我國為什么要發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)

盧長明

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 油料作物研究所，北京 100081）

1 我國的人口增長與食物保障問題

中國要用大約7%的世界耕地，供養(yǎng)超過20%的世界人口。中國生產(chǎn)的稻米總量占世界的30%，玉米總量占20%，棉花總量占26%，油菜籽總量占33%。盡管如此，我國自產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠自己消費(fèi)。我國每年要進(jìn)口3000多萬噸大豆（占消費(fèi)量的60%以上），還要進(jìn)口數(shù)量不等的玉米、棉花和稻米等作物產(chǎn)品。1992年以來，我國谷物增長幅度低于人口增長幅度, 我國對國外農(nóng)產(chǎn)品的依存度在逐年上升。如何保障我國的食物安全和可持續(xù)發(fā)展，問題擺在了所有中國人的面前。

當(dāng)前，影響我國糧食生產(chǎn)的關(guān)鍵因素是糧食播種面積和糧食單產(chǎn)水平。由于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快等，我國糧食總播種面積呈下降趨勢，但隨著科技進(jìn)步、農(nóng)業(yè)投入加大等因素影響，我國糧食作物單產(chǎn)水平卻不斷上升。2008年我國糧食單產(chǎn)提高對總產(chǎn)提高的貢獻(xiàn)率達(dá)到81%。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織預(yù)測，未來世界糧食增產(chǎn)總量約20%來自播種面積的增加，約80%來自單產(chǎn)的提高。可見，確保糧食安全的關(guān)鍵是穩(wěn)步提高糧食的單產(chǎn)水平。

2 良種的重要性

良種推廣、化肥應(yīng)用、灌溉和提高機(jī)械化水平是糧食增產(chǎn)的主要手段。在單位面積產(chǎn)量增加的要素中，良種的貢獻(xiàn)率占40%以上，是提高糧食單產(chǎn)的首要因素?；适褂迷谶^去幾十年里發(fā)揮了重要的增產(chǎn)作用，但現(xiàn)在我國化肥的年使用量已經(jīng)達(dá)到4600多萬噸，占世界的1/3，單位化肥使用量已經(jīng)是世界平均水平的3.5倍，繼續(xù)通過增加化肥使用來增加產(chǎn)量其空間是非常有限的。

品種的遺傳改良不但可以增加產(chǎn)量，改良品質(zhì)，提高品種的抗病、抗蟲和抗旱能力，還能培育適合機(jī)械化操作以及適合各種環(huán)境條件的品種。良種一旦培育成功可以在不增加投入的情況下獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，在世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，良種發(fā)揮了十分重要的作用。

在高產(chǎn)育種方面，墨西哥玉米小麥改良中心培育出一批矮稈小麥品種，使小麥產(chǎn)量從每公頃3～5噸，提高到8～9噸，使墨西哥從原來的一個(gè)小麥進(jìn)口國變?yōu)槌隹趪?。菲律賓國際水稻研究所，培育出一批水稻矮稈品種如“IR8”等，使水稻單產(chǎn)成倍增加，每667 m2產(chǎn)量達(dá)500kg以上。我國1949年水稻每667 m2產(chǎn)量僅126 kg，解放后水稻品種經(jīng)過數(shù)次更換，每次更換都提高10%左右水稻產(chǎn)量。雜交水稻品種的增產(chǎn)作用尤其明顯，超級稻采用理想株型塑造與秈粳雜種優(yōu)勢利用相結(jié)合，從而大幅度提高稻谷產(chǎn)量，自1998年以來，農(nóng)業(yè)部確認(rèn)了69個(gè)超級稻品種，這些新品種、新組每667 m2單產(chǎn)均達(dá)700～800kg的潛力。

在品質(zhì)育種方面，美國培育出玉米品種“U-24”，蛋白質(zhì)含量高達(dá)20%，賴氨酸含量達(dá)5%。菲律賓國際水稻研究所育成IR20、IR22、IR24等一批高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種，蛋白質(zhì)含量比一般品種提高2%。我國傳統(tǒng)油菜品種芥酸含量高達(dá)40%以上，目前的新品種芥酸含量都在3%以下，菜籽油的品質(zhì)得到顯著改善。

在抗性育種方面，菲律賓國際水稻研究所，已育成一批抗稻瘟病、病毒病、白葉枯病、稻飛虱、稻葉蟬和二化螟等多抗品種，如 IR36、IR64。美國孟山都公司通過轉(zhuǎn)基因方法育成抗蟲、抗旱和抗除草劑玉米品種。我國廣東育成的窄葉青水稻品種高抗稻瘟病，中國農(nóng)科院利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)育成抗棉鈴蟲棉花品種。

育種不但在高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗病、抗蟲、抗逆境等方面成果卓著，還在不育系、高光效品種、肥高效品種選育等方面發(fā)揮了重要作用。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，育種領(lǐng)域不斷拓展，很多用傳統(tǒng)育種方法無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)都將成為可能，例如，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得耐爛番茄品種、培育自然界不存在的藍(lán)色玫瑰品種、獲得高維生素E含量大米、生產(chǎn)高附加值的油菜品種等等。利用生物技術(shù)可以使傳統(tǒng)品種的利用價(jià)值大大拓展，經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值都將顯著提高。

3 轉(zhuǎn)基因技術(shù)是傳統(tǒng)育種技術(shù)的延伸

培育良種的方法主要有：（1）選擇育種（直接從一個(gè)品種群體中選擇自然變異個(gè)體，培育成新品種）。（2）雜交育種（通過不同品種雜交和多代自交，在后代中選擇具備雙親優(yōu)良特性的品種）。（3）誘變育種（利用射線等物理因素或誘變劑等化學(xué)因素處理植物組織，人工創(chuàng)造遺傳變異，從中選擇所需要的突變類型）。（4）轉(zhuǎn)基因育種：（從一種生物中分離需要的目的基因，導(dǎo)入到另一物種中，培育新品種）。

3.1 選擇育種

100年前，人們主要利用生物群體自然存在的變異，通過人工選擇獲得改良的品種。這種方法至今仍有使用。例如，在一塊高稈水稻田中，發(fā)現(xiàn)有一株水稻長得很矮，不倒伏，產(chǎn)量高，于是留下成為抗倒高產(chǎn)品種。這種品種改良方法的遺傳基礎(chǔ)是將自然界中存在的基因突變保存下來。自然突變的頻率一般只有1/108，獲得自然優(yōu)良突變的可能性還要小很多。利用自然界不存在的變異選擇育種是無能為力的。

3.2 雜交育種

1900年以后，遺傳學(xué)迅速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)可以通過雜交將不同品種的優(yōu)良特性聚合在一起，獲得更加優(yōu)良的品種。例如，將高產(chǎn)的感病水稻品種與低產(chǎn)的抗病品種雜交，在后代中選出高產(chǎn)抗病的品種。這種方法已經(jīng)應(yīng)用了近100年，至今仍是主流的育種方法。

不同物種由于存在生殖隔離，一般無法雜交，因此雜交育種主要局限在同一物種的不同品種之間進(jìn)行。由于品種間的遺傳變異是有限的，利用品種間雜交的育種方法其潛力已經(jīng)趨于耗盡。為了拓展育種的變異來源，人們一直在不斷尋找打破物種隔離的方法，例如利用遠(yuǎn)緣雜交手段創(chuàng)造新的變異或?qū)崿F(xiàn)不同物種間基因的重組。

遠(yuǎn)緣雜交在育種中發(fā)揮了十分重要的作用，例如，動(dòng)物中的騾子來自驢和馬的遠(yuǎn)緣雜交，普通小麥和甘藍(lán)型油菜都是來自于不同物種的遠(yuǎn)緣雜交，我國的雜交水稻使用的不育系就是來自野生稻與栽培稻遠(yuǎn)緣雜交。但是，遠(yuǎn)緣雜交一般非常困難，只有少數(shù)近緣種之間可以雜交成功。近三十年來，人們研究了很多促進(jìn)遠(yuǎn)緣雜交成功的方法，如花粉蒙導(dǎo)法，子房培養(yǎng)法，胚珠培養(yǎng)法等。盡管如此，遠(yuǎn)緣雜交仍然不能擺脫物種隔離因素的影響，絕大多數(shù)物種間仍然是不可能雜交成功的，即使雜交成功，雜交后代也很難存活和繁衍后代。

3.3 誘變育種

誘變育種是在人為條件下，用物理、化學(xué)因素誘導(dǎo)動(dòng)植物的遺傳特性發(fā)生變異，再從變異群體中選擇符合人們某種要求的單株（個(gè)體），進(jìn)而培育成新的品種或種質(zhì)的育種方法。它是繼選擇育種和雜交育種之后發(fā)展起來的一項(xiàng)現(xiàn)代育種技術(shù)，理、化因素的誘導(dǎo)作用，使得植物細(xì)胞的突變率比平時(shí)高出千百倍，有些變異是其他手段難以得到的。

據(jù)世界原子能機(jī)構(gòu)1985年統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)世界各國通過誘變技術(shù)已育成500多個(gè)品種，獲得大量有價(jià)值的種質(zhì)資源。當(dāng)然與其他技術(shù)一樣，誘變育種也有自身的弱點(diǎn)：一是誘變產(chǎn)生的有益突變體頻率低；二是還難以有效地控制變異的方向和性質(zhì)；三是誘發(fā)并鑒定出數(shù)量性狀的微突變比較困難。

3.4 轉(zhuǎn)基因育種

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們現(xiàn)在可以打破物種界限進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到品種創(chuàng)新和品種改良的目的，這種不受物種生殖隔離限制而進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移的方法就是轉(zhuǎn)基因技術(shù)。它是將已知功能的基因人工分離出來后直接加入到生物體內(nèi)使生物發(fā)生相應(yīng)變異的技術(shù)。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)有兩點(diǎn)重要區(qū)別。第一，傳統(tǒng)雜交育種技術(shù)只能在相同生物物種內(nèi)進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移，而轉(zhuǎn)基因技術(shù)則不受生物物種生殖隔離限制，可以在不同物種間轉(zhuǎn)移基因。例如，將菠菜的基因轉(zhuǎn)到豬身上提高豬油的營養(yǎng)價(jià)值，將魚的基因轉(zhuǎn)到農(nóng)作物身上提高農(nóng)作物的抗寒性，將細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)到農(nóng)作物身上使農(nóng)作物免受害蟲危害等等。第二，傳統(tǒng)的雜交育種技術(shù)是在生物個(gè)體水平上進(jìn)行的，兩個(gè)品種雜交后，來自母本的基因和來自父本的基因混到一起，通過父母基因的重新組合產(chǎn)生新的變異。而轉(zhuǎn)基因技術(shù)是從一個(gè)物種獲得一個(gè)功能清楚的基因，并將這個(gè)基因轉(zhuǎn)移到需要它的物種中，達(dá)到品種改良的目的。因此傳統(tǒng)的雜交育種往往是一次轉(zhuǎn)移大量的基因，對于后代的表現(xiàn)較難預(yù)期和把握。轉(zhuǎn)基因技術(shù)只轉(zhuǎn)移一個(gè)或少數(shù)具有明確功能的基因，后代表現(xiàn)容易預(yù)期和把握?？梢姡D(zhuǎn)基因技術(shù)是傳統(tǒng)育種技術(shù)的發(fā)展和延伸。

我國人口多，人均資源貧乏。傳統(tǒng)技術(shù)（雜交育種、化肥、農(nóng)藥等）的使用已經(jīng)無法滿足未來社會(huì)和人口發(fā)展的需要，發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)是不可猶豫的選擇。發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)不但可以大幅度提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，確保農(nóng)產(chǎn)品有效供給，保障我國糧食安全，還可以顯著減少農(nóng)藥用量，減少家畜養(yǎng)殖污染，提高水肥利用效率，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，大幅度提高農(nóng)業(yè)生態(tài)安全保障能力，明顯降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、減輕農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度提高種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。可見，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用潛力是非常巨大的，不能不發(fā)展。

4 正確認(rèn)識轉(zhuǎn)基因技術(shù)

4.1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)完全可以安全應(yīng)用

1996年以來，我國大面積種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花，美國和阿根廷等國大面積種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆、抗蟲玉米，加拿大大面積種植抗除草劑和雄性不育轉(zhuǎn)基因油菜。2009年全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積持續(xù)強(qiáng)勢增長，達(dá)到1.35億hm2，六大洲的25個(gè)國家均有種植。2006年美國含轉(zhuǎn)基因成分食品超過3000種，大豆、玉米、油菜產(chǎn)品以及棉籽油早已成為人們餐桌上的食品。世界上數(shù)億人口食用多年，并未真正發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品對身體健康產(chǎn)生損害，也未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因生物危害環(huán)境，說明轉(zhuǎn)基因生物并不可怕，其安全性是可控的。

4.2 轉(zhuǎn)基因成分不等于毒藥

很多人不了解什么是轉(zhuǎn)基因成分，以為轉(zhuǎn)基因成分一定對健康有害，是認(rèn)識的誤區(qū)。

轉(zhuǎn)基因成分是指食品中含有的外源基因DNA以及由它編碼的蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品不一定都帶有轉(zhuǎn)基因成分，不帶轉(zhuǎn)基因成分的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品與非轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品是沒有差異的，例如，轉(zhuǎn)基因大豆油與非轉(zhuǎn)基因大豆油的化學(xué)成分基本上完全一樣，用靈敏的儀器都很難檢測出轉(zhuǎn)基因成分。這是因?yàn)?，大豆油是從大豆中提煉出來的脂肪酸油脂，其他成分（如DNA和蛋白質(zhì)）都被去除。含有轉(zhuǎn)基因成分的食品不一定不安全（經(jīng)過安全評價(jià)和批準(zhǔn)上市的產(chǎn)品應(yīng)該是安全的），不含有轉(zhuǎn)基因成分的食品應(yīng)該與傳統(tǒng)食品沒有區(qū)別。如果不是專門改變營養(yǎng)成分，一般來說，精練食品（油脂、白糖、淀粉等）與常規(guī)食品是完全等價(jià)的。

轉(zhuǎn)基因品種在商業(yè)化生產(chǎn)之前，必須按照實(shí)質(zhì)等同性原則對化學(xué)成分進(jìn)行分析，進(jìn)行毒性和過敏性試驗(yàn)，化學(xué)成分發(fā)生了非預(yù)期顯著改變，或者證明有毒的轉(zhuǎn)基因品種是不能批準(zhǔn)商業(yè)化的。

食物中的轉(zhuǎn)基因成分一般是無毒無害的（除非外源基因是脊椎動(dòng)物毒素或過敏原基因）。外源DNA和蛋白質(zhì)經(jīng)過加工、烹飪和消化很難保留其原有的功能性，因此，不必過于恐慌。

4.3 轉(zhuǎn)基因品種對環(huán)境的影響與非轉(zhuǎn)基因品種是等同的

有人擔(dān)心轉(zhuǎn)基因品種危害環(huán)境，實(shí)際上，轉(zhuǎn)基因品種對環(huán)境的影響與非轉(zhuǎn)基因品種是同等的，品種對環(huán)境的影響取決于品種的特性，例如是否抗蟲，抗什么蟲，而與是否轉(zhuǎn)基因無關(guān)。抗除草劑品種對環(huán)境的影響也是同樣的道理。并不應(yīng)認(rèn)為抗除草劑特性是來自轉(zhuǎn)基因技術(shù)，其風(fēng)險(xiǎn)就更大。

與非轉(zhuǎn)基因品種一樣，轉(zhuǎn)基因品種也可以對環(huán)境造成危害。如栽培品種的抗蟲特性(或抗旱特性等)可以通過雜交轉(zhuǎn)移到雜草中，使得雜草更加猖獗?？瓜x的非轉(zhuǎn)基因品種種植時(shí)間長了，可能變得不抗蟲，這個(gè)問題在轉(zhuǎn)基因品種中同樣存在。即使是非轉(zhuǎn)基因品種的推廣，也要充分考慮環(huán)境的安全性問題。轉(zhuǎn)基因品種推廣之前都要求進(jìn)行環(huán)境安全性評價(jià)，只有對環(huán)境安全的品種才能推廣應(yīng)用。

4.4 要求轉(zhuǎn)基因生物“零風(fēng)險(xiǎn)”是不科學(xué)的

任何科學(xué)技術(shù)在發(fā)展過程中都存在一定風(fēng)險(xiǎn)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)也不例外。將“轉(zhuǎn)基因”混同于農(nóng)藥中毒、食品污染是認(rèn)識的誤區(qū)，科學(xué)家通過科學(xué)研究，已經(jīng)排除或澄清了許多風(fēng)險(xiǎn)問題，要求轉(zhuǎn)基因生物“零風(fēng)險(xiǎn)”等提法并不科學(xué)?？茖W(xué)、理性的態(tài)度是加強(qiáng)管理、深入研究，在努力預(yù)防和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)加快發(fā)展。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)同在，因?yàn)檗D(zhuǎn)基因技術(shù)可能帶來風(fēng)險(xiǎn)就拒絕它是不明智的，汽車會(huì)壓死人是否要生產(chǎn)汽車？原子彈可以毀滅人類是否需要發(fā)展原子能技術(shù)？細(xì)心思考一定會(huì)得到結(jié)論。

有人提出，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)只做了5年，那么你怎么保證50年后的安全？保證100年后的安全？如果這樣去問的話，沒有一種產(chǎn)品是可以應(yīng)用的。

轉(zhuǎn)基因生物的研制都要經(jīng)過嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，只有相關(guān)部門認(rèn)為安全才會(huì)批準(zhǔn)釋放，不安全的東西是不能釋放的。

5 發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)不可猶豫

隨著人和水稻全基因組測序的完成，世界進(jìn)入了后基因組時(shí)代，基因的爭奪戰(zhàn)已經(jīng)打響，利用已知基因的功能為人類造福成為未來世界發(fā)展的必然趨勢。為了搶占農(nóng)業(yè)競爭的制高點(diǎn)，世界主要國家都高度重視農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化，紛紛加大投資力度，加速轉(zhuǎn)基因品種的生產(chǎn)應(yīng)用。美國的孟山都公司、德國的拜耳公司、瑞士的先正達(dá)公司等都投巨資發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)。2008年，全球有25個(gè)國家累計(jì)批準(zhǔn)24種轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化應(yīng)用。以抗除草劑和抗蟲為主的大豆、玉米、棉花、油菜等轉(zhuǎn)基因作物種植面積，已從1996年的170萬hm2迅速增至2008年的1.25億hm2，增幅高達(dá)74倍。以轉(zhuǎn)基因技術(shù)為核心的農(nóng)業(yè)生物育種產(chǎn)業(yè)已成為美國等發(fā)達(dá)國家的重要新興產(chǎn)業(yè)。截止2009年，美國、加拿大、中國、歐盟和日本進(jìn)行轉(zhuǎn)基因作物田間試驗(yàn)共計(jì)28182次，美國占世界轉(zhuǎn)基因作物田間試驗(yàn)總量的52%，加拿大占28.7%，我國占10%，歐洲占8%，日本占0.5%。歐盟盡管過去對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用態(tài)度謹(jǐn)慎，但2008年商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因作物的歐盟國家已增加到8個(gè)，作物種類有所拓展，態(tài)度日趨積極。巴西、阿根廷、印度等發(fā)展中國家對轉(zhuǎn)基因作物研發(fā)投入成倍增加，發(fā)展勢頭尤為強(qiáng)勁，已成為全球轉(zhuǎn)基因生物育種一支重要力量。日本和歐洲各國雖然在轉(zhuǎn)基因育種方面進(jìn)展緩慢，但是他們在基因克隆與功能基因研究方面非常積極，很多方面明顯領(lǐng)先于中國。

全球化的今天，落后就要被欺負(fù)。我國在轉(zhuǎn)基因育種研究方面與發(fā)達(dá)國家已經(jīng)形成明顯差距，因此，在發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)方面我們不能夠再猶豫，我們應(yīng)該堅(jiān)決支持轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展。

（農(nóng)業(yè)部網(wǎng)）