擁抱第二次“綠色革命”

“雜交育種技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)不僅對保證我國糧食安全有戰(zhàn)略意義，對健康、醫(yī)藥、能源、環(huán)保等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展同樣具有深遠(yuǎn)的影響。

第一次綠色革命是指在上世紀(jì)50年代初，利用“矮化基因”，培育和推廣矮稈、耐肥、抗倒伏的高產(chǎn)水稻、小麥、玉米等品種為主要內(nèi)容的生產(chǎn)技術(shù)活動，使全球的糧食產(chǎn)量提高了約20%。第二次綠色革命則是指由世界糧食理事會在1990年提出，通過運(yùn)用以基因工程為核心的現(xiàn)代生物技術(shù)，培育既高產(chǎn)又富含營養(yǎng)的動植物新品種以及功能菌種，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)生革命性變化。第二次綠色革命從醞釀到發(fā)力，已經(jīng)成為人類可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，利用科學(xué)技術(shù)解決人類糧食安全已成為其中的核心問題。雜交育種、轉(zhuǎn)基因育種等現(xiàn)代育種技術(shù)不斷取得突破，良種不再是一粒米、一顆豆，而是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，也是國計民生安全的壓艙石。

雜交育種技術(shù)發(fā)展已有60多年的歷史，已經(jīng)成為比較成熟的技術(shù)，也是目前為止對糧食生產(chǎn)貢獻(xiàn)最大的育種技術(shù)。袁隆平院士主持研究的雜交水稻，從最初的“三系法”到20世紀(jì)90年代以光溫敏不育系為基本材料的“兩系”法，現(xiàn)在又進(jìn)一步發(fā)展到了以遺傳工程技術(shù)創(chuàng)制不育系的第三代雜交育種技術(shù)新階段。雜交水稻技術(shù)的不斷發(fā)展，為解決我國溫飽問題做出了重大貢獻(xiàn)。

揭開轉(zhuǎn)基因的秘密

轉(zhuǎn)基因技術(shù)始于20世紀(jì)70年代，科恩（Cohen）將金黃色葡萄球菌質(zhì)粒上的抗青霉素基因轉(zhuǎn)到大腸桿菌體內(nèi)，揭開了轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用的序幕?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，基因是控制生物性狀的基本遺傳單位，由四種核苷酸組成，不同遺傳信息差異包含在這四種核苷酸的排列順序中，基因通過遺傳信息控制生物性狀。轉(zhuǎn)基因是指一種生物原來沒有某種基因，而外來的某種基因轉(zhuǎn)到這種生物里面去?？梢哉f，天然轉(zhuǎn)基因是30億年來生命進(jìn)程最普遍的現(xiàn)象，是生物進(jìn)化的動力源泉，沒有轉(zhuǎn)基因就沒有今天多姿多彩的大千世界。

轉(zhuǎn)基因有兩類，一是自然過程轉(zhuǎn)基因，二是人工干預(yù)過程轉(zhuǎn)基因，兩種方式本質(zhì)相同。天然轉(zhuǎn)基因又叫基因轉(zhuǎn)移或漂移，人類約有8%的基因就是來自病毒基因的轉(zhuǎn)移，也正是有了自然轉(zhuǎn)基因，才有了生物多樣性，生物才能不斷地適應(yīng)自然環(huán)境變化?？茖W(xué)新發(fā)現(xiàn)的所有陸地生物最近緣的共同祖先——雙星藻綱單細(xì)胞綠藻(Spirogloea muscicola），有兩個關(guān)鍵基因就是從土壤細(xì)菌中“轉(zhuǎn)”來的，這次6億年前發(fā)生的自然轉(zhuǎn)基因，使陸地植物祖先在功能和適應(yīng)性上獲得質(zhì)的飛躍。

人工干預(yù)轉(zhuǎn)基因，稱為“轉(zhuǎn)基因技術(shù)”或“基因工程”，是近50年發(fā)展起來的新興生物技術(shù)。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的原理是將人工分離和修飾過的目標(biāo)基因，導(dǎo)入到生物體基因組，導(dǎo)入基因的表達(dá)引起生物體性狀的可遺傳修飾改變，使重組生物具備人們所期望的新性狀，培育出新品種。

雜交育種技術(shù)和轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)的實(shí)質(zhì)都是通過獲得優(yōu)良基因進(jìn)行遺傳改良，理論上一脈相承，技術(shù)路徑上有所不同。目前農(nóng)作物育種中應(yīng)用最廣泛、最有效的技術(shù)是雜交育種技術(shù)。雜交育種的一個突出特點(diǎn)是形成和利用所特有的雜種優(yōu)勢。雜種優(yōu)勢指兩個遺傳組成不同的親本雜交產(chǎn)生的雜種在某些表現(xiàn)型或者在生長勢的平均值上超越其雙親的現(xiàn)象。在農(nóng)作中培育的一批小麥、水稻、大豆等優(yōu)秀品種，在農(nóng)作物增產(chǎn)過程中發(fā)揮了重大作用。以雜交水稻為例，它的研究與利用，不僅豐富了作物遺傳育種的理論和實(shí)踐，更為糧食生產(chǎn)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，成為人類農(nóng)業(yè)發(fā)展史上的一座里程碑。

當(dāng)前，利用雜種優(yōu)勢培育超高產(chǎn)水稻品種，依然是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的熱點(diǎn)、重點(diǎn)和難點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)的雜交育種技術(shù)無法確保得到設(shè)定的性狀，而且隨著逐代傳遞，性狀變化可能衰減。另外，雜交一般只在同一物種的不同品種之間進(jìn)行，跨物種、跨屬雜交很難實(shí)現(xiàn)。第三代雜交育種技術(shù)采用了基因工程技術(shù)，通過轉(zhuǎn)入特定基因作為雄性不育株制備，再進(jìn)行雜交，這與轉(zhuǎn)基因技術(shù)趨于重合。有所不同的是，如果說雜交育種一次“轉(zhuǎn)”成千上萬個基因，有一些是科學(xué)家不掌握的，那么轉(zhuǎn)基因育種一次只精準(zhǔn)“轉(zhuǎn)”幾個特定基因，科學(xué)家對所“轉(zhuǎn)”基因是完全掌握的。兩大育種技術(shù)各有優(yōu)勢、各有特色。我國在雜交育種技術(shù)上已經(jīng)取得很大的成就，在轉(zhuǎn)基因技術(shù)上還要下大力氣。

發(fā)展現(xiàn)代育種技術(shù)的重大意義

雜交育種技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)不僅對保證我國糧食安全有戰(zhàn)略意義，對健康、醫(yī)藥、能源、環(huán)保等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展同樣具有深遠(yuǎn)的影響。

一是中國糧食安全的戰(zhàn)略保證。我國現(xiàn)有的耕地不能保證糧食的充足供應(yīng)，現(xiàn)代育種技術(shù)能否解決這個問題？結(jié)論是肯定的。新培育的品種可以在嚴(yán)酷的條件下生長，有很強(qiáng)的自然適應(yīng)性；轉(zhuǎn)基因大豆和轉(zhuǎn)基因玉米在我國已經(jīng)進(jìn)口和消費(fèi)多年，經(jīng)歷了時間考驗(yàn)，在品質(zhì)和安全方面沒有受到任何有科學(xué)根據(jù)的質(zhì)疑。我們以這兩種轉(zhuǎn)基因作物為例，探討轉(zhuǎn)基因作物在保證國家糧食安全方面所具有的巨大潛力。

根據(jù)計算，如果我國將每年進(jìn)口的8803萬噸轉(zhuǎn)基因大豆和自產(chǎn)的1600萬噸普通大豆（1.33億畝耕地）全部轉(zhuǎn)為使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，在大豆供應(yīng)總量不變的情況下，需要凈增加3.1億畝耕地；同時，如果將每年自產(chǎn)的2.5733億噸玉米（6.19億畝耕地）全部轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)基因玉米，將減少2.8億畝耕地。也就是說，在耕地面積少量增加的情況下，只要將大豆和玉米全部調(diào)整為轉(zhuǎn)基因品種，并在提高土地質(zhì)量、生產(chǎn)集約化程度、田間管理水平等方面下功夫，即使不進(jìn)口大豆和玉米，也可以保持我國糧食自給，保障我國糧食的戰(zhàn)略安全。

二是保護(hù)糧食市場、增加農(nóng)民收入。轉(zhuǎn)基因作物在質(zhì)量、品質(zhì)和價格上均優(yōu)于傳統(tǒng)作物。據(jù)統(tǒng)計，大多數(shù)轉(zhuǎn)基因食品產(chǎn)量可增加20%，成本只有傳統(tǒng)食品的40%至60%。

以大豆為例，和普通大豆相比，轉(zhuǎn)基因大豆不僅畝產(chǎn)量平均增加30%，出油率平均增加7%、千粒重、顆粒均勻，油酸含量能從25%增加到85%。再以棉花為例，我國棉花主產(chǎn)區(qū)新疆曾受到棉鈴蟲的困擾，幾乎全軍覆沒，使用轉(zhuǎn)基因抗蟲棉以后，又恢復(fù)了勃勃生機(jī)。僅抗蟲棉一個作物，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價值就超過了我國在轉(zhuǎn)基因研發(fā)領(lǐng)域的全部投入。當(dāng)前，轉(zhuǎn)基因作物已使全球種植農(nóng)戶增收25%，累計獲得純經(jīng)濟(jì)效益340億美元。

三是保護(hù)生態(tài)環(huán)境有顯著成效。抗病蟲、抗除草劑、抗旱、耐鹽堿等轉(zhuǎn)基因品種，可顯著減少農(nóng)藥、化肥和水的使用。如我國轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻比常規(guī)水稻，每公頃可減少80%農(nóng)藥用量，如果全國有50%的稻田種植轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻，將減少農(nóng)藥用量2.5億千克。美國在1996—2015年間，種植的轉(zhuǎn)基因抗蟲和耐除草劑作物減少了農(nóng)藥用量5.84億千克。轉(zhuǎn)基因作物在減少環(huán)境污染方面優(yōu)勢明顯，“生物農(nóng)業(yè)”未來的優(yōu)勢遠(yuǎn)超“化學(xué)農(nóng)業(yè)”。

四是提供生物制品的原料。我們許多人并不了解，諸多疫苗、干擾素和抗生素的原料都是依靠轉(zhuǎn)基因技術(shù)制備的。宮頸癌是目前女性腫瘤的第二大殺手，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)研制成功的宮頸癌疫苗就使世界眾多婦女受益。糖尿病是中國食品高營養(yǎng)化以后面臨的越來越嚴(yán)重的疾病，胰島素是治療糖尿病最有效的藥物。傳統(tǒng)胰島素是從牛的胰腺分離出來，一個普通糖尿病人一年所用的胰島素需要宰殺幾十到幾百頭牛，藥物十分昂貴；而通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)研制的胰島素，不僅具有注射量少、穩(wěn)定性高、價格低等特點(diǎn)，而且不發(fā)生過敏反應(yīng)，大大減輕了我國1.16億名糖尿病患者的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。