转基因科普:浅谈转基因农作物

本文作者:新疆农业科学院植物保护研究所 李海强

什么是转基因作物?我国常见的转基因食品有哪些?

所谓转基因作物,就是通过基因工程技术将一种或几种外源性基因转移到某种特定的植物体中,并使其有效地表达出相应的产物(多肽或蛋白质),此过程叫转基因。以转基因作物为原料加工生产的食品就是转基因食品。

我国市场上的转基因食品主要为转基因大豆油、转基因菜籽油,转基因番木瓜,以及用转基因大豆、转基因菜籽为原料制成的调和油。我国市场上销售的水稻种子和大米都是传统培育品种,我国尚未开展转基因水稻商业化生产种植。

转基因农作物带来的益处?

第一种转基因抗虫作物的种植增加了农作物的产量。随着遗传学的发展,科学家在细菌中发现了抗虫基因,这种细菌叫苏云金芽孢杆菌。苏云金芽孢杆菌的英语缩写为Bt,它的基因就叫Bt基因,Bt基因产生的蛋白就叫Bt蛋白,Bt蛋白被鳞翅目昆虫吃了以后,与昆虫肠道壁上的糖蛋白结合,导致昆虫肠穿孔而死。科学家发现,自然界本来就存在转基因,细菌之间转基因很常见,细菌给植物转基因也会偶尔发生,研究发现,在几千年以前,土壤农杆菌的基因就转给了红薯。目前世界上推广的转基因抗虫作物转的都是Bt基因。Bt基因有多个,如果昆虫对这个Bt基因产生了抗性,还可以再转另一个Bt基因。

第二种转基因除草剂作物的种植减轻了杂草对农作物的为害。目前世界上推广面积最大的转基因作物是抗除草剂草甘膦的。除草剂是现代农业的主要标志。草甘膦除草原理是抑制植物氮代谢的酶的活性,氮代谢的终端产物是蛋白质,蛋白质是细胞的主要成分,氮代谢的酶没了活性,氮代谢就停止了,蛋白质就不能产生了,新的细胞也不能产生了,那么植物就死亡了。转基因抗草甘膦作物,转的是土壤农杆菌的一个基因,这个基因可以让氮代谢的酶增加50倍,抵消了草甘膦的作用,所以草甘膦只除草,不伤作物。

第三种转基因木瓜减轻了木瓜病毒病对木瓜的为害。番木瓜果树常发生病毒病,无药可治,以至绝收,惟有转基因可抗病毒,2006年批准商业化种植。转基因番木瓜抗病毒的原理是:把病毒基因组的复制酶基因转入番木瓜细胞的基因组,因为转入的只是复制酶基因而不是病毒的基因组,所以番木瓜并不染病;病毒的复制酶基因转入番木瓜细胞,就成了番木瓜的基因,不再是病毒的基因,当病毒侵入番木瓜细胞后,这个复制酶基因就阻止病毒基因组的复制酶基因发挥作用,这叫“基因沉默”,沉默是因为内源、外源两个基因结构相同,沉默的机制很复杂,细说艰深,简单而通俗地说就是“相克”,是“内源外源基因结构相同而相克”,相克,病毒便不能复制,也就不能致病。

第四种转基因抗褐变植物减缓了作物变褐的过程。以美国抗褐变土豆为例来说明。美国机械化、自动化程度高,运输、仓储、上货架、上流水线,土豆难免挤压、磕碰而破皮,破皮则褐变,褐变则品相不好,品相不好则不好卖,于是就通过转基因防褐变。土豆里的酚与相应的酶互不接触,相安无事,但是破皮或切开以后,酚与酶就结合了,然后产生醌,醌为褐色。那个酶是相应的基因产生的,抑制那个基因也就抑制了那个酶。把那个基因的一个片段复制下来,转入土豆,原来的基因片段与转入的基因片段因为结构相同而相克,结果是“同归于尽”,这也是“基因沉默”。那个基因沉默了,那个酶就不产生了,土豆破皮、切开就不褐变了。

国际上转基因生物食用安全性评价的? 转基因安全吗?

长期以来,社会各界对转基因是否安全存在诸多争议。但实际上,转基因安不安全是有明确结论的,即转基因作为一项技术来说是中性的,该技术研发出来的产品则需要进行一系列安全性评价的。国际上所有的权威机构都研究证明,通过安全评价、获得安全证书的转基因生物及其产品是安全的。转基因食品上市前要通过严格的安全评价和审批程序。也就是说,经过安全性评价后审批上市的转基因产品是有保障的,等同于传统食品。

当前,从全球的角度,有众多权威科研机构对转基因产品进行了大量的研究工作。这些研究证明,已经批准上市的转基因食品是安全的。欧盟委员会历时25年,组织500多个独立科学团体参与了130多个科研项目,他们的结论是:生物技术,特别是转基因技术,并不比传统育种技术危险。世界卫生组织认为,目前尚未显示转基因食品批准国家的民众使用转基因食品后,对健康产生了任何不良影响。国际科学理事会也明确提出,“现有的转基因食品可以安全食用”。

此外,像美国科学院、英国皇家医学会、巴西科学院、中国科学院、印度国家科学院、墨西哥科学院和第三世界科学院都联合出版了报告,明确指出可以利用转基因技术生产食品,这些食品更有营养,储存更加稳定,原则上因为减少化学农药的使用量,能给工业化和发展中国家的消费者带来更多好处。


目前转基因的农作物的应用概况

2016年转基因作物的全球种植面积达到峰值(1.851亿公顷)  

转基因作物商业化21年之后的2016年,26个国家种植了1.851亿公顷转基因作物,比2015年的1.797亿公顷增加了540万公顷,即增加了3%,除2015年以外,这是第20个增长年份。

2016年转基因作物为消费者提供了更多样的选择

转基因作物扩展到了四大作物(玉米、大豆、棉花和油菜)以外,为全球许多消费者提供了更多选择。这些转基因作物包括已经上市的甜菜、木瓜、茄子和马铃薯,以及2017年将要上市的苹果。马铃薯是全球第四大主粮作物,而茄子是亚洲消费排名第一的蔬菜,防挫伤和防褐变的苹果和马铃薯有助于减少食物浪费。另外,公共研究机构进行的包括水稻、香蕉、马铃薯、小麦、鹰嘴豆、木豆、芥菜和甘蔗在内的研究已经进入评估晚期,可能为消费者特别是发展中国家的消费者提供更多的选择。

将使农民和消费者受益的在产品线中的新转基因作物及性状

值得注意的是,为了迎合农民和消费者的新转基因作物及性状正在进行田间试验。这包括作为主粮的作物及性状,例如:正在菲律宾和孟加拉进行试验的富含β-胡萝卜素的黄金大米,乌干达的抗束顶病毒转基因香蕉,澳大利亚的抗枯萎病转基因香蕉和正在进行田间试验的抗病、抗旱、含油量和谷粒成分改变的转基因小麦,英国的高产和高生物质含量小麦,乌干达的抗晚疫病马铃薯品种Desiree 和Victoria,欧盟的防挫伤和更少丙烯酰胺产生的抗晚疫病、抗线虫马铃薯品种Maris Piper,印度的抗虫鹰嘴豆和木豆;还包括作为主要蔬菜和油料来源的作物和性状,比如印度的转基因芥菜,印度和印度尼西亚的抗旱甘蔗,以及欧盟的富含Ω-3的亚麻荠。

转基因作物种植面积自1996年以来增加了110倍,累计达到21亿公顷

2016年,全球转基因作物的种植面积从1996年的170万公顷增加到1.851亿公顷,增加了110倍,这使生物技术成为近年来应用最为迅速的作物技术。21年间(从1996年至2016年)转基因作物的商业化种植面积累计达到了21亿公顷。

26个国家(19个发展中国家和7个发达国家)种植了转基因作物

26个国家种植了1.851亿公顷转基因作物,其中19个为发展中国家,7个为发达国家。发展中国家的种植面积占全球转基因作物种植面积(1.851亿公顷)的54%,而发达国家的种植面积占46%。

转基因大豆的种植面积占全球转基因作物种植面积的50%

四大主要转基因作物大豆、玉米、棉花和油菜的种植面积下滑,但仍然是26个国家中种植最多的转基因作物。转基因大豆的种植面积最大,为9140万公顷(比2015年的9270万公顷减少了1%),占全球转基因作物总种植面积的一半。从全球单个作物的种植面积来看,2016年转基因大豆的应用率为78%、转基因棉花的应用率为64%、转基因玉米的应用率为26%,转基因油菜的应用率为24%。

复合性状转基因作物占全球转基因作物种植面积的41%,仅次于耐除草剂转基因作物(占比为47%

除草剂耐性是转基因大豆、油菜、玉米、苜蓿和棉花的主要性状,但随着复合性状(抗虫、耐除草剂和其它性状的结合)的增加,耐除草剂作物的种植面积呈下降趋势。2016年耐除草剂作物的种植面积为8650万公顷,占全球转基因作物种植面积的47%。另一方面,2016年复合性状转基因作物的种植面积增加了29%,从2015年的5840万公顷增加到7540万公顷,占全球转基因作物种植面积的41%。

结语:

从1996年转基因农作物首次种植以来,全世界已有28个国家和地区种植转基因作物,37个国家或地区批准进口转基因农产品,数十亿人实用转基因食品,未发生一例被科学证实的安全问题。

全球几十个国家的民众都有长期食用转基因的历史,而且证明它是安全的。当然,转基因技术是一个新技术,从公众的角度对其安全性的认识是有一个过程,所以存在一些疑虑和担心,也是非常正常的。应该说,公众对转基因的担忧,一方面是科学认知的问题,新的东西都有一个接受的过程。另一方面,很多人对转基因缺乏全面的客观的认识。

总之,转基因作物将通过新产品和新性状继续造福不断增长的人口,满足农民和消费者的需求。然而,即使经过了21年成功的商业化,转基因作物未来仍然面临着机遇与挑战。

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