袁越:转基因30年

2014-07-07 | 作者: 袁越 | 标签: 转基因30年

本年度获得“世界粮食奖”的三位科学家:(左起)罗伯特·傅瑞磊、马克·范·蒙塔古和玛丽-戴尔· 齐尔顿

三联生活周刊,袁越文)10月17日,来自世界各地的几百名科学家、企业家、农民代表、非政府组织代表和农学院学生齐聚美国爱荷华州首府得梅因市,参加本年度“世界粮食奖”(The World Food Prize)颁奖仪式,以及随后进行的粮食问题研讨会。虽然当时因为政府关门,导致大部分原定出席的美国政治家缺席了典礼,但包括冰岛现任总统奥拉维尔·格里姆松和英国前首相托尼·布莱尔在内的数十名外国政要的出席还是为本次颁奖典礼增色不少。

“世界粮食奖”的创办人是出生于爱荷华州的“绿色革命之父”诺曼·博洛格(Norman Borlaug)博士,他采用现代育种技术培育出的高产小麦品种挽救了成千上万第三世界国家穷人的生命,并因此获得了1970年诺贝尔和平奖。“世界粮食奖”旨在奖励那些为提高农业产量、保障粮食安全和减少贫困人口做出重要贡献的个人,素有“农业诺贝尔奖”之称,中国的水稻育种专家袁隆平就曾经是该奖的得主。该奖的评奖范围不仅局限于科学家,还包括政治家和经济学家等各行各业人士,中国农业部前部长何康也曾经获得过该奖,以表彰他主导的农业改革让中国多年来首次实现了粮食自给自足。

今年的“世界粮食奖”回归科学,获奖者是在植物转基因领域做出了开创性贡献的三位科学家,他们分别是比利时根特大学的马克·范·蒙塔古(Marc Van Montagu)教授、美国华盛顿大学的玛丽-戴尔·齐尔顿(Mary-Dell Chilton)教授和孟山都公司的首席技术官罗伯特·傅瑞磊(Robert Fraley)博士。当年三人互为竞争对手,最后几乎在同一时间获得了突破性成果,如今他们早已成为好朋友。

关于这三位获奖者的故事,必须从60年前,也就是1953年讲起。那一年詹姆斯·沃森(James Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Crick)联名发表了一篇划时代的论文,揭示了DNA的双螺旋结构,解开了遗传的秘密。随后的研究证明,几乎所有的生命都共用一套遗传密码,这就为“人为改变生物性状”这一人类多年来的梦想提供了实现的可能性。

20年后,梦想成真。1973年,美国斯坦福大学生物学家斯坦利·柯恩(Stanley Cohen)博士从一种非洲爪蟾的染色体上切下一小段DNA,组装进了大肠杆菌的基因组中,制造出了人类历史上第一个转基因生物。这件事说起来容易,做起来难度非常大,柯恩博士不但要掌握DNA分子的定点剪切和黏合技术,还要把经过处理的DNA分子导入大肠杆菌,并诱导母体接受这个外来基因,把它变成自己的一部分。在当时的技术条件下,这些步骤只能在细菌体内完成,高等动植物都做不到。

必须指出的是,这不是自然界发生的第一次转基因事件,甚至也不是人类创造出的首个新物种,因为物种之间的基因交流几乎每时每刻都在发生,而人类早在1万年前就开始通过杂交育种和定向筛选等技术培育出了一个又一个全新的农作物新品种,如今我们耳熟能详的水稻、小麦、玉米、大豆等等都是如此。这些支撑起人类文明的农作物和它们的野生祖先相比早已是面目全非了,这就是为什么本次颁奖大会的特约嘉宾、欧盟委员会首席科学顾问安妮·格洛瓦(Anne Glover)博士在发言时开门见山地说:“大家目前吃到的几乎所有食品都是被祖先们转过基因的,反转人士之所以拒绝转基因,完全是因为迷信。”

当然,两者并不完全一样。杂交育种是一种粗糙的技术,成功与否要看运气,是否安全也要凭运气,而转基因技术则是精准的,可以把任何一个特定基因准确转移到目标物种中去,这就避免了杂交带来的诸多不确定因素,更加安全可靠。事实上,该项技术诞生后不久便得到了实际应用。1978年,科学家将人类胰岛素基因成功转入大肠杆菌,“诱使”后者源源不断生产出了廉价的胰岛素,挽救了无数糖尿病患者的生命。自那以后,以细菌为母体的转基因技术广泛应用于从生物制药到食品工业等诸多领域,很少遭到公众的质疑。但当科学家们试图把这项技术运用到植物中去时,却遇到了前所未有的阻力。

首先是技术上的困难。高等植物细胞外面有层细胞壁,外源基因很难进入。最先取得突破的是根特大学的蒙塔古教授,他本来的研究方向是植物病虫害,研究过程中他发现一种植物根瘤菌能够突破细胞壁,把自己的基因导入植物细胞中去,于是他提出可以借助根瘤菌体内的质粒(一种环形DNA小分子)将外源基因转入植物细胞。这个思路一直沿用至今,仍然是植物转基因的主要手段。

华盛顿大学的奇尔顿教授把蒙塔古的想法变成了现实,是她首先搞清了根瘤菌质粒的基因特性,知道哪段DNA是负责入侵植物细胞的,哪段DNA是无用的,只要将这段无用的DNA替换成科学家想要的基因,就可以制造出能够造福人类的新品种了。她和同事们将一个经过改造的根瘤菌导入烟草细胞,制造出了人类历史上第一个现代意义的转基因植物。

作为孟山都公司的雇员,傅瑞磊博士则把更多注意力放到了这项技术的实用性上。是他首次将一个抗性基因转入了根瘤菌,使得转基因植物细胞的快速筛选成为可能。事实证明,这项技术极大地加快了育种的速度和效率,为孟山都在转基因领域的成功奠定了基础。

1983年1月,在迈阿密举行的一次学术会议上,三人依次登台做了报告,向全世界宣告转基因技术在植物中获得了成功,因此今年也被公认为是转基因育种技术诞生30周年,在这个时候授予三人“世界粮食奖”似乎是一件理所当然的事。

没想到,今年的“世界粮食奖”却引来了诸多争议。“当我们定下今年的获奖名单后,遭到了一些人的反对。”朱莉·博洛格(Julie Borlaug)教授介绍说,“但是我们顶住了压力,还是决定坚持原来的计划。”朱莉是诺曼·博洛格的孙女,目前在美国得克萨斯农工大学国际农业研究所工作。据她介绍,博洛格生前曾经数次提出要把“世界粮食奖”授予这三位植物转基因领域的先驱者,他在2009年去世前曾经提到他有三个未实现的愿望,其中之一就是没能看到转基因育种技术被广泛应用于农业领域。而三位获奖者在颁奖大会之后举办的讲座中也数次提到,因为各种原因,转基因技术的巨大潜力远远没有发挥出来,甚至这项技术本身也被妖魔化了。

这是为什么呢?

是因为转基因食品对人体有害吗?答案是否定的。迄今为止全世界所有正规的研究所和食品安全管理机构,包括世界卫生组织(WHO)、欧盟食品安全局(EFSA)、美国食品与药品管理局(FDA)、美国科学院、英国皇家学会,以及绝大部分国家的食品安全管理部门在内,全都认为已经批准上市的转基因食品是安全的,民众可以放心食用。事实上,转基因食品已经被消费者安全食用了将近20年,没有发生过一起被证实的食品安全事件。

是因为转基因农作物对环境有负面影响吗?答案也是否定的。迄今为止全世界所有正规的环境研究机构,包括联合国粮农组织(FAO)、美国环保署(EPA)、欧盟委员会研究与创新总司(Directorate General for Research and Innovation)下属的生物技术部门(也就是欧盟负责审查转基因农作物安全性的最高科学机构),以及绝大部分国家的环保部也都认定已经批准种植的转基因农作物对环境没有额外的害处。这个说法听上去有些暧昧,但实际上却是最为严谨的说法,因为农业本身对环境是有影响的,转基因作物也是农业的一部分,不可能独善其身,但只要一种转基因品种和传统品种相比没有额外的害处,就应该被允许种植。

事实上,因为公众舆论的原因,转基因是目前管理得最严格的农业技术。

一项技术是否会流行,安全性并不是唯一的因素,还要看它是否能够满足人类的需要。那么,转基因之所以被妖魔化,是因为它不好用吗?答案仍然是否定的。目前使用最广泛的转基因技术有两个:抗虫Bt基因和抗除草剂(草甘膦)基因,前者可以降低杀虫剂的使用量,不但可以节约成本(同时也就降低了食品价格),而且可以保护环境和农民健康,提高农产品的质量,减少食物毒素。后者则可以减少农民的劳动强度,但最主要的好处就是用目前公认最为安全有效而且对环境和使用者都无毒无害的草甘膦(商品名“农达”)来代替其他一些低效而又有害的除草剂,保护了环境。另外,种植抗除草剂的转基因农作物可以更方便地推广免耕种植法,有利于提高土壤肥力,节约宝贵的水资源。

就拿玉米来说,统计数据表明,自1996年开始种植转基因玉米以来,美国玉米种植业的农药使用量减少了8.7%,除草剂的使用量减少了52%,无论对农民还是对环境的好处都是很明显的。这就是为什么全世界种植转基因农作物的耕地面积一直在增加,转基因成为有史以来推广得最快的农业技术的原因。

最后,转基因技术是否可以被传统育种技术替代?答案还是否定的。转基因技术不但可以大大加快育种速度,而且可以实现种间的基因转移,把一些原先无法通过传统育种技术整合到一起的性状集中到一个品种里来。比如前文提到的抗虫基因就来自一种细菌,传统育种技术无论如何都做不到。另外,前段时间闹得沸沸扬扬的金大米也是如此,野生水稻中找不到能够合成胡萝卜素的品种,只有通过转基因技术才能实现。

“金大米”是专门为穷人培育出来的,大部分生活在城市里的中产阶级没法体会它的好处。但是根据联合国粮农组织的估算,如今地球上还有8亿人处于长期饥饿的状态,患有营养不良的人数更多,仅仅是维生素A缺乏症每年就可导致200万发展中国家的儿童死亡,另有50万儿童因此失明,他们中的很多人都能从金大米中受益,可惜因为种种非科学的原因,他们只能继续忍受痛苦。

根据联合国的估算,地球总人口将在2050年从现在的70亿增加到96亿,大部分人的生活水平也会比现在有所提高,这就意味着需要把现有的粮食产量增加一倍才能满足要求。据估算,最近10年世界粮食总产量的增长有70%的原因来自耕地面积的增加,只有30%来自化肥等新技术的使用。但是世界耕地总面积显然无法保持这一增长速度,而因为气候变化等原因,我们已无法仅仅通过增加化肥使用量来提高产量,必须开发出能够高效利用自然界已有的养分,同时又能抵抗各种天灾和虫害的新型农作物,光靠传统育种技术是做不到的,必须依靠转基因。

总之,转基因从科学的角度来讲几乎无懈可击,但为什么发展速度远不如和它几乎在同一时间发展起来的计算机技术呢?除了转基因技术本身的因素外,必须从政治和经济等方面找原因。

来源:三联生活周刊

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