Lance A. Davis

轉(zhuǎn)基因作物

Lance A. Davis

Senior Advisor, US National Academy of Engineering

自20世紀(jì)70年代重組DNA操作技術(shù)得到初步發(fā)展以來，轉(zhuǎn)基因(GE)作物就一直備受爭議，且頻繁出現(xiàn)在大眾媒體中，偶爾成為熱門的話題，一些人期盼轉(zhuǎn)基因作物的研究取得巨大進展，從而消除世界饑荒，一些人對將轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品作為食物和飼料感到憂慮，還有一些人擔(dān)心轉(zhuǎn)基因物種的出現(xiàn)會破壞環(huán)境。美國科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院于2016年5月17日發(fā)布的一篇名為《轉(zhuǎn)基因作物：經(jīng)驗與展望》(Genetically Engineered Crops: Experiences and Prospects)的報告再次將轉(zhuǎn)基因作物問題帶到大眾的視線之中?[1,2]。

報告重點探討了世界各國政府和民眾在接受還是拒絕轉(zhuǎn)基因作物方面所持的不同態(tài)度，以及用新特性對作物進行處理的監(jiān)管體系。報告回顧了轉(zhuǎn)基因作物相對較短的歷史，并探討了未來可能發(fā)生的情況。最重要的是，報告回顧了許多已發(fā)表的研究結(jié)果，來搜集轉(zhuǎn)基因作物對人類或動物的健康產(chǎn)生不利影響的證據(jù)，結(jié)論是：沒有發(fā)現(xiàn)相關(guān)證據(jù)。美國科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院也沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因作物與環(huán)境問題之間存在任何因果關(guān)系。自從轉(zhuǎn)基因作物于1995年進入市場以來，現(xiàn)已過去了20多年，雖然不排除經(jīng)過較長潛伏期才會顯現(xiàn)的負面效應(yīng)，但至少迄今為止，沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)生的任何明顯的不利影響。

美國科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院為了將由重組DNA技術(shù)獲得的作物與其他作物進行區(qū)分，稱前者為“轉(zhuǎn)基因”作物。許多其他機構(gòu)，特別是在歐洲，稱之為“遺傳修飾生物體”(genetically modified organism, GMO)。事實上，即使是在大量種植和消費GE/GM(genetically modified)作物的美國，最受歡迎的食物商品標(biāo)簽仍然是“No GMO”(非轉(zhuǎn)基因)。人們培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因作物的原理來自于數(shù)千年來，人類通過選擇和培育具有最優(yōu)良特性的物種，改良了作物的基因(可被歸類為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè))。事實上，美國科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院指出，隨著常規(guī)育種的發(fā)展，逐漸不再支持以傳統(tǒng)生產(chǎn)方式或基因工程來區(qū)分新的作物。

1974年，美國科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院在重組DNA分子方面發(fā)表了第一篇關(guān)于DNA技術(shù)的報告，指出了該技術(shù)的潛在危害。20世紀(jì)80年代，這項技術(shù)開始用于植物，學(xué)院開始呼吁政府監(jiān)管機構(gòu)和公眾重視將基因工程應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。在發(fā)布專題報告前，學(xué)院在1985—2010年間，已針對轉(zhuǎn)基因在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用開展了10項研究(詳見參考文獻[1]，表1–1，第19頁)。在此期間，雖然轉(zhuǎn)基因在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用不斷發(fā)展，但來自各方的論戰(zhàn)卻始終沒有減少。事實上，在編撰這份報告的過程中，美國科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院傾聽了80個利益相關(guān)的個人和組織的陳述，收到并審議了700多份來自公眾的書面意見，包括支持的意見和表達關(guān)切的意見(詳見參考文獻[1]，附錄F，第370頁)。

1995—2015年，全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增長至約1.8×1012m2，占全球農(nóng)田面積的12%。美國的轉(zhuǎn)基因作物的種植面積為7×1011m2，巴西、阿根廷、印度和加拿大合起來為9×10 m，剩余種植面積分布在其他23個國家。雖然多種轉(zhuǎn)基因作物已獲批種植，但只有三種作物(玉米、大豆和棉花)大規(guī)模進入了市場，因此這三種作物占據(jù)了全球轉(zhuǎn)基因作物的很大一部分。2015年，全球轉(zhuǎn)基因玉米的種植面積達到了5.37×1011m2，約為玉米總種植面積的三分之一；全球轉(zhuǎn)基因大豆品種的種植面積為9.2×1011m2，約占全年大豆(圖1)總種植面積(1.18×1012m2)的80%。2014年，美國大約一半的農(nóng)田種植了轉(zhuǎn)基因玉米、大豆和棉花。

在美國，大量具有各種優(yōu)質(zhì)特性的作物通過了監(jiān)管機構(gòu)的審批(見參考文獻[1]，表3–1，第48頁)，但美國和全球市場上最常見的轉(zhuǎn)基因特性是抗蟲和抗除草劑，有的兼有這兩種特性。誘導(dǎo)抗蟲性的一個主要例子是將蘇云金芽孢桿菌(Bt)的基因摻入作物，產(chǎn)生一種名為Bt毒素的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)對食用該作物的昆蟲具有致死性。這種技術(shù)通常應(yīng)用于玉米。除草劑抗性已被應(yīng)用于多種除草劑–作物組合，但最常見的例子還是耐草甘膦的大豆，在市場上被稱為農(nóng)達(RoundupTM)。雖然理論上轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲作物能保證產(chǎn)量(更近似于“潛在”產(chǎn)量，也就是理論上可實現(xiàn)的產(chǎn)量)，但是實際結(jié)果卻存在很大的不確定性，而且與非轉(zhuǎn)Bt基因品種相比，轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲作物的增產(chǎn)情況不佳。若與減少殺蟲劑的使用相結(jié)合，農(nóng)民采用轉(zhuǎn)Bt基因作物通常能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益?？钩輨┳魑锏漠a(chǎn)量結(jié)果也有很大波動性， 但是它能更好地抑制雜草生長，因此能有效保證作物產(chǎn)出。

報告提出將轉(zhuǎn)基因特性引入作物以解決問題并不是說“處理完就拋之腦后”，因為持續(xù)的進化競賽隨之而來。若缺乏合適的農(nóng)業(yè)管理程序來抑制植物害蟲對Bt毒素耐藥性和雜草對所選除草劑耐藥性的進化，通過引入轉(zhuǎn)基因作物來促進農(nóng)業(yè)發(fā)展可能面臨風(fēng)險。

急性健康影響通常很容易被發(fā)現(xiàn)，目前尚未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因作物會產(chǎn)生此類影響。如上文所述，在更長期的研究中，也未發(fā)現(xiàn)由轉(zhuǎn)基因產(chǎn)生的明顯的健康影響。美國科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院還記錄了人們關(guān)心的與癌癥發(fā)病率相關(guān)的粗略觀察結(jié)果(見參考文獻[1]，第137頁)。1975—2011年，美國的男性和女性患不同癌癥發(fā)病率的比較顯示，沒有證據(jù)表明自1996年引進轉(zhuǎn)基因玉米和大豆后癌癥的發(fā)病率有所增長。并且，由于GE/GM作物和食品在英國通常仍是難以獲得的，假設(shè)沒有其他干擾因素，英國癌癥患者的患病率代表了試驗的控制組，將使用轉(zhuǎn)基因作物的美國癌癥患者的患病率作為對照組。對比了各種癌癥的數(shù)據(jù)之后，沒有發(fā)現(xiàn)美國人由于使用轉(zhuǎn)基因食品而對健康產(chǎn)生不良影響。

圖1.大豆(黃豆)是美國植物油的關(guān)鍵來源之一，公元前11世紀(jì)就被引入中國，而且是目前全球蛋白質(zhì)和油類的主要原料。照片由Scott Bauer提供，可從如下網(wǎng)址獲?。篽ttp://www.ars.usda.gov/is/graphics/ photos/oct08/ k8324-3.htm。

隨著轉(zhuǎn)基因作物在過去20年間獲得許可并進入市場，重組DNA技術(shù)也取得了進步，并為更可控、更有針對性地引進基因改變提供了機會，如CRISPR/Cas9技術(shù)(見參考文獻[1]，第244頁)可用于精確的基因組編輯。隨著此類技術(shù)的應(yīng)用和帶來的獨特改變，對于監(jiān)管機構(gòu)而言，確保轉(zhuǎn)基因作物沒有潛在危害可能是一項挑戰(zhàn)。迄今為止，利用現(xiàn)有技術(shù)發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)基因作物成分發(fā)生的改變，比非轉(zhuǎn)基因作物在自然過程中成分發(fā)生的改變還要小。更加復(fù)雜的技術(shù)，如使用代謝組學(xué)檢驗代謝產(chǎn)物，在未來定性新的轉(zhuǎn)基因作物時將很有幫助。新興的轉(zhuǎn)基因方法是否能通過提高作物的光合作用以及營養(yǎng)利用率進而獲得更高的潛在產(chǎn)量，這一點尚不明確。至今為止，市場上的轉(zhuǎn)基因作物可以維持產(chǎn)量，但與非轉(zhuǎn)基因的同類作物相比并沒有更高的潛在產(chǎn)量。

即使有了新的重組DNA技術(shù)，傳統(tǒng)育種技術(shù)(如利用化學(xué)或輻射手段誘發(fā)基因突變結(jié)合破譯DNA序列的新工具)也可以用來選擇具有新特性的作物，效果實質(zhì)上等同于通過重組DNA技術(shù)獲得的作物。在有些監(jiān)管體制下，前者不會受到管制，而后者因其生產(chǎn)方式會受到管制。在另外一些監(jiān)管體制下，產(chǎn)品但凡有新的特性，就會受到管制，而與其生產(chǎn)方式無關(guān)。美國科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院更青睞基于產(chǎn)品的監(jiān)管模式，也就是根據(jù)產(chǎn)品是否具有新特性來決定是否對其進行管制。

在歐盟和巴西，具體管制是基于產(chǎn)品生產(chǎn)的過程，也就是對基因工程生產(chǎn)作物的過程進行管制。加拿大是監(jiān)管產(chǎn)品，而不考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。美國采用基于產(chǎn)品的方式監(jiān)管，但產(chǎn)品研發(fā)的要素也屬于監(jiān)管對象。在各種各樣的監(jiān)管方式中，還有基于科學(xué)的風(fēng)險評估和政治評估相互作用的監(jiān)管方式。在美國和加拿大，監(jiān)管決策是基于技術(shù)機構(gòu)所做的風(fēng)險評估。在歐盟和巴西，風(fēng)險評估機構(gòu)不干涉政治機構(gòu)的工作。在巴西，轉(zhuǎn)基因作物已通過了政治程序的審批，并且巴西已經(jīng)成為轉(zhuǎn)基因作物的第二大生產(chǎn)國。歐盟的政治機構(gòu)需要成員國中的大多數(shù)通過產(chǎn)品審批，并采取預(yù)防性措施。不考慮風(fēng)險評估的有利結(jié)果，直至2015年12月，歐盟成員國尚未就轉(zhuǎn)基因作物達成任何多數(shù)意見，導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因作物在歐洲的培育受到極其嚴(yán)格的限制。最近，歐盟采用了一項選擇退出條款，根據(jù)該條款，即使大多數(shù)國家投票通過，某個國家也可以禁止在本國種植轉(zhuǎn)基因作物。此目的在于使其他支持轉(zhuǎn)基因作物的歐盟國家能夠種植通過批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)基因作物。

[1] Committee on Genetically Engineered Crops: Past Experience and Future Prospects; Board on Agriculture and Natural Resources; Division on Earth and Life Studies; National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Genetically engineered crops: experiences and prospects. Washington, DC: The National Academies Press; 2016.

[2] Distinction between genetic engineering and conventional plant breeding becoming less clear, says new report on GE crops [Internet]. Washington, DC: National Academy of Sciences; c2016 [updated 2016 May 17; cited 2016 Jul 20]. Available from: http://www8.nationalacademies.org/onpinews/ newsitem.aspx?RecordID=23395.

?這條新聞的目的在于向公眾介紹這份有趣的報告。作者嘗試概括并稍加點評這份由美國科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院發(fā)布的異常詳細的長篇共識報告。這條新聞本身并非由美國科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院正式發(fā)布。對該發(fā)現(xiàn)或報告結(jié)論的任何失實陳述均屬無意，且屬于作者的責(zé)任。讀者欲了解詳細信息，可參閱參考文獻[1]中的正式出版前的完整報告。

2095-8099/? 2016 THE AUTHORS. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company.

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英文原文: Engineering 2016, 2(3): 268–269

Lance A. Davis. Genetically Engineered Crops. Engineering, http://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2016.03.007