《麻省理工科技评论》:中国的转基因储备

2015-03-14 | 作者: David Talbot | 标签: 中国的转基因储备


尽管反对的阻力巨大,但中国将会凭着领先世界的研究投资和巨大体量主导转基因食品的未来。

北京七月,一个燥热且烟雾弥漫的周末。紫禁城内挤满了成千上万汗流浃背的游客,而在城市的东边,中国农业博物馆却显得宁静得多,波光粼粼的池塘开满粉色莲花,周围环绕着整齐有秩的建筑。中国农业博物馆,隶属于农业部,曾经承诺将“让游客熟悉中国的农业历史”,但这种官方承诺所欠缺的正如展示中所缺少的解说。

中国人最早于9000年前种植水稻,并发明了复杂的灌溉系统。今天,水稻是中国(以及世界上一半的国家)最重要的作物。大约2500年前,中国最先发明了实用的铁犁头,这种犁头被称为铧,它呈V形弯曲,能有效地把硬土犁碎。这些延续上千年的创新可以和过去一个世纪的任何发明相媲美。袁隆平是受国人尊敬的“杂交水稻之父”,他曾在20世纪60年代中期说,如果能找到雄性不育的水稻植株(不能自己授粉),他就可以大规模培育杂交水稻。 (一般来说,杂交品种生命力较强,产量更高)。后来他发现了这类植株,并与其他研究人员在一年后研发了高产量的杂交水稻,这对水稻产业来说是个跨时代的革新。

但展出并没有提及曾给中国农业带来巨大痛苦的失败。袁隆平亲身经历过毛泽东主席发起的1958 - 1961年“大跃进”运动,“大跃进”运动禁止私人务农,代之以大型集体农场,从而引发了粮食生产和销售的崩溃。这导致许多人死亡,大部分是饿死的。博物馆也没有提及现代农业技术最有争议的产物:转基因生物。是的,20世纪90年代出现了基因枪技术,即用高压气枪把包裹DNA的粒子射入植物细胞内,从而产生了早期的转基因作物。典型的成功案例即转基因Bt棉花,这种抗虫棉已经在中国大面积种植了15年,它不仅减少了农药的使用,也大大提高了产量。 (这种植物转入了从土壤中提取的一种对害虫有害的苏云金芽孢杆菌的DNA,该作物的种植面积占棉花作物面积的90%,并且据估计每年给农民带来10亿美元的经济收益)。但这个传奇发生在十多年前。

中国的执政党共产党面临着愈演愈烈的反转呼声。就像在其他国家一样,关于食用转基因产品是否安全的问题在中国也众说纷纭。但近期中国公民睹了许多重大食品安全丑闻,这其中包括三聚氰胺事件(2008年含三聚氰胺的牛奶产品导致六名幼童死亡,54000人被送往医院就诊)和地沟油事件(2010年从下水道回收可能含有致癌物质的地沟油被当成安全食用油卖给消费者)。在这种背景下,少数反转分子关于转基因产品的不真实批评(例如食用转基因大豆油会增加肿瘤发病率的传言)更容易引起社交媒体的关注,而民众通常更相信官方媒体的报道。2012年,绿色和平组织发布了一个耸人听闻的报告,这个报告是关于给孩子食用“黄金大米”的,这种大米经过基因改造生产β-胡萝卜素从而弥补维生素A的不足,(最后发现,父母们并没有被提前告知大米是转基因的,参与研究的三个研究人员受到了处分),不论是官方媒体还是社交媒体对此事都是一片哗然。

最近一项非正式的中国大众媒体的民意调查显示,绝大多数人认为转基因生物是有害的。科学调查还表明反对派占了很大一部分。今年一个学术调查发现,大约三分之一的受访者坚决反对转基因生物,另外39%的人对此表示担忧,这和之前早些时候政府的调查形成了巨大的反差,这种反对通常带有民族主义。越来越多的转基因玉米和大豆进入中国,他们主要是用作饲料,当然也有部分用于加工成食品原料,比如油。社交媒体上广泛传播着所谓美国人的阴谋,称他们试图毒害中国消费者,或者至少把他们拒绝吃的转基因食物强加给中国消费者(事实上,大多数美国人食用的加工食物也含有转基因成分)。

今年早些时候,一位中国将军下令,军队食物不能含有任何转基因成分,甚至一丁点油也不行。所以现在不管怎么说,政府是不批准新的转基因生物作为粮食作物的。现阶段中国没有种植转基因食用作物(除了抗病毒木瓜),哪怕是用作动物饲料也没有。农业部上次发布安全证书是在五年前,当时准许在中国研发抗虫水稻和一些磷含量适中的对猪来说更易消化的玉米(植酸酶玉米),以促进经济增长,减少后续污染,但也从没允许推广种植。这份安全证书已于8月份过期。最近袁隆平本人也表示支持转基因生物,但这也没能改变政府政策或公众舆论。中国农业政策中心主任黄季焜说:“技术方面是准备好了,但在政治上,转基因还是敏感的。实现商业化还有很长的路要走。大米是主食,因此公众对安全的担忧是必须重视的。”

尽管存在不确定性,对转基因作物的研究仍在继续。据一项发表在《自然生物技术》上的统计,378家中国机构有成千上万的科学家正在从事这项工作。到2020年,政府将在在转基因生物研发上投入40亿美元。研究人员正在使用最新的转基因技术,在成千上万的作物品种中进行高通量基因组分析,以加快探索的步伐。

尽管他们都很谨慎,还是引起了公众的反对。中国领导人清楚地意识到,他们的国家将需要更多的食物。增长农产品需要新的农业技术。作为世界上人口最多的国家,中国有超过13亿人口,这一数字将在2030年上升到14亿。同时,气候变化的加速将给农民带来巨大挑战,如更严重的干旱,洪水,和热浪(见《为什么我们需要转基因食品》,2014年1、2月刊)。虽然从20世纪60年代到20世纪90年代以来,中国粮食产量增加了两倍,这得益于杂交品种和农药的大面积使用,但这些收益15年前开始大幅放缓。从那时起,生产率停滞不前。更糟的是,不断加速的工业化进程不断蚕食耕地。最后,人口不仅将更多,人们也会变得更富有;国内生产总值上升意味着对肉类需求的增加,这将给农业带来巨大的压力。据估计,十年内,进口玉米的需求量将从今年的约五百万吨飙升到两千多万吨。这些玉米将会作为饲料,喂养最终走向屠宰场的动物们。

据估计,中国将建立一个转基因作物品种储备以供将来使用。中国认为这是保护其长期安全的一种方式。食品安全专家,斯坦福大学国际研究Freeman Spogli 协会的Scott Rozelle称,事实上,中国是世界上在基因组学和作物基因改良上投入最多公共支出的国家。 “当然我们(美国)没能做到这样,更何况大型跨国公司现在也不在植物生物技术研究上投入太多资金了” Rozelle说。“然而,中国却继续投入。”到目前为止中国已经能够养活自己了,所以没有动力来进一步开发这个新技术,他补充道。“但他们继续注入资金。这是出于对科学的爱吗?他们是在为某天做准备,那天可能暴雨滂沱也可能晴空万里。但当那一天到来时,我想他们会掌握比任何国家都多的转基因技术。”

中国政府通过投资灌溉和补贴农民以维持当前较低的食品价格,进口玉米和大豆也为此做了一部分贡献。2008年,中国成为粮食净进口国,四年后成为全球最大的食品进口国;现在大约5%的食品来源于进口。这使得中国对转基因粮食作物的立场对整个全球市场都很关键,如果中国为转基因生物开绿灯,许多其他向中国出口粮食的国家也将可能接受转基因。

同时,进口的增加促使中国做更多的努力来养活自己的人民,并推动国内对转基因生物的研究。进口是“关系粮食安全的重大问题”,从事农业基因组测序和转基因工作的北京中国农业科学院生物技术研究所的首席科学家黄大昉说, “我认为高层官员非常关注(这一问题)。我们必须使用新技术。我们必须开发转基因。”
28摄氏度下生长了9天的拟南芥幼苗,用来研究耐热。

水稻基因编辑
高彩霞和她的基因编辑版矮秆水稻,期望能够更高产。

高彩霞充满生气且笑声爽朗,从她身上,可以看出中国乐观且精力充沛的转基因研究现状。她身穿一件灰色T恤,上面印有粉红色的“Just Do It”的大字。她带领我参观了她的温室和北京中国科学院遗传学和发育生物学研究所的植物细胞与染色体工程国家重点实验室。她是世界上少数几个能使用复杂的基因编辑技术(包括那些被称为TALENs和CRISPR的技术)的人。

早期基因枪原理类似于猎枪:他们不能精确控制DNA插入植物细胞的哪一个部位。毫不夸张地说,这个过程是无计划的。相比之下,新方法是可以插入特定的DNA序列,可以在任意的目标基因组上删除或添加一个基因,甚至可以改变一些核苷酸。和旧方法相比,这是不可思议的。自从新方法让他们摆脱对其他物种的基因(如土壤中的细菌)的依赖后,他们也可以避免一些针对转基因作物的反对意见了。

高彩霞是水稻基因工程的先锋。她大步穿过潮湿的充满水稻测试托盘的温室(这里空气感觉比较清新,比起户外严重的雾霾要好得多),她解释说,每个测试托盘中的水稻都曾被新的编辑工具“淘汰”掉一个或多个基因。有拉力的架子能让植株竖直生长,这样更多的植物可以在限定的区域内生长。在另一个架子上,她展示了一个理想的带香味品种“这种闻起来很香吃起来也香”。这些特征可以帮助抗虫作物打开市场。最后,她来到了一个水稻植株只有周围品种一半高的测试托盘旁。由于一个基因被编辑过,这些植物要显得矮小些,但其影响尚未明确。研究员希望这些植物在叶子生长上消耗更少的能量,而将更多的能量用于生产可食用的种子。这将能带来更高的产量。

全国各地正在开展大规模的实地试验,但公共数据不足。科学家们认为他们必须隐藏试验的位置。他们有理由为此担心。
试管中的水稻幼苗

高彩霞的研究仅是全国性机构的一部分。2002年,中国科学家最早进行水稻基因组测序,作为与菲律宾国际水稻研究所(IRRI)和北京基因组研究所共同开发被称为“绿色超级稻”的水稻(GSR)的一种努力,今年他们公布了3000个品种的序列。华大基因研究院一直在用高通量技术系统地比较这些菌株。他们的目标是确定那些可能对植物的特性有重要影响的基因,如产量、味道、抗虫、抗除草剂、耐干旱、耐盐和耐涝等。结合基因编辑工具,这种新知识财富意味着快速和精确的转基因时代就在眼前。

高彩霞和她的同事也在研究其他重要的农作物,如玉米、小麦和大豆。他们最近培育了一种能够抵御小麦第二大疾病--白粉病的植株。在我们开车去北京郊区的路上,那里后面有一排工业建筑,室外是一大片试验田,里面种满了传统育种和转基因育种的新品种。其中的转基因生物包括能生产更多油的大豆植物和一亩抗叶片枯死病的水稻。

大规模的田间试验在全国各地都有,但公开数据匮乏。黄大昉说,近期是许多试验田小麦的收获期,就在距北京两三个小时车程的地方。中国农业科学院的研究包括抗旱小麦品种。国内的其他机构也正在进行类似的抗旱玉米试验,他补充道。但与全国的一些专家一样,中国农科院的科学家也认为他们必须隐藏试验田的位置(他们有理由为此担心。三年前,澳大利亚绿色和平组织的激进分子摧毁了一片转基因小麦;去年,菲律宾的激进分子摧毁了一片黄金大米试验田。高彩霞和黄大昉说,他们担心中国可能发生类似的事件)。虽然没有现场试验数据的中央公共信息库,但黄大昉说,基本可以确定转基因作物种植范围很广而且富有成效。“你可以想象,试验田已经遍布世界很多地方了”他说。“基础研究是非常开放的,但是对于田间试验,我认为数据要保密。”

研究人员有时会想他们的工作到底什么时候才能有出头之日。高彩霞说:“我们可以做研究,我们有足够的资金支持,但我不知道中国的科学家是否可以生产产品。”武汉华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室的主任张启发,承担了绿色超级稻项目。他开发了一种转基因抗虫Bt水稻,但至今仍被禁止商业化。谈起转基因生物时他显得沉默寡言。“不准确的报道和采访给我带来更多的是伤害”,他在一封电子邮件中表达了自己的心痛。“我宁愿选择沉默。”

这种大豆出油率更高,且油质好。

独自战斗


今年年初,中国政府发布了一个政策文件,强调要将其育种产业壮大,与世界级的基础研究相匹配。这个政策的目的是促进中国成千上万的种子公司的发展,并且推出一个像孟山都公司那样在基础研究与大规模生产上都实力雄厚的种子公司。所以我一直盼望着参观大北农集团,大北农集团是中国市场最有价值的大型的动物饲料和种子公司。大北农的生物技术研究中心由前先正达的研究部门负责人吕玉平负责。大北农的项目包括抗除草剂大豆和玉米,它们拥有抗除草性和抗虫性叠加特性,我还参观了很多实验室和田间试验。

起诉随之而来。

7月初,就在我访问的三周前,爱荷华州得梅因的联邦大陪审团起诉大北农集团董事长的妻子莫云,称她企图窃取商业机密:爱荷华州和伊利诺斯州试验田里的宝贵的玉米种子属于杜邦先锋,孟山都公司和LG种子公司。2013年底莫云被起诉后,大北农公司和其子公司的其他员工也先后遭到起诉。一个是被指控试图将玉米粒藏在车座下打算从佛蒙特州穿越到加拿大的边境。其他人则被指责为偷窃玉米并用密封塑胶袋包装后试图从伊利诺斯州快递到香港。检方宣称,先锋和孟山都损失成本共计5亿美元。尽管如此,一向谨慎且柔声细语的吕玉平还是鼓起勇气同意和我见面,并接受户外采访。不出所料,他没有评论美国方面的指控,只是说这些指控与他的部门无关。他说,大北农生物技术中心在使用基因编辑技术来研发雄性不育的水稻,希望加快水稻研究先驱袁隆平的研究进程,同时继续将研究玉米和大豆的除草性作为首要任务。他强调,在解决中国主要的昆虫灾害方面,该公司正在努力研发自己的产品,“一些害虫是中国独有的,这对我们来说是种挑战,因为这意味着我们必须得创新”他说。

虽然对大北农的指控已经上升到中国企业间谍活动的层面,但就算事实真的如此,也不能就此说这种违法行为是中国转基因政策的主要措施,这种假设是不正确的。盗窃种子虽然可以省去数年的育种工作,但是大北农公司拥有政府大量的室内试验资助,因此他们的生物技术研发生产力不比其他的跨国种子公司差。罗格斯大学的一位经济学家Carl Pray这样说道。他一直密切观察着的中国农业部门,“大北农的确做了一些不错的研究”,他补充道“我认为他们正在做的研究并不能真的与孟山都公司,杜邦公司或先正达的最新研究相抗衡,但其技术在中国将会非常实用。”

此外,中国企业还有结构和经济上的优势。Bt棉花就是最好的例子。早在1997年,中国农业科学院入股的创世纪转基因技术有限公司开始商业化Bt种子,并且在孟山都公司向中国推出了抗虫棉后以一半的价格出售。创世纪转基因技术有限公司很快就超越了孟山都,今天它的种子几乎占领了整个的中国棉花市场。不难想象,中国可以在玉米、大豆和其他作物等领域上重复此种壮举(张启发正在与中国另一个主要的种子公司--中国种子集团有限公司一起研究水稻)。中国已经限制了跨国种子公司的研发,把市场留给国内企业,而且因为大多数产品都是在国内被消费的,所以这些公司不必担心欧盟或其他地方多变的转基因政策。

然而,即使是曾经深受政府支持的很有前景的公司,也会在转基因问题上停滞不前。几年前,邓兴旺回到北京,通过“千人计划”在北京大学成立了一个实验室,该计划主要目的是吸引国外的华籍专家回国。邓兴旺是土生土长的湖南农村人,他在加州大学伯克利分校拿到了博士学位,并在耶鲁大学拥有自己的实验室。在那里,他主要研究植物如何应对光刺激。

没有人知道中国将何时开始放开转基因储备库。但从某种程度上说,毋庸置疑的是政府将会种植实验室里研究出的植物。

因为邓兴旺有着丰富的鉴定植物基因功能的经验,因此他是指导用下一代产品,高度精确的遗传工具来巧妙地改变农作物基因组的最佳人选。在我访问期间,学校已经准备好了全新的实验室,几英里外就是他公司的新办公场所--Frontier Laboratories。

但邓兴旺不会把转基因生物囊括在他的首批产品中。他试图利用化学诱变和分子生物学技术发展杂交水稻和小麦品种,例如观察遗传标记来帮助传统育种。他还致力于研究如何在不添加来自土壤细菌基因的条件下使作物具有抗除草剂性。“这些转基因可能会产生类似的结果”他说。邓兴旺巧妙地回避了转基因标签是现在社会和政治环境的体现的观点。“看来政府并不着急,”他说。“可能因为它还面对更有挑战性的问题吧,所以现在还不是特别急需去处理转基因问题。转基因作物还没有上升到政府不得不处理的危机层面上。”

但危机总会来的。中国政府希望避免引发公民对于转基因的愤怒,但在某些时候可能面临更严重的困境:农民眼睁睁看着庄稼死亡,民众买不起或者买不到足够的食物。根据北京大学气候研究中心科学家的分析,在接下来的35年,温度上升和降水减少可能将会减少中国水稻、小麦和玉米13%的净收益率,甚至会出现这样的结果—在人口增长,需求也在不断增长的情况下,仅仅保持农田产量收益率持平也将是不行的,这可能会导致灾难性的后果。“如果我们面临严重的农业灾害,政府官员一定会做出推动转基因作物的商业化的决定”黄大昉说。

即使中国通过改善现有的农业耕作方法可以提高产量,但据Rozelle 和其他中国观察家预计,中国还是可能将在某种程度上批准转基因玉米。因为在动物饲料方面,玉米的需求将会变得十分紧俏,并且将转基因产品用作动物饲料的争议远低于用于食品。没人知道何时或在多大程度上中国将开始放开转基因技术储备来满足其公民的需求。但几乎没有人会怀疑,在将来的某个时候,当成本上升和供应越来越紧张时,政府将会把实验室里的植物推广于种植。当这种情况发生时,因为中国的经济是集中型管理,所以农场和家庭有望迅速接受这种新技术。“一旦官方态度改变了,一切都将改变很快,”黄大昉说。在未来几十年中,如果高彩霞或者其他人的实验室中的转基因植株试验成功,那么它们将会帮助中国度过百年一遇的干旱或者酷热,而且这些研究员将会成为中国农业历史上值得纪念的领军人物。

作者David Talbot系麻省理工科技评论的首席记者,主要从事气候变化、能源、信息通信报道,也涉及转基因报道。
翻译:基因农业网(鹿梦琪,程清清)
原文链接:http://www.technologyreview.com/featuredstory/531721/chinas-gmo-stockpile/

来源:technologyreview.com

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