轉(zhuǎn)基因豬在養(yǎng)豬業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展中的應(yīng)用

李 超，顧曉龍，劉仕碧，廖明初

（1.四川省新獸藥工程技術(shù)研究中心，四川 成都，611130；2.四川農(nóng)業(yè)大學生命科學與理學院，四川 雅安，625014；3.重慶市長壽區(qū)畜牧獸醫(yī)局，重慶 長壽，401220；4.重慶市長壽區(qū)鳳城街道畜牧獸醫(yī)站，重慶 長壽，401220）

近20年來我國的生豬存欄數(shù)和豬肉總產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一，成為當之無愧的世界養(yǎng)豬和豬肉生產(chǎn)大國,然而隨著養(yǎng)豬生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，集約化程度的提高，養(yǎng)豬業(yè)給環(huán)境帶來的污染問題也越來越突出。規(guī)模化豬場最主要的污染物是糞尿、污水及其所產(chǎn)生的惡臭。據(jù)統(tǒng)計，一頭豬日排糞尿量為6 kg，年排泄量2.19 t，以全國養(yǎng)豬4.85億頭計，則年排糞量為10.62億t[1]?！把h(huán)農(nóng)業(yè)”是2006年，中央一號文件《中共中央國務(wù)院關(guān)于推進社會主義新農(nóng)村建設(shè)的若干意見》中提出的解決農(nóng)業(yè)污染及實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新的思路。循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的前提是“經(jīng)濟”，沒有技術(shù)上的可行性，或在現(xiàn)有技術(shù)水平下循環(huán)利用資源的成本很高，則循環(huán)經(jīng)濟就沒有經(jīng)濟上的可行性，無法持續(xù)發(fā)展。因此，需要大力支持和鼓勵循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)體系的創(chuàng)新和發(fā)展。轉(zhuǎn)基因豬誕生至今20多年的時間里，轉(zhuǎn)基因豬的研究經(jīng)歷了起步期、平臺期、發(fā)展期的歷程。近幾年來，隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的不斷完善和分子生物學的迅猛發(fā)展，轉(zhuǎn)基因豬的研究進展很快，為轉(zhuǎn)基因豬在養(yǎng)豬業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展中的應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

1 農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的理念

循環(huán)經(jīng)濟的思想萌芽最早可以追溯到國際環(huán)境保護思潮興起的時代。國際上所謂的循環(huán)經(jīng)濟(circular Economy)，是對物質(zhì)閉環(huán)流動型(closing materials cycle)經(jīng)濟的簡稱。它倡導(dǎo)在物質(zhì)不斷循環(huán)利用的基礎(chǔ)上發(fā)展經(jīng)濟，建立資源-產(chǎn)品-資源再生的新經(jīng)濟模式。顯然，循環(huán)經(jīng)濟的實施將使資源和能源得到最合理和持久的利用，并使經(jīng)濟活動對環(huán)境的不良影響降低到盡可能小的程度。

1.1 循環(huán)農(nóng)業(yè)的概念

循環(huán)農(nóng)業(yè)是一種以資源的高效利用和循環(huán)利用為核心，以減量化（reduce）、再利用(reuse)、資源化(recycle)的3R原則，以低消耗、低排放、高效率為基本特征，符合循環(huán)經(jīng)濟理念和可持續(xù)發(fā)展理念，滿足建設(shè)節(jié)約型社會和環(huán)境友好型社會要求的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)增長方式。循環(huán)農(nóng)業(yè)具有3個主要特征[2]：一是把農(nóng)業(yè)經(jīng)濟活動納入自然生態(tài)系統(tǒng)整體考慮，既強調(diào)資源分配效率，又強調(diào)資源利用效率和自然生態(tài)系統(tǒng)平衡；二是把農(nóng)業(yè)資源環(huán)境的消耗嚴格限制在自然生態(tài)閾值范圍以內(nèi)，根據(jù)環(huán)境的自凈能力和資源的再生能力從源頭上防治污染和浪費；三是通過廢棄物資源化利用、要素耦合等方式，延伸農(nóng)業(yè)生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，推進相關(guān)產(chǎn)業(yè)組合形成產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，按照“資源一農(nóng)產(chǎn)品一農(nóng)業(yè)廢棄物一再生資源”的反饋式流程組織農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)資源利用的最大化和環(huán)境污染的最小化。

1.2 循環(huán)農(nóng)業(yè)理念是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)

可持續(xù)發(fā)展理論圍繞2條主線展開：一條主線是人與自然關(guān)系的和諧；另一條主線是人與人關(guān)系的和諧。可持續(xù)發(fā)展是生態(tài)、經(jīng)濟、社會三位一體的發(fā)展，是生態(tài)可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和社會可持續(xù)發(fā)展三者的協(xié)調(diào)發(fā)展。就生態(tài)可持續(xù)發(fā)展而言，要以保護自然為基礎(chǔ)，要求與資源和環(huán)境的承載能力相適應(yīng)，在發(fā)展的同時必須保護環(huán)境，包括控制環(huán)境污染和改善環(huán)境質(zhì)量，保護生物多樣性和地球生態(tài)的完整性，保證以持續(xù)的方式使用可再生資源，使人類的發(fā)展限制在地球承載能力之內(nèi)。就經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展而言，要加快經(jīng)濟增長，不僅要重視數(shù)量增長，更追求改善質(zhì)量、提高效益、節(jié)約能源、減少廢物，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)和消費模式，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和文明消費。就社會可持續(xù)發(fā)展而言，要以改善和提高人民生活質(zhì)量為目的，要求改善人類生活質(zhì)量，提高人類健康水平，創(chuàng)造一個保障人民享有平等、自由、教育、人權(quán)免受暴力的社會環(huán)境。其中，生態(tài)持續(xù)發(fā)展是基礎(chǔ)，經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展是條件，社會持續(xù)發(fā)展是目的，三者不可分割。人類所共同追求的，應(yīng)是生態(tài)—經(jīng)濟—社會復(fù)合系統(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展[3]。

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略受到普遍認同，世界各國在不斷探素和總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出以資源利用的最大化和污染排放的最小化為主。將生態(tài)設(shè)計、清潔生產(chǎn)、資源再利用和綠色消費等融為一體的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式。將循環(huán)經(jīng)濟理論應(yīng)用到養(yǎng)豬業(yè)中，根據(jù)生態(tài)平衡原理，把養(yǎng)豬業(yè)與種植業(yè)相結(jié)合，豬糞便通過農(nóng)田自然消化，實行養(yǎng)豬業(yè)和農(nóng)作物輪作。形成了豬多一肥多一糧多的良性循環(huán)，可以保持本地區(qū)的生態(tài)平衡，控制污染[4]。面對養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，在我國發(fā)展養(yǎng)豬業(yè)循環(huán)經(jīng)濟是從根本上解決環(huán)境污染問題以及實現(xiàn)養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

2 養(yǎng)豬業(yè)現(xiàn)狀

2.1 生豬養(yǎng)殖

我國生豬養(yǎng)殖主要集中于沿江沿海，分布于長江沿線、華北、沿海以及部分糧食生產(chǎn)區(qū)。其中，長江流域占42.61%、華北區(qū)22.5%、東南沿海16.84%（如圖1）。2000—2009全國生豬出欄率及存欄分別增長24.08%及12.74%[5]（如圖2）。

2.2 污染的排放

20年來，我國養(yǎng)豬業(yè)工藝沒有改變對周圍環(huán)境的污染可源自養(yǎng)豬過程、廢棄物排放、堆放或貯存過程以及廢棄物處理、運輸和利用過程。豬場污水仍然是當今畜牧業(yè)造成環(huán)境污染的最突出問題，最受關(guān)注的污染物成分還是傳統(tǒng)的有機物、氮和磷。

由于豬體內(nèi)缺乏有效利用磷的植酸酶以及對飼料中的蛋白質(zhì)的利用率有限，導(dǎo)致飼料中大部分的氮和磷由糞尿排出體外。畜禽養(yǎng)殖排放的NH-N是工業(yè)污水排放量的17.9倍，是生活污水排放量的4.3倍；化學耗氧量(chemical oxygen demand, CODcr)是工業(yè)污水的14.8倍，生活污水的4.2倍。根據(jù)調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，一些流域有機物污染負荷中，畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放就占25%，而養(yǎng)豬業(yè)排放占畜禽養(yǎng)殖業(yè)的60%以上。以N的生態(tài)物流為例，1頭豬從幼崽到體重達90～100 kg上市時為止，消耗8～9 kg N，其中被肌體吸收的N不超過3 kg，而5～6 kg N則被代謝掉。在被代謝的N中，33%在糞便中，67%在尿中[6]。隨糞尿排到環(huán)境中的含N物質(zhì)在自然界微生物的作用下可分解為NH3，胺和硝酸鹽，致使水體、土壤、許多蔬菜(植物)中硝酸鹽含量嚴重超標，并通過食物鏈對人體產(chǎn)生危害。硝酸鹽的危害具有一定的隱蔽性和滯后性，因此往往被人們所忽視。廢水N、P含量高，可對飲用水源和農(nóng)業(yè)生態(tài)造成危害。因此，深度處理養(yǎng)豬廢水刻不容緩。并且由于集約化養(yǎng)豬高密度飼養(yǎng)，豬舍內(nèi)潮濕，糞尿及呼出的二氧化碳等散發(fā)出惡臭，其臭味成分多達168種，這些有害氣體不但對豬的生長發(fā)育造成危害。而且排放到大氣中會危害人類的健康，加劇空氣污染，以致與地球溫室效應(yīng)都有密切關(guān)系[7]。

3 養(yǎng)豬業(yè)循環(huán)經(jīng)濟

張子儀先生2003年指出，許多以犧牲自然資源為代價的線性經(jīng)濟必須向以可持續(xù)發(fā)展(開源)與持續(xù)消費(節(jié)流)為指導(dǎo)思想的循環(huán)經(jīng)濟方向作戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移[8]。養(yǎng)豬業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展模式，是養(yǎng)豬業(yè)循環(huán)經(jīng)濟理念應(yīng)用于具體實踐并不斷完善的結(jié)果。目前，在養(yǎng)豬業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式的分類研究上還沒有特定的標準，也缺乏系統(tǒng)的類型劃分。所以要結(jié)合當?shù)氐淖匀缓徒?jīng)濟條件，以循環(huán)經(jīng)濟的理念，優(yōu)化養(yǎng)豬生產(chǎn)工藝，在確定生產(chǎn)工藝時，除考慮采用生態(tài)先進的養(yǎng)豬科學技術(shù)、降低人的勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率外，還應(yīng)體現(xiàn)3R原則。

3.1 減量化原則

減量化原則是本著從源頭控制的思路，旨在減少進入生產(chǎn)和消費過程中物質(zhì)和能源流量。在養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)過程乃至生豬產(chǎn)品生命周期中減少資源、物質(zhì)等的投入量并減少廢棄物的產(chǎn)生量。它一方面要求節(jié)約資源，另一方面又要減少污染物的排放量。對廢棄物的產(chǎn)生，是通過預(yù)防的方式而不是末端治理的方式來加以避免。

3.2 再利用原則

再利用原則屬于過程性方法，目的是延長產(chǎn)品和服務(wù)的時間強度，也就是說，盡可能多次或多種方式地使用物品，避免物品過早地成為垃圾。在養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)努力深層次分析挖掘原來產(chǎn)品中未能利用的有機組成物質(zhì)。利用各種科學技術(shù)手段，發(fā)展高附加值農(nóng)產(chǎn)品或者開發(fā)系列新產(chǎn)品，延長養(yǎng)豬業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條。

3.3 資源化原則

資源化原則是針對輸出端的方法，把廢物再次變成資源以減少最終處理量，也就是通常所說的廢品的回收利用和廢物的綜合利用。在養(yǎng)豬業(yè)活動的終端盡可能把廢棄物再次變成資源,以確保養(yǎng)豬業(yè)的無害化生產(chǎn)。

將養(yǎng)豬業(yè)與種植業(yè)、漁業(yè)等緊密結(jié)合，運用生物工程技術(shù)對豬的糞尿等排泄物進行厭氧發(fā)酵，建立生態(tài)型生豬產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟模式，它將資源的再利用和資源化有機地結(jié)合在了一起。通過這種模式將沼液、沼渣、沼氣綜合應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植、漁業(yè)和居民生活中，促進生態(tài)養(yǎng)豬業(yè)、生態(tài)種植業(yè)、生態(tài)漁業(yè)等產(chǎn)業(yè)同時發(fā)展。最典型的是以沼氣為紐帶的循環(huán)養(yǎng)殖模式[9]，如“豬一沼一果”、“豬一沼一茶”、“豬一沼一瓜”、“豬一沼一菜”、“豬一沼一糧”、“豬一沼一漁”等均取得了良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。

4 轉(zhuǎn)基因豬在養(yǎng)豬業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展中的應(yīng)用

4.1 提高生產(chǎn)性能

1985年，Hammer等將人的生長激素基因?qū)胴i的受精卵獲得成功，轉(zhuǎn)基因豬與同窩非轉(zhuǎn)基因豬比較，生長速度和飼料利用效率顯著提高，胴體脂肪率也明顯降低。1989，Pursel等把牛的生長激素基因轉(zhuǎn)入豬，生產(chǎn)出2個豬的家系，其生長速度提高11%～14%，飼料轉(zhuǎn)化率提高16%～18%。類胰島素樣生長因子1(IGF1)構(gòu)建轉(zhuǎn)基因豬也可以加快豬的生長速度。1989年，美國農(nóng)業(yè)部的研究者把IGFI基因轉(zhuǎn)入豬中，首次獲得表達IGFI的轉(zhuǎn)基因豬。1998年，終于培育出IGFI轉(zhuǎn)基因豬群。結(jié)果表明，其脂肪減少10%，瘦肉增加6%～8%。另外在母豬產(chǎn)仔數(shù)候選基因方面，ESR和FSHβ亞基基因是控制豬生產(chǎn)性狀的2個重要功能基因，其優(yōu)勢基因型母豬在總產(chǎn)仔數(shù)和產(chǎn)活仔數(shù)上都有顯著提高[10-11]。

4.2 提高抗病能力

我國吉林大學已成功通過轉(zhuǎn)基因克隆技術(shù)獲得了帶有抗豬瘟病毒基因的克隆豬。中國農(nóng)業(yè)大學李寧教授課題組率先在世界上首次成功獲得多個豬品種轉(zhuǎn)人溶菌酶轉(zhuǎn)基因克隆豬和轉(zhuǎn)入溶菌酶基因再克隆豬，這對豬瘟病毒、仔豬腹瀉病原菌等都具有殺傷作用，將顯著提高仔豬抗病力和存活率，為培育高抗病力轉(zhuǎn)基因豬新品種奠定了基礎(chǔ)。溶菌酶是一種天然非特異性免疫物質(zhì)，能溶解微生物的細胞壁而起到殺菌作用，還能調(diào)節(jié)消化道有益菌群的建立，以提高機體的免疫能力，培育出一種轉(zhuǎn)溶菌酶的轉(zhuǎn)基因豬，其乳腺能表達人重組溶菌酶，使母豬奶中含高抑菌活性的溶菌酶，既有營養(yǎng)功能，又有藥用功能，是一種理想的仔豬疾病防治手段[12]。

4.3 培育“環(huán)保型”豬

植酸及其鹽類廣泛存在于植物組織和相應(yīng)的糧食產(chǎn)品中，其中植酸磷含量占植物總磷的60%以上，但是植酸不能被豬消化，只能滯留在動物的糞便中，造成嚴重的磷污染。通過在豬飼料中加入植酸酶（phytase），可以幫助消化有機磷，降低豬糞中的磷含量，但成本很高。2001年，加拿大圭爾夫大學的Golovan等，培育出攜帶大腸桿菌植酸酶基因的“環(huán)保豬”。這種豬可以在唾液中分泌植酸酶，從而提高對飼料中磷的消化率，使斷奶仔豬和育成豬糞中的磷含量比正常豬降低了56%和75%，并且比那些在飼料中添加植酸酶的豬排放出的磷含量還低。

通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，在較短時期內(nèi)培育出常規(guī)方法不能育成或難以育成的動物品種，從而加快動物改良進程，并且生產(chǎn)出的高生產(chǎn)性能，高抗病能力以及“環(huán)保型”豬在養(yǎng)殖過程中能夠縮短飼養(yǎng)時間，增加成活率，減少磷污染。從而達到節(jié)約資源，減少污染物排放量的減量原則的要求。另外，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高豬的不飽和脂肪酸的含量，生產(chǎn)出轉(zhuǎn)基因豬做為器官移植供體，生物反應(yīng)器，以及醫(yī)學研究模型使其應(yīng)用于人類醫(yī)學，這也符合3R原則中的再利用和資源化原則。

5 展望

綜上所述，養(yǎng)豬業(yè)走循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展模式，符合國內(nèi)外養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展趨勢，科技則是循環(huán)農(nóng)業(yè)得以順利發(fā)展的先導(dǎo)和支撐。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展與成熟，它必將為傳統(tǒng)養(yǎng)豬業(yè)帶來巨大的變革。2004年1月，轉(zhuǎn)基因魚新品種在美國上市；2006年8月，世界上第1例轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的藥物在歐盟獲準上市；2006年12月，美國FDA批準克隆牲畜的肉、奶等上市銷售,而且并不需要標示；2009年，美國農(nóng)業(yè)部宣布將批準轉(zhuǎn)基因豬新品種在生產(chǎn)中推廣。我國作為養(yǎng)豬大國，養(yǎng)豬業(yè)循環(huán)經(jīng)濟模式相對單一，我們應(yīng)抓住機遇，協(xié)力通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，培育擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)良新品種豬，促進畜牧業(yè)以及整個生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；同時結(jié)合新興科技逐步建立更加合理、科學、高效的發(fā)展模式，以資源利用最大化和污染排放最小化為主線，逐漸將清潔生產(chǎn)、資源綜合利用、生態(tài)設(shè)計和可持續(xù)消費等融為一體的循環(huán)經(jīng)濟戰(zhàn)略是實現(xiàn)養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。

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