们野生近缘种中的基因,我们应该做些什么呢?我们目前已能理解这些基因可能在未来急剧变化的世界对作物表现的改良具有重要意义。对于农家种以及更古老的栽培品种,期望农民来栽培古老品种是不大可能的,因为这些古老品种产量低,而且与新品种或他们在古老品种与附近引入的品种进行杂交后代中选育出的品种相比,古老品种均不是理想选择。理论上,我们可以资助农民来保持这些传统品种的种植,但是实际上却并没有任何此类实际行动。最有效的保护遗传多样性的方法可能是保留下代表遗传多样性的、某一给定物种的所有栽培种、杂草和野生植物的种子。位于墨西哥中部的非常重要的农业组织——国际玉米与小麦改良中心已经对玉米的种质资源进行了搜集。此外,我们可以尝试在他们自然生长的地方保护野生种和这一作物的相关物种。总之,那些被转入转基因作物用来改良作物特性的基因在作物和他们的野生近缘种中的转移对这种作物和他们的近缘种生物多样性的幸存并不构成挑战,并且实际上还有可能促进了遗传多样性的保留。

生物多样性总体概括

第二种具有讨论和分析价值的生物多样性类型则是总体上的生物多样性了。据估计,地球上目前有1200万种原核生物和数百万种细菌和古细菌,这些生物体是地球上生命的基础。这些生物体数十亿年的生命活动不仅改变了土地、水和大气的特性,也使得他们生存了下来并支撑起我们的生命。植物则直接或间接地为我们提供粮食以及大部分的医药;作为一个整体的生态系统维持了我们赖以生存的土地和水;那些美丽、多样的生物体则极大地丰富了我们的精神世界。人类未来的进程很大一部分需要依赖于我们维持生物多样性以及可持续地利用生物体特性的能力。由于这些原因,转基因作物的栽种是否会威胁到不断存在的整体的生物多样性是至关重要的问题。我们已经知道了物种会很快灭绝的许多原因。其中一个就是由于农业或城市扩张、林业或者其他原因所导致的自然栖息地的严重破坏;还有就是物种入侵以及全球气候变化等原因。全球气候变化正日趋加快,据跨政府气候变迁小组(IPCC)最近发布的报告估计截至本世纪末,气候变化将导致约1/5或更多物种的灭绝。这些因素共同作用的结果就是,地球上超过一半的物种将在本世纪末到来前灭绝,其中绝大多数物种在灭绝前我们都未能有所了解。已存在生物体如此大比例的灭绝将导致我们重建全球可持续发展的能力面临重大损失;我们显然在减缓我们目前和将来的共同利益损失方面有一致的诉求。

转基因作物的种植和生物体的灭绝之间会有什么关系呢?我们已注意到,农业本身就会导致严重的生物灭绝,低等农业相比于密集的、高产的农业对生物灭绝的危害更大,因为它覆盖的面积更大、影响的物种更多。传统农业的重点是排除那些在富饶的土地上生存的动植物,选择优良品种保持下来,它的成功往往是以在多大程度上成功排除一些动植物来衡量的。将传粉昆虫或其他有益生物体生存的栖息地保留下来对人类来说显然是有益的,但是土地本身则大体上应尽可能的摆脱生物多样性。在转基因作物的例子中,降低或消除对农药应用的需求,附近的生物群体由于不会受到化学药品的伤害,也将获益良多。我之前已经提及,更高产的、密集的农业更有可能保护生物多样性。一般来说,栽种转基因作物和生物多样性的幸存是正相关的关系,为什么生物多样性公约在转基因作物种植以及在不同国家之间运输如此畏首畏尾,这对我来说仍然是一个迷。

转基因作物对非目标物种的影响

仅根据转基因作物种植田之外物种受到影响的几个特例 ,就声称Bt毒蛋白可能对其他并非目标生物产生影响是不对的。 同样的情况也发生在“终结者”( Roundup)除草剂的抗性上,在这一例子中,对特定除草剂有抗性的转基因作物被用来除掉耕地上的杂草。如果除草剂从田间扩散出去,对生态系统的真正破坏将不可避免;但是如果它们真能提高产量,那么这将对其周边地区生物多样性的幸存是有利的。如果除草剂或者农药随意在农田之外或其他地方使用,那么必然会引起问题。另一方面,通过避免长期经常使用农药,就像欧洲那样,那么这一对生物多样性和人类健康的主要负面影响就可以避免。

基因从转基因作物中转移到同一物种的非转基因作物

这个问题本质上是我们人类自己引起的。它在很大程度上是由于美国农业部不合理地将转基因作物归为“非有机”导致的,这反过来又催生了对其是否“纯净”的担忧,这一概念对植物如何演化以及作物遗传特性如何通过多种方式进行改变给出了非常奇怪的见解。这一名称丝毫没有一点理性的基础,反而会在可持续农业的发展道路上增加额外的障碍;我尤其认可M.S. Swaminathan所给出的建议,他认为这两种方法可以携手促进作物优良性状的改良。我之前已强调,农业本身就不是自然状态;所有的栽培作物和驯化的动物都是通过很多年的遗传操作改良的结果。在全球急需增加粮食产量的大背景下,仅仅基于认为他们具有潜在威胁的意识形态的理由排除作物育种的特定方法是极不明智的。不论某一作物的花粉是否如胡桃、白杨、松树或草一样通过风来传播,花粉都有可能传播很远的距离,导致某些性状在离它原来位置很远的地方表现出来。对于许多其他作物,比如苹果、马铃薯、油菜、南瓜、苜蓿、莴苣、向日葵、果树和浆果作物,他们的花粉是由昆虫传播的,这些作物花粉传播的距离则取决于那些传粉昆虫的习性、数量和习惯以及他们所接触的花的特性了。一些作物,比如水稻、小麦、大麦和大豆,则是自花授粉,他们的花粉只有极少的一部分可以通过风扩散出去。这些基因是否会像通常一样在新环境下存留下来往往取决于那些接受这些外来花粉的植株所在环境的选择压力。通常,如果不考虑特殊情况下发生的基因转移的话,没有任何理由担心这些花粉扩散可能引起一些问题。

新品种杂草产生的可能性

目前共有20000多种植物被认为是杂草,平均大约每二十个物种中就有一个是杂草。这些杂草在世界各地的自然或人工环境中广泛分布,一些杂草甚至生长在作物之间,这种类型的杂草往往对作物产量有负面影响。大多数的杂草是伴随着农业或园艺被人类从一个地方引入另一个地方的。另外有些杂草是由于偶然性地污染或粘附在一些产品或物品上被运输到其他地方去的。抵制转基因作物的观点之一即是使用转基因会导致新的、极具侵略性的杂草的产生。事实上,有些非常重要的杂草的起源与农作物有关,其中以约翰逊草和红色杂草稻为典型,红色杂草由栽培水稻和野生水稻杂交产生。这些杂草往往为农业生产带来麻烦,因为他们都有与起源作物类似的一些特性,因此很难得到控制。然而,这些例子无一例外都与转基因技术无关;并且没有例子表明:相比其他杂草,我们应该对这些假定的杂草更加畏惧。

不可否认的是,对害虫及除草剂有抗性的基因从作物中转移到特定杂草中之后确实会增加在农田中控制这些杂草的难度。因此,已获得除草剂抗性的野生甜菜对于同一物种驯化而来的甜菜来说是一个比较麻烦的杂草。目前人们已知道此类数量不多的例子了,前文讨论的向日葵就是一个。但是,我们应该在数千个已知的极具侵略性的杂草的大背景下考虑这个问题并且应该秉承具体问题具体分析的态度。许多人可能反驳说,杂草的特性与大多数栽培植物是截然不同的,许多作物在自然界中不能自己繁殖——玉米和大豆就是最好的明证,因此若说他们会对新种杂草的形成做出贡献是令人难以想象的。

法律

我本人曾在20世纪80年代亲自参与《生物多样性公约》的形成,意识到目前均斤斤计较于转基因作物这一事实,我感到非常难过。所谓的生物安全原则并不是基于任何有根据的科学原理,通过《卡塔赫纳生物安全议定书》 或其他方法来使其生效,已经给了某些人一纸证书。那些人由于个人原因——大概是政治性的原因——希望减缓我们已可用来生产这个世界急需的粮食的工具付诸使用。伴随着监管转基因作物而来的不明智的、浪费精力的争论已经消耗掉了数百位外交官和理想主义者的数千小时时间,但是却没有产生对保护世界生物多样性有丝毫作用的结果, 而保护世界生物多样性正是我们都希望在生物多样性公约下的活动所能得到的结果。就像我在这些评论中解释到的那样,目前没有明确科学基础来假定涉及转基因生物的生物安全原则会对全球范围内饱受威胁的生物多样性的幸存起到任何作用。从这一角度来说,《生物安全议定书》 明显正在向其设定初衷靠拢—即生物多样性保护— 有关的问题,这对我来说是一件值得高兴的事情,而保护生物多样性也正是我为之奉献一生的事业。

结论

农业自从12000年以前被发明出来之后就一直是生物多样性的主要敌人。在人口数目由一百万增加到现在的70多亿的过程中,我们已经在更多的土地上更密集地种植了许多作物,但是仍有约10亿人处于营养不良的状态。目前我们的人口数目已经超过了这个星球的承载能力的50%还多,因此我们正在以不断增长的速度来逐渐消耗掉这个星球的资源。一些组织和个人置这些重要的关系于不顾,在毫无科学事实的支持下,选择抵制可以对作物进行改良进而提高产量并使得人类得以持续发展的方法。对任何国家来说,基于政治原因而对这一技术不闻不问都将是一个可耻的错误。

在任何情况下,在自然系统中广泛分布并进行必要耕作的低等级农业生产,其对生物多样性的破坏远超过在特定区域集中的、大规模的农业生产。与之相反的是,一些无转基因作物的耕作系统——尤其是涉及大量化学药品使用的欧洲——对环境的破坏更是巨大。对于我而言,考虑到采用这种任性而为策略的结果就是使数十亿人承受了各种伤害,我认为由于非科学的原因而拒绝接受转基因作物是不道德的。

参考资料
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来源:基因农业网

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