轉(zhuǎn)基因作物的利弊分析

1、轉(zhuǎn)基因作物的利弊分析隨著轉(zhuǎn)基因作物種植面積的不斷擴大，其產(chǎn)品也越來越多地投放市場. 這些轉(zhuǎn)基因作物和產(chǎn)品究竟能為人們帶來多大好處？它們對人們賴以生存的環(huán)境和健康會帶來多大的負(fù)面影響？下面就轉(zhuǎn)基因作物的優(yōu)越性和潛在風(fēng)險作一簡要綜述.1 轉(zhuǎn)基因作物的優(yōu)越性由于導(dǎo)入目的基因的千變?nèi)f化，它給人類帶來的好處也多種多樣. 綜合轉(zhuǎn)基因作物的各種影響，不但給我們帶來了相當(dāng)可觀的直接經(jīng)濟效益，而且為全球農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展提供了良好的外部條件，帶來了巨大的環(huán)境和社會效益.11 直接經(jīng)濟效益種植轉(zhuǎn)基因作物所得到的效益是非常明顯的. 以美國為例，1996 年全國得到的凈利為 1.59 億美元，其中 Bt 棉花占 6

2、100 萬美元，Bt 玉米占 1 900 萬美元，抗除草劑大豆為 1 200 萬美元. 到 1997 年時，全國的凈利增加到 3.66 億美元，其中 Bt 玉米為 1.19 億美元，抗除草劑大豆為 1.09 億美元，Bt 棉花為8 100 萬美元，抗除草劑棉花為 500 萬美元，Bt 馬鈴薯約 100 萬美元. 加拿大得益明顯的是抗除草劑轉(zhuǎn)基因油菜，1994 年時全國凈利為 500 萬美元左右；1997 年上升為 4 800 萬美元. 另外，加拿大 Bt 玉米得益 500 萬美元，全國估計共達 5 300 萬美元1 .從全球角度看，1995 年到 1999 年 5 年間轉(zhuǎn)基因作物銷售收入增加近

3、 30 倍. 1995 年時僅為 7 500 萬美元；1996 年翻了三番，達 2.35 億美元；1997 年又翻了近三番，達 6.7 億美元；1998 年在 12 億18億之間，2002 年銷售收入達 42.5 億美元2 .12 改善食品營養(yǎng)與增進人類健康轉(zhuǎn)基因作物通過改善食品營養(yǎng)來緩解人類饑荒和發(fā)展中國家的營養(yǎng)不良，從而減少疾病. 當(dāng)前轉(zhuǎn)基因作物是多種多樣的，有的含有大量人類必需的某種氨基酸和維生素，有些含有較低脂肪酸和較高品質(zhì)的油分，甚至有些含有抗癌物質(zhì). 現(xiàn)在簡要例舉一些正在市場上銷售或正在開發(fā)之中的轉(zhuǎn)基因作物：低淀粉馬鈴薯，這種馬鈴薯在煎煮中可吸收少量的油分； 高賴氨酸含量的玉米和甘

4、薯，賴氨酸含量較高； 賴氨酸、蛋氨酸含量較高的大豆，這種大豆具有較高的動物營養(yǎng)； 高糖分大豆，這種大豆不僅口味好，而且易于消化； 超高油質(zhì)的油菜新品種2-4 .在發(fā)展中國家的許多地區(qū)以稻米為主食. 因此，在那些地方缺乏維生素 A 成為一個很嚴(yán)重的健康問題. 據(jù)世界衛(wèi)生組織不完全統(tǒng)計，缺少維生素 A 的個體不僅易受病菌感染，而且可能會導(dǎo)致失明，這一問題大約影響了近 2.5 億的兒童. 在全世界的一些地區(qū)，1/4 的兒童死亡與缺乏維生素有關(guān)3 . 另外，據(jù)不完全統(tǒng)計，全球受缺鐵影響的人數(shù)約為 37 億，尤其是婦女和兒童，貧血使他們體質(zhì)弱化3 .可喜的是，最近瑞士聯(lián)邦工業(yè)研究所和 Friberg 大

5、學(xué)共同開展的研究，有可能解決這以特殊的問題.這兩個機構(gòu)的研究者們利用生物技術(shù)將其他植物、細(xì)菌及真菌中總共 7 個基因轉(zhuǎn)入水稻中，從而產(chǎn)生一個水稻新品系“金稻”5 ，這種水稻新品種既含有-胡蘿卜素（維生素 A 的前體），又含有鐵. 在國際水稻研究所（IRRI）的幫助下，這種水稻新品種將被用作親本與其他商業(yè)品種雜交，然后進行田間試驗，最后使它們成為發(fā)展中國家都可以獲得并種植的新品種.通過傳統(tǒng)育種方法提高蛋白質(zhì)含量的努力成效甚微. Larkins 博士證實6 ，“全世界作物育種家們已經(jīng)花了超過 30 年的時間來改良玉米和其他谷類作物的蛋白質(zhì)含量，未取得明顯進展. 利用分子遺傳學(xué)和基因組學(xué)的方法，能夠

6、揭示玉米富含賴氨酸的復(fù)雜遺傳性問題，而且試驗表明，這一結(jié)果適用于其他谷類作物，包括水稻和小麥. 因此，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)來大幅度提高禾谷類作物的蛋白質(zhì)含量是可能的”.農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的出現(xiàn)為開發(fā)具有藥用功能的植物品種（包括藥用食品），開啟了一扇大門. 這些新品種的開發(fā)對那些健康條件有限的人來說尤其重要. 疫苗接種工程在世界許多地區(qū)已成為一個問題，尤其在發(fā)展中國家針對這個問題許多研究者已經(jīng)考慮進行食用植物疫苗的開發(fā)，因為這種疫苗不僅方便，而且成本更低. 據(jù)報道，美國至少有 40 種利用生物技術(shù)生產(chǎn)的疫苗在審定中3 . 當(dāng)前的研究主要集中在研制可以釋放疫苗的植物，從而使人們免受霍亂和腹瀉之苦，因為在發(fā)展中

7、國家，這些疾病是導(dǎo)致嬰兒死亡的主要原因. 雖然這僅僅是一個開端，但這些令人鼓舞的結(jié)果表明，終究有一天，以植物為基礎(chǔ)的疫苗將為人類、家畜以及寵物免受致命病害的威脅提供嶄新的途徑.也許一些將被轉(zhuǎn)變成“工廠”，這種經(jīng)過設(shè)計的工廠能快速生產(chǎn)出藥品，從而大大降低生產(chǎn)成本.例如，科學(xué)家們正在研究苜蓿，看它是否能夠在改良后產(chǎn)生-干擾素，因為它對治療一種肺炎具有潛在的利用價值6 . 生物反應(yīng)器（利用各種植物產(chǎn)生大量有用的醫(yī)藥產(chǎn)品）其他方面的研究正在進行當(dāng)中.轉(zhuǎn)基因作物在提供藥品和疫苗方面擁有巨大的潛力. 它們的發(fā)展不僅對提高全人類的健康具有深遠的意義，而且對挽救世界最貧困地區(qū)成千上萬的生命具有潛在的意義.13

8、 改善生存環(huán)境與增加作物產(chǎn)量目前國內(nèi)外已大面積商品化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因作物主要是以提高作物抗性（如抗病、抗蟲、抗除草劑）和改良作物的性狀為主. 這些轉(zhuǎn)基因作物的大面積種植其優(yōu)越性是十分明顯的. 以抗蟲轉(zhuǎn)基因棉花為例，它不僅可以抵抗棉鈴蟲等害蟲的危害，提高棉花產(chǎn)量，而且因大量減少了農(nóng)藥施用量，保護了人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境.另外，對植物基因組的深入了解和轉(zhuǎn)基因技術(shù)的介入，將有助于擴大作物的種植范圍，使世界范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)低產(chǎn)出和高度營養(yǎng)不良地區(qū)的作物增產(chǎn). 例如，那些能抗干旱、高鹽度以及重金屬毒害的轉(zhuǎn)基因作物，可以使目前生活在不可耕地區(qū)的人們耕作自己的土地，這樣就可減輕世界上諸如熱帶雨林地區(qū)的壓力，因為這些地

9、區(qū)正在被大量地改造為農(nóng)田.由于鹽堿，全球約有 1/3 的灌溉土地不適宜種植作物，這包括印度次大陸的大部分地區(qū)3 . 研究者們已經(jīng)獲得遺傳經(jīng)修飾的抗鹽轉(zhuǎn)基因水稻和玉米，從理論上說，將來可能獲得一大批耐鹽堿的轉(zhuǎn)基因作物6 .這樣一來，農(nóng)民們就可以用鹽水或水質(zhì)不良的水來灌溉農(nóng)田了.其他形式的環(huán)境壓力，如異常高溫和干旱，也是作物生產(chǎn)的主要影響因素. 據(jù)估計，在美國主要農(nóng)作物的年平均產(chǎn)量僅僅為其遺傳潛力的 20%，另外的 80%部分則由于不良的環(huán)境條件而損失掉3 . 除此之外，環(huán)境的壓力極大地限制了作物的種植范圍. 例如，由于冰凍氣候的影響，在美國的北部和加拿大的大部分地區(qū)冬油菜不能被種植. 突發(fā)的氣候

10、變化對作物的產(chǎn)量也有相當(dāng)大的影響. 例如在加利弗尼亞，1999 年由于遭受突發(fā)的冰凍天氣導(dǎo)致其柑橘加工廠大約 6 億美元的損失3 .許多傳統(tǒng)的植物育種項目中也包含著提高作物對環(huán)境耐性的內(nèi)容，可獲得成功的例子卻很少，這是因為在提高作物對不良環(huán)境的適應(yīng)過程中，涉及到生理方面和遺傳方面的綜合知識. 最近，有關(guān)研究人員已克隆出導(dǎo)致凍害耐性的“控制開關(guān)”基因，這些基因也會影響作物對干燥和高鹽度不良環(huán)境的抗性7 .現(xiàn)在，那些導(dǎo)入“控制開關(guān)”基因的作物正在被改良和試驗.土壤中的有毒金屬是人類面臨的另一挑戰(zhàn). 例如酸性土壤中的鋁在美國東南部、中美、南美、北美的大部分地區(qū)以及印度和中國的部分地區(qū)已成為一個問題.

11、 研究表明，哺乳動物中的抗金屬基因 MT 可轉(zhuǎn)移到煙草等作物中，從而使這些作物可以在含這些金屬的土壤中生長8 . 研究者們把這項技術(shù)再推進一步，目前他們正試圖選育一種能清除土壤重金屬污染（如銅、錳和鈣等）的作物.14 提供可再生資源遺傳工程使人類大量應(yīng)用植物生產(chǎn)“工業(yè)原料”成為可能. 例如，作為潤滑油、塑料前體以及與健康有關(guān)的生物分子原料的特制油. 經(jīng)過改良纖維和樹木新品種可獲得優(yōu)質(zhì)不易褪色的木材和紙張，這項研究正在開發(fā)之中9 .一種作物可以對長期環(huán)境保護產(chǎn)生顯著的影響. 具有特殊顏色的轉(zhuǎn)基因棉花就是一個例子. 這些棉花的誕生最終會導(dǎo)致人們對粗糙化學(xué)印染需求的下降6 .采用生物技術(shù)可從谷類作物

12、中獲取高質(zhì)量的工業(yè)潤滑油. 麻省理工學(xué)院的 Anthony Sinskey 和他同事開展了這方面的研究10 . 這些研究者又開始了一個百萬美元的研究工程，即利用油棕櫚來生產(chǎn)生物降解塑料9 .2 轉(zhuǎn)基因作物的潛在風(fēng)險20 世紀(jì) 80 年代后期以來對轉(zhuǎn)基因作物可能存在的風(fēng)險不斷有報道. 隨著轉(zhuǎn)基因作物商品化的迅猛發(fā)展，認(rèn)為轉(zhuǎn)基因作物商品化不存在風(fēng)險或風(fēng)險不大的報道日益增多. 世界銀行 1997 年曾邀集一批學(xué)者，對轉(zhuǎn)基因作物有一專門報告，這報告對轉(zhuǎn)基因作物商品化基本肯定. 歐洲一些國家對轉(zhuǎn)基因作物的態(tài)度與北美國家截然相反. 國際權(quán)威性刊物如 Nature 等也陸續(xù)有轉(zhuǎn)基因作物存在風(fēng)險的實驗報道（有

13、關(guān)轉(zhuǎn)基因作物風(fēng)險評估方法至少已有兩本專著）. 以下分幾個方面對這一問題進行簡單闡述.21 雜交轉(zhuǎn)基因作物可能會演變?yōu)殡s草而產(chǎn)生“超級雜草”或“遺傳污染”，對于這些問題人們表示擔(dān)憂.其實，轉(zhuǎn)基因作物對環(huán)境的危險性與傳統(tǒng)育種方法改良的同樣品種沒有區(qū)別.栽培作物偶然性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡s草的風(fēng)險，是微不足道的. 因為這些作物進行了長時間的選育，在選擇的這段時間內(nèi)，野生植物的雜草性狀被認(rèn)真地從雜草中剔除. 通常與馴化有關(guān)的性狀會使作物依賴于農(nóng)業(yè)環(huán)境，因此在野生環(huán)境下具有較差的競爭力，而且難以生存或變成具有侵略性的雜草. 同時，耐除草劑、抗蟲以及其他重要的栽培性狀，并沒有將雜草性狀轉(zhuǎn)給栽培作物.另一擔(dān)憂是人們認(rèn)為

14、耐殺蟲劑或抗蟲作物會把它們的遺傳優(yōu)點轉(zhuǎn)移到附近的雜草，從而產(chǎn)生超級雜草11-13 . 在相關(guān)作物物種間，通過雜交進行基因轉(zhuǎn)移是一個自然過程，但是，在不相關(guān)作物間，這種雜交是相當(dāng)少見的. 在相對很少的情況中，可以發(fā)生雜交的野生種也是存在的. 例如南瓜和油菜，但許多條件得到滿足后基因轉(zhuǎn)移才可能發(fā)生（野生近緣種必需在作物花粉的授粉范圍內(nèi)）；近緣種必須與作物在花期上相遇；受精必須發(fā)生在近緣野生種上而且必須得到有活力的種子；種子必須能夠存活和發(fā)育；雜交種子的后代必須能夠繁衍或生存下去. 假如這些條件中的任何一個得不到滿足，那么基因轉(zhuǎn)移將不會發(fā)生. 即使上述條件得到滿足，在缺少強有力的選擇壓力情況下，抗性

15、性狀轉(zhuǎn)入野生植物種群的概率是相當(dāng)?shù)偷?作物的抗性基因在雜草群體中存留下來是不可能的，事實上，如果大量來自作物的基因成為雜草基因組的一部分，這意味著雜草的表現(xiàn)將更像作物，而且它的影響主要被限制在農(nóng)田系統(tǒng)中，而在農(nóng)田中通過標(biāo)準(zhǔn)的管理操作將可以控制住雜草.22 昆蟲對抗蟲作物產(chǎn)生抗性另一個公眾關(guān)注的問題是抗蟲轉(zhuǎn)基因作物的大面積種植能否加速抗殺蟲劑昆蟲的出現(xiàn)14-15 . 對于昆蟲對抗蟲轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)生抗性的擔(dān)憂可以追溯到轉(zhuǎn) Bt 基因作物出現(xiàn)以前，人們在很早以前就發(fā)現(xiàn)昆蟲會對Bt 噴劑產(chǎn)生抗性. 事實上，在控制害蟲種群 Bt 抗性進化過程中，Bt 作物可能是一個強有力的武器. Bt噴劑是一種包含不同成

16、分的“雞尾酒”，不同的成分通常由一個不同的基因編碼控制. 而今天 Bt 作物僅僅產(chǎn)生一種毒蛋白. 假如昆蟲由于暴露在作物產(chǎn)生的特殊 Bt 毒蛋白之中而獲得抗性，那么它們很有可能僅僅對特殊的毒素產(chǎn)生抗性而對其他 Bt 毒素仍然敏感.盡管目前在降低害蟲抗性方面，Bt 作物比 Bt 噴劑效果好，但將來的轉(zhuǎn)基因作物品種在這一點上可能更有效. “基因堆積”（gene stacking）技術(shù)可把多個基因?qū)胪环N作物中. 為了生存，昆蟲必須對每種形式的毒蛋白產(chǎn)生抗性. 在北美，通過多個抗性基因來控制小麥稈銹病已沿用了十幾年，沒有證據(jù)表明出現(xiàn)了難以控制的超級物種. 也許在一個昆蟲種群中，昆蟲產(chǎn)生多抗性的可能

17、性是相當(dāng)?shù)偷?23 對非靶標(biāo)昆蟲的影響眾所周知，食物鏈在生態(tài)系統(tǒng)中是十分普遍、極其重要的. 轉(zhuǎn)基因植物作為食物鏈的基本組成部分，很可能會使轉(zhuǎn)基因植物中的外源基因表達產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到其它非靶標(biāo)生物中，從而造成轉(zhuǎn)基因的轉(zhuǎn)移.Schuler 等16 綜述了抗蟲轉(zhuǎn)基因植物對節(jié)肢動物天敵的潛在邊際效應(yīng)，其中有許多例子就涉及到外源基因表達產(chǎn)物在食物鏈中的傳遞. 這種轉(zhuǎn)移在大多數(shù)情形下不會給非靶標(biāo)動物帶來多大的影響，但也有一些帶來負(fù)面影響的報道. Birch17 利用喂飼轉(zhuǎn) Bt 基因馬鈴薯的蚜蟲作為瓢蟲的取食飼料，發(fā)現(xiàn)喂轉(zhuǎn)基因馬鈴薯雌蚜蟲的卵比對照組的減少 1/3，飼喂轉(zhuǎn)基因馬鈴薯蚜蟲的受精卵在未孵化前比對照組

18、死亡率高近 3倍，以轉(zhuǎn)基因馬鈴薯蚜蟲為食物的雌瓢蟲的存活時間比對照組少一半. Hilbeck18 用喂養(yǎng)轉(zhuǎn) Bt 玉米的歐洲玉米螟作為草蛉的飼料，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn) Bt 玉米組草蛉死亡率要高于對照組 20%左右，該作者推測此結(jié)果與轉(zhuǎn)基因玉米中 Bt 毒素轉(zhuǎn)移到草蛉體內(nèi)有關(guān). 美國康奈爾大學(xué) Losey 等人19 研究發(fā)現(xiàn)，在一種植物馬利筋葉片上撒上轉(zhuǎn) Bt 玉米花粉后，一種稱之為黑脈金斑蝶的幼蟲對葉片就吃得少，長得慢，死得快. 4d 后幼蟲死亡率達 44%，而對照無一死亡. 盡管以上試驗均在實驗室完成，有許多人為的因素，其結(jié)果并不能代表田間的實際情況，但在一定程度上也反映了轉(zhuǎn)基因作物中的外源基

19、因表達產(chǎn)物可通過食物鏈轉(zhuǎn)移到其他非靶標(biāo)動物中.3 未來發(fā)展趨勢轉(zhuǎn)基因作物的商品化種植發(fā)展迅速，1992 年為一個國家進入商業(yè)化種植階段，到 1996 年增加到 6 個國家，2003 年已發(fā)展到 18 個國家. 轉(zhuǎn)基因作物的種植面積由 1996 年的 170 萬公頃增長到 2003 年的6800 萬公頃，增加了 40 倍，其發(fā)展速度是驚人的，預(yù)計在未來幾年內(nèi)將繼續(xù)增長2 .隨著轉(zhuǎn)基因作物的繼續(xù)擴大，現(xiàn)在開始出現(xiàn)第二次浪潮（第一次浪潮以帶有導(dǎo)入抗蟲和除草劑基因作物的商業(yè)化生產(chǎn)為標(biāo)志）. 就像前面談到轉(zhuǎn)基因作物的優(yōu)越性一樣，科研人員目前開發(fā)的基因改良作物必將給人們帶來更好味道、更多營養(yǎng)和更安全的轉(zhuǎn)基

20、因作物. 同時，人們將加強對轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)環(huán)境安全性的評價與研究，我國已將該領(lǐng)域列為國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃中. 我們有理由相信，轉(zhuǎn)基因作物將為人類帶來更加美好的明天.參考文獻：1徐洪偉, 劉延平. 轉(zhuǎn)基因作物與農(nóng)業(yè)的現(xiàn)在和未來J. 松遼學(xué)刊 (自然科學(xué)版), 2002,(2): 38-40.2楊俊海. 種植轉(zhuǎn)基因作物的益處J. 甘肅科技, 2004,20(2):145-147.3舒慶堯, 王忠華. 轉(zhuǎn)基因作物與綠色藥物加工廠A. 見:基因工程C.杭州:浙江大學(xué)出版社, 2002:97-104.4陳君石.轉(zhuǎn)基因食品M. 聞芝梅譯.北京:人民衛(wèi)生出版社, 2003:162-167.5YE X,

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