黄大昉:转基因育种能带来什么?

2016-10-07 | 作者: 黄大昉 | 标签: 黄大昉 转基因育种


图crcnetbase.com
 
什么是转基因育种?

农作物转基因育种是以转基因技术为核心,融合了分子标记、杂交选育等常规手段的一种先进的育种技术。 它突破了传统育种方法难以解决的遗传障碍,从而能更有效地改造作物性状,培育出更加高产、优质、多抗的新品种;能降低农药、化肥投入,更好地保护生态环境;能缓解资源约束、提高农业生产效率,进一步拓展农业功能。

转基因育种自上世纪80年代兴起,到90年代中期就实现了产业化,成为农业科技革命的先锋。据统计,从1996年至2012年的17年间,全球种植以抗病虫、抗除草剂性状为主的转基因作物面积增长了近100倍,增产总值达982亿美元,相当于节约了1.087亿公顷(合16.3亿亩)的耕地;改善了1500万农户、近5000万贫困农民的生计;减少了4.73亿公斤化学农药的使用。此外,种植转基因作物还加快了少耕、免耕栽培技术的推广,因而增加了土壤中碳的储量、节约了农机燃料消耗、显著降低了温室气体的排放,仅2011年就减少了231 亿公斤CO2排放(相当于1020万辆小汽车的排放量)。

中国为什么要发展转基因育种?

中国是人口大国,解决超过13亿人口的吃饭问题始终是头等大事。虽然中国农业取得了举世瞩目的伟大成就,但必须看到,农业生产依然面对耕地、水、能源等资源短缺、生态环境污染加剧、自然灾害频发、农村劳力数量和素质下降等多重压力,农业发展的基础仍然十分脆弱。农业科技创新能力的不足、农业发展方式的落后依然是影响农业持续增长的突出矛盾。

长期以来,中国农业对化肥农药的依赖程度一直很高。目前中国是世界上化肥和农药最大的生产国,使用量也居世界之首(各占1/3)。中国耕地面积仅为美国的2/3,化肥和农药用量却分别是美国的2倍和4倍。1978年至2011年,中国粮食总产量增长87.4%,而同期化肥施用量却增长了581%。更严重的问题是化肥和农药的滥用,平均利用率均不足40%。按播种面积计算,中国化肥使用量高达 400 公斤/公顷,远远超过发达国家为防止化肥对水体造成污染而设置的225公斤/公顷的安全上限。

由于每年数以千万吨化肥农药流失到土壤和江河湖泊,造成了耕地质量下降、生态环境破坏、农产品污染加剧等严重后果。再来看育种技术。应当肯定,以杂交水稻为代表的农作物新品种培育和应用对农业增产发挥了重要作用,而且传统育种技术还有一定的增产潜力和改进空间。但也要看到,由于受到育种材料遗传背景狭窄、生殖屏障无法跨越、现用方法效率不高等多种因素约束,单独利用常规手段已难以实现育种技术新的突破。尽管付出巨大努力,10年来中国水稻、玉米、小麦等作物单产递增均明显趋缓,有的甚至不升反降。

与此同时,大豆、玉米等农产品进口数量不断攀升,粮食自给率实际上已跌破95%的基线,而且供求关系越来越紧张。以大豆为例,近年因中国食物消费结构的改变,饲料蛋白和食用油需求急速增长,而国内大豆种植面积有限且品质产量均不及国外优质高产转基因品种,导致进口大豆数量剧增,2012年数量已达5838万吨,占世界大豆出口总量的60%,不仅国内自给率降到18%,且大豆加工业也几乎被国外资本所控制。上述情况也警示我们:单靠传统技术手段无法满足国内不断增长的包括肉、蛋、奶等多样化的食品消费和加工需求,难以保障主要农产品中长期的有效供给。在工业化、城镇化快速发展的过程中,要想突破资源约束、保障中国粮食安全,农业科技必须要有更加有力的创新驱动,发展先进的专基因育种便是必然的选择。

转基因育种安全有没有保障?

转基因作物问世已近30年,实现规模化应用也已长达17年。尽管有关“转基因安全” 的争议时起时伏,但是一个不争的事实是,由于各国实施了有效的科学评价和法律保障,转基因作物种类、种植面积、加工食物种类和食用人群仍在逐年扩大;全世界每年上亿公顷土地种植转基因作物,数十亿人群食用转基因食品,迄今并未出现确有科学证据的转基因食用和环境安全事件。因此,应当肯定:经过科学评估、依法审批的转基因作物是安全的,它的风险是可以预防和控制的。国际经济合作与发展组织(OECD)、联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)以及科学权威机构近年都分别做出了“转基因育种与传统育种同样安全”、 “没有任何证据表明已经批准上市的转基因作物相比于常规作物会给人类健康和环境带来更多潜在和现实风险”等科学结论。

中国转基因育种取得哪些成效?

自上世纪80年代以来,生物育种先后被列入863、973计划和国家科技重大专项,一直是中国生物技术发展的重点领域。上世纪90年代,中国棉花生产因棉铃虫危害每年经济损失达百亿元之巨,数十万吨剧毒农药应用不仅收效甚微反而造成严重的生态污染和人畜中毒事故。在党和政府的全力支持下,中国科学家坚持自主创新,终于研究成功转基因抗虫棉,一举打破了国外技术的垄断,仅用10年时间就实现了国内棉种市场占有率的逆转。

截至2009年,审定抗虫棉品种超过200个,棉花主产省抗虫棉种植率接近100%,累计增加产值超过440亿元,农民增收250亿元。杀虫剂用量减少了70-80%,棉田污染指数下降21%,农业生态环境得到了显著改善。抗虫棉的应用不仅基本控制了棉铃虫对棉花的危害,还有效减轻了玉米、大豆、花生、蔬菜等作物上害虫的发生,总受益面积达到3.3亿亩。国产抗虫棉技术现已走出国门,向印度、澳大利亚等国转让,在国际生物育种领域争得了一席之地。

特别是2008年中国实施《转基因生物新品种培育》国家科技重大专项以来,进展喜人,成效显著。目前,中国已初步建成世界上为数不多的、包括基因发掘、遗传转化、良种培育、产业开发,应用推广以及安全评价等关键环节在内的生物育种创新和产业开发体系,转基因作物自主研发的整体水平已领先于发展中国家。中国已拥有抗病虫、抗除草剂、优质抗逆等一批功能基因及相关核心技术的自主知识产权;棉花、玉米、水稻等农作物转基因育种的基础研究和应用研究初步形成了自己的特色和比较优势;目前已获得可比普通棉花增产20%的三系杂交抗虫棉、纤维产量和细度双双提高的优质棉、能降低环境中磷污染40%、提高饲料营养利用率30%以上的植酸酶玉米、能减少农药用量80%的抗虫水稻、兼有杀虫和防止真菌毒素污染的抗虫玉米等一批达到国际先进水平、具有产业发展巨大潜力、可与国外公司抗衡的创新性成果。

此外,创世纪、奥瑞金、大北农、中国种子集团等一批创新型生物育种企业先后诞生与发展,成为中国生物育种自主创新能力全面提升和现代种业发展的重要标志。

转基因育种发展前景怎样?

目前实现产业化的主要是具有抗病虫、抗除草剂性状、能减少农药使用,保障农业增产的转基因作物,又被称之为第一代转基因育种产品。但以节水耐旱、提高营养品质以及用附加值显著提高的第二代产品已蓄势待发,呼之欲出。

例如,能够节水抗旱的转基因玉米即将在美国走向商业化应用、富含β胡萝卜素、可以预防贫困地区儿童维生素A缺乏症的“金大米”有可能于明年在菲律宾等东南亚国家生产食用。在公众普遍重视养生保健的当下,许多人选择吃富含不饱和脂肪酸的深海鱼油保护自己的心血管,但深海鱼类资源有限,过度捕捞将危及深海鱼类和海洋环境,因此美国科学家将深海鱼的基因转移到大豆中,研制出一种富含不饱和脂肪酸Omega-3成分的大豆,这种“深海鱼油大豆”的上市时间也不会太久。

中国科学家独创的人血清白蛋白水稻已获得成功。人血清白蛋白是一种重要的蛋白,也是一种生物研究不可缺少的辅料。这种蛋白过去要从血液中提取,粗略估算中国每年需求量达150—170万吨,相当于1亿人每人献血200毫升。现在可利用转基因水稻生产,一亩地水稻生产的白蛋白可代替200人献血(200毫升/人),创造价值估计可超过12万元。

可以预见,随着研究的继续深入和技术不断创新,生物育种将会进一步向食品、医药、化工、能源、环保、材料等领域拓展,其发展前景将更加广阔。将给人们带来更多的好处。

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