呂　靜

在幫助農(nóng)作物獲得抗旱、耐鹽的能力之后，新的轉(zhuǎn)基因技術(shù)將目標(biāo)瞄向環(huán)保功能，下一代轉(zhuǎn)基因作物所能減少的溫室氣體量，相當(dāng)于全世界所有飛機(jī)都停飛

公眾中很少有人認(rèn)識這樣一個(gè)事實(shí)：農(nóng)業(yè)對全球變暖的“貢獻(xiàn)”要比全世界的汽車、火車、輪船和飛機(jī)全部加起來的作用還要大。

農(nóng)業(yè)對環(huán)境的影響并不是碳而是氮。從美國堪薩斯的玉米地到中國碧綠的稻田，現(xiàn)在的糧食高產(chǎn)主要靠的是大量的施用氮肥。雖然結(jié)果是只有極少一部分一氧化二氮逃逸到大氣中，但它確是一種強(qiáng)烈的溫室氣體。

埃里克·萊相信他找到了解決這個(gè)難題的答案：采用一些需要肥料較少的遺傳改造作物品種。萊是美國最悠久的環(huán)境組織——峰巒俱樂部的終身會員，他的目標(biāo)是使人們相信植物生物技術(shù)所產(chǎn)生的綠色能使得農(nóng)業(yè)更加環(huán)境友好，在他名為阿卡迪亞生物科學(xué)的公司里，有一個(gè)田園牧歌的夢想。

這項(xiàng)發(fā)明將帶來一些令人心悅誠服的效果，甚至給那些一貫攻擊轉(zhuǎn)基因作物的綠色激進(jìn)分子帶來熱情。

耐鹽抗旱，適應(yīng)環(huán)境

越來越多的人認(rèn)識到，氣候變化是對農(nóng)民的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，這就意味著這些公司能幫助農(nóng)民適應(yīng)環(huán)境而獲得巨大利益。在過去的一年中，美國密蘇里州圣路易斯的業(yè)界領(lǐng)袖孟山都公司就農(nóng)業(yè)如何適應(yīng)全球變暖的問題請教過學(xué)界領(lǐng)袖，其旗下的科學(xué)家也在思考這個(gè)問題。他們的結(jié)論是：在一個(gè)變化、不穩(wěn)定的環(huán)境中，威脅作物生產(chǎn)的壓力，比如干旱，將會變得越來越頻繁和嚴(yán)重。孟山都技術(shù)策略和發(fā)展的副主席戴維·菲斯霍夫說：“我們現(xiàn)在的主要注意力之一就是幫助植物適應(yīng)環(huán)境壓力?！?/p>

植物生物技術(shù)業(yè)界的巨頭已經(jīng)在研究一些諸如抗旱和耐鹽性狀，這些性狀可能對受全球氣候改變制約的農(nóng)業(yè)保持高產(chǎn)很關(guān)鍵。在干旱嚴(yán)重的澳大利亞，一個(gè)由斯潘根伯格領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正在墨爾本大學(xué)的維多利亞農(nóng)業(yè)生物科學(xué)中心進(jìn)行30個(gè)品系轉(zhuǎn)基因小麥的田間試驗(yàn)。這些品系包含有各種有助于小麥抗旱的基因，這些基因來源于玉米、啤酒酵母、阿拉伯芥和苔蘚植物。

這種新一代轉(zhuǎn)基因作物最早將是能在干旱時(shí)期存活或在生長季節(jié)中需要水較少的玉米品種。現(xiàn)在對于這種產(chǎn)品已經(jīng)有很強(qiáng)的市場需求，僅在美國，種玉米的農(nóng)民因?yàn)楦珊?，一年就損失34億美元，而全世界的損失則達(dá)到80億美元。

用基因工程培育抗旱轉(zhuǎn)基因植物遠(yuǎn)比簡單地插入一個(gè)抗除草劑基因或除蟲蛋白更為復(fù)雜。在一個(gè)作物品種上或在一種環(huán)境下有效果的基因，換了另一種環(huán)境可能就沒有效果了。另外，孟山都和其競爭對手都聲稱他們可以在干旱條件下把玉米產(chǎn)量提高10%。估計(jì)在2010年后不久，人們可以見到其最早的商業(yè)品種。

除了研究玉米，研究人員也在對其他植物的耐旱轉(zhuǎn)基因品種也進(jìn)行了開發(fā)。美國愛荷華州約翰斯頓先鋒良種國際有限公司的馬克·阿爾伯森說：“我們正在尋找一些從玉米影響到其他作物的辦法?！?/p>

耐鹽是研究人員看中的另一個(gè)性狀。當(dāng)用地下水灌溉干旱地區(qū)干渴的作物時(shí)，水中攜帶的鹽分就積累在土壤中。鹽度已經(jīng)成為世界性的大難題，而且隨著海平面的上升，沿海農(nóng)用地可能加劇被海水污染。因此，耐鹽作物可能會產(chǎn)生很大影響。

阿卡迪亞公司設(shè)在美國加州的戴維斯，它通過添加一個(gè)阿拉伯芥基因讓植物獲得更好的耐鹽性，該基因編碼是一種能夠把鈉離子從植物細(xì)胞的主要區(qū)室泵入液泡的蛋白質(zhì)。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被準(zhǔn)許用在美國西海岸種子公司所培育的牧草作物紫花苜蓿上。該公司還在致力于研究耐鹽的水稻、棉花、番茄和油料種子油菜。

在某些情況下，一種基因的修改將使得作物既能抗旱也能耐鹽。比如，2006年，由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)熊立仲所領(lǐng)導(dǎo)的小組發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因水稻中的SNAC1基因通過表達(dá)可以更好地耐受干旱和鹽堿的土壤。這一發(fā)現(xiàn)意義重大，因?yàn)檫@個(gè)基因編碼著一種可以打開其他基因的蛋白質(zhì)，人們認(rèn)為這種基因有助于植物對環(huán)境壓力作出應(yīng)答，因而稱之為脅迫應(yīng)答基因。

現(xiàn)在，熊立仲正在集中精力利用常規(guī)育種手段來改進(jìn)水稻的抗旱和耐鹽性狀，雖然中國政府還沒有對是否準(zhǔn)許轉(zhuǎn)基因水稻進(jìn)行商業(yè)種植做明確表態(tài)，但熊立仲對他的轉(zhuǎn)基因水稻獲得官方同意很有信心，他說：“我們將很快推進(jìn)這一進(jìn)程?！?/p>

農(nóng)業(yè)與環(huán)境存在矛盾？

不過，目前在中國和其他很多國家，轉(zhuǎn)基因水稻的商業(yè)種植還是有爭議的。不僅因?yàn)橛芯薮蟮奈幕町?，還因?yàn)槿藗冴P(guān)心這些水稻出口到其他國家，那里的消費(fèi)者可能會回避轉(zhuǎn)基因食品。

但嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)最終將推動這個(gè)話題。中國很多地上河流已經(jīng)干枯，現(xiàn)在只得靠地下水灌溉水稻和其他作物，水短缺和鹽堿化的問題會愈來愈嚴(yán)重，隨著城市的快速發(fā)展，需水量也越來越多。這種局面將使中國這個(gè)世界上頭號的水稻生產(chǎn)大國轉(zhuǎn)而相信抗旱耐鹽的轉(zhuǎn)基因水稻品種，盡管這種新品種面臨著出口的威脅。

第一代轉(zhuǎn)基因作物具有諸如耐除草劑和抗害蟲的性狀，這對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者是有益的，但消費(fèi)者卻沒有看到這些對他們有什么好處，而綠色激進(jìn)分子一直在攻擊轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)，他們認(rèn)為這一技術(shù)除了促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還存在著破壞農(nóng)村生物多樣性的問題。在歐洲，反對派已經(jīng)有足夠的勢力延緩轉(zhuǎn)基因作物的田間推廣，并推遲轉(zhuǎn)基因食品在超市上架。

新型轉(zhuǎn)基因作物的利益是可觀的，但是隨之而來的風(fēng)險(xiǎn)也可能很大。人們會不會因?yàn)橛辛丝购底魑锒ラ_墾荒地種田？如果真的是這樣，會不會威脅到干旱地區(qū)的脆弱環(huán)境呢？還有，耐鹽的大米會不會將基因傳遞給它們野生的近親，由此產(chǎn)生出一種新的壓倒一切的江河口生態(tài)的雜草呢？

到現(xiàn)在為止，這些問題都還沒有一個(gè)確切的答案。但是這很有可能成為轉(zhuǎn)基因作物之戰(zhàn)的下一個(gè)爭論起點(diǎn)。生態(tài)學(xué)家呼吁對抗旱和耐鹽作物可能出現(xiàn)的類似問題進(jìn)行研究，而不是等問題出來了再找補(bǔ)救措施。

現(xiàn)在人們開始關(guān)注：那些用人工設(shè)計(jì)出來的、能在溫暖世界中保持高產(chǎn)，或能控制溫室氣體排放的轉(zhuǎn)基因作物，是否能夠改變歐洲對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的厭惡？

比如，阿卡迪亞公司就打算生產(chǎn)一種需肥量較少的作物。這種作物不僅能減少種植成本，還能減少農(nóng)業(yè)溫室氣體的釋放和氮污染。氮污染可造成飲用水供應(yīng)污染，還能把河流和沿海的水都變成死水區(qū)。

這種轉(zhuǎn)基因作物即將面世，而且毫無疑問它們將受到人們的歡迎。埃里克·萊現(xiàn)在期望推出的就是人們認(rèn)可的對環(huán)境有益的一種轉(zhuǎn)基因應(yīng)用辦法。

環(huán)境友好型轉(zhuǎn)基因技術(shù)出現(xiàn)

萊認(rèn)為，答案就在于一個(gè)叫做氮利用效率的性狀。在地球上絕大多數(shù)地方，作物產(chǎn)量都極大地依賴氮肥的巨大數(shù)量。制造肥料的過程釋放出大量的二氧化碳，據(jù)估計(jì)數(shù)量占所有溫室氣體的1%，這還僅僅是開頭，很多作物所吸收的氮養(yǎng)分還不到肥料氮的一半，這就是說其余的氮會流失并污染土壤和地下水，結(jié)果之一就是由于藻類繁殖造成世界范圍內(nèi)沿海水域的生物相繼死亡，形成死水。更嚴(yán)重的是，進(jìn)入土壤的氮會轉(zhuǎn)化為一氧化二氮，這種氣體的溫室效應(yīng)是二氧化碳的300倍。

自從現(xiàn)代農(nóng)業(yè)開始，大氣中一氧化二氮的水平已經(jīng)提高了18倍，而這個(gè)結(jié)果主要是由氮肥引起的。在變暖潛力中，從農(nóng)場土壤釋放的一氧化二氮占全球溫室氣體釋放總量的6%。

阿卡迪亞的解決辦法是一種和蛋白質(zhì)生產(chǎn)有關(guān)的丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶的基因，該基因最早是從大麥中分離出來的。他將這個(gè)基因插入植物DNA序列并確保它能在植物根部啟動。阿卡迪亞聲稱，在很多植物上，該基因都似乎具有促進(jìn)吸收土壤氮的能力。超過5個(gè)生長季的大田試驗(yàn)顯示，轉(zhuǎn)基因油菜僅僅用目前施肥量的1/3就能獲得同樣的產(chǎn)量，或者依然采用目前的施肥水平，產(chǎn)量則提高1/3。在實(shí)踐中，農(nóng)民們寧愿比現(xiàn)在少施40%化肥，減少一點(diǎn)收成。目前，阿卡迪亞已經(jīng)允許孟山都公司使用這種轉(zhuǎn)基因油菜的技術(shù)。

由于低成本和高產(chǎn)量，絕大多數(shù)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)公司都在致力于研究促進(jìn)氮效率的方法。阿卡迪亞另辟蹊徑，通過改善作物的性能來減緩全球變暖。減少肥料應(yīng)用可直接消減一氧化二氮的釋放比例。

事實(shí)上，還有一些減少一氧化二氮釋放量的辦法。比如，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做一些改變，比如改變施肥的時(shí)間或施肥方法也能產(chǎn)生差異。不過，采用氮效率高的作物品種還是會使得肥料用量顯著下降。

阿卡迪亞公司目前正在與中國寧夏自治區(qū)的官員研討用肥量較少攜帶有丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶基因的水稻如何降低溫室氣體的排放量。他們的目標(biāo)是在《京都議定書》之下發(fā)起一個(gè)清潔發(fā)展機(jī)制的項(xiàng)目。讓那些難以達(dá)到降低溫室氣體排放量的富國轉(zhuǎn)而幫助窮國消減溫室氣體的排放量。

萊說：“我認(rèn)為我們還將在這一領(lǐng)域研究2年左右，然后再花幾年的時(shí)間完成審批過程?！比绻芯揩@得批準(zhǔn)，阿卡迪亞和農(nóng)民將分享轉(zhuǎn)基因作物的成果。畢竟，這是兩全其美的，正如他所說的那樣：“如果你能想出既能解決環(huán)境問題又能賺錢的好辦法，那你就贏得了世界上最完善的結(jié)局?！?/p>

誰需要下雨？

第一代轉(zhuǎn)基因作物是由一個(gè)“通用一刀切”的方法研制出來的。比如，生物學(xué)家取出一個(gè)單一的抗除草劑基因，然后將這個(gè)基因放到想轉(zhuǎn)基因的植物上就大功告成了，用這種粗糙的轉(zhuǎn)基因手段沒辦法對付干旱的情況。

有一些途徑能幫助植物抗旱。比如，一個(gè)辦法是可以通過提高植物中一種叫做海藻糖的糖產(chǎn)量，讓植物能在脫水時(shí)存活，這就是沙漠“復(fù)活植物”的秘密。還有一種類似的辦法，可以利用一種在細(xì)胞干燥時(shí)能保護(hù)其他蛋白質(zhì)的HVA1蛋白質(zhì)，很多植物原本已經(jīng)具有可以激發(fā)的在壓力下存活的遺傳程序，另一個(gè)辦法就是減少水的損失，這可以通過限制植物葉片上被稱為氣孔的控制水分蒸發(fā)的開口來做到。

問題是，如果沒有發(fā)生干旱，這種轉(zhuǎn)基因的抗旱植物有時(shí)候產(chǎn)量就不及沒有轉(zhuǎn)基因的作物。因?yàn)橄拗茪饪滓簿蜏p少了光合作用需要的二氧化碳。農(nóng)民并不想僅僅為了可能的旱災(zāi)付出很大的代價(jià)。

為了將這種取舍的問題最小化，抗旱性能需要剪裁到適合特定的植物物種、品種及環(huán)境。比如在澳大利亞，小麥都種在昆士蘭州，在生長季，雨水大都下在這個(gè)地區(qū)之外；而在西澳大利亞，在小麥生長季中一直有少量的雨水，但是水蒸發(fā)很快，所以，遺傳工程必須因地制宜。