轉(zhuǎn)基因的前世今生

2020-09-28 08:59:44盧寶榮

科技視界 2020年27期

盧寶榮

從前我們依靠天然雜交和人工雜交來(lái)改良品種，都有碰運(yùn)氣的情況。如果運(yùn)氣好，有用的基因就轉(zhuǎn)移到了品種中，運(yùn)氣不好就不一定成功。但是利用轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)，我們就可以非常精準(zhǔn)地掌握控制轉(zhuǎn)基因，這就是轉(zhuǎn)基因“今生”的意義。

提到轉(zhuǎn)基因許多人可能會(huì)想，我有沒(méi)有吃過(guò)轉(zhuǎn)基因食品呢？其實(shí)，只要你吃過(guò)紅薯，那么你一定吃過(guò)轉(zhuǎn)基因食品，因?yàn)樵诩t薯的起源演化過(guò)程中，大自然通過(guò)農(nóng)桿菌給它進(jìn)行了轉(zhuǎn)基因。而人類(lèi)就是學(xué)習(xí)了大自然中的這個(gè)過(guò)程，才發(fā)展出了今天的轉(zhuǎn)基因技術(shù)。

1 我們一直在改變自然

人類(lèi)在生命的歷史長(zhǎng)河中只占很短的一剎那。整個(gè)宇宙、地球和生命的演化都是以?xún)|年為單位，而我們?nèi)祟?lèi)到目前只存在了200 多萬(wàn)年。

在200 萬(wàn)年間，人類(lèi)經(jīng)歷了三個(gè)重要的時(shí)代。第一個(gè)稱(chēng)為狩獵采集時(shí)代，那個(gè)時(shí)候我們以追逐動(dòng)物、采集野果生存下去。所有的生命都有兩個(gè)最基本的需求，第一是生存下來(lái)，要生存下來(lái)就必須要尋找吃的；第二是繁殖下去，必須要生存下來(lái)才能夠繁殖下去。

事實(shí)上，人類(lèi)在狩獵采集時(shí)代就已經(jīng)通過(guò)對(duì)火的掌控，開(kāi)始影響自然。民以食為天，哪怕原始時(shí)代的人類(lèi)都必須要生存、吃飽飯，這是我們改良植物和動(dòng)物的原動(dòng)力。

到1 萬(wàn)年前左右，全世界各地產(chǎn)生了農(nóng)作物和動(dòng)物的馴化，于是我們開(kāi)啟了一個(gè)新的時(shí)代，也就是農(nóng)耕時(shí)代。人類(lèi)對(duì)野生植物進(jìn)行馴化、改良，逐漸改變成了我們現(xiàn)在的栽培植物和動(dòng)物。

后來(lái)，我們又進(jìn)入第三個(gè)時(shí)代——工業(yè)革命時(shí)代，到現(xiàn)在已經(jīng)有200 多年時(shí)間。

歷史的發(fā)展在1 萬(wàn)年前這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后變得非?？欤祟?lèi)對(duì)自然的影響也逐漸變大。我們學(xué)會(huì)了馴化植物和動(dòng)物，獲得更多的食物來(lái)源，后來(lái)還學(xué)會(huì)了利用蒸汽機(jī)、電機(jī)等科技產(chǎn)品來(lái)為人類(lèi)服務(wù)，當(dāng)然也學(xué)會(huì)了基因的轉(zhuǎn)移。

2 雜交：轉(zhuǎn)基因的前世

那么究竟什么是基因，什么是轉(zhuǎn)基因？說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單，基因就是攜帶的遺傳信息的DNA 片段，生物體內(nèi)所有細(xì)胞里都有基因，它決定了生物的性狀。俗話(huà)說(shuō)：種瓜得瓜，種豆得豆，那就是因?yàn)樗鼈兒胁煌幕?。而轉(zhuǎn)基因就是將基因從一個(gè)生物體轉(zhuǎn)到另一個(gè)生物體的過(guò)程，轉(zhuǎn)基因的目標(biāo)是為了改良作物，獲得更好的優(yōu)良品種。

舉例來(lái)說(shuō)，棉花不抗蟲(chóng)，必須噴灑很多農(nóng)藥防治害蟲(chóng)，最后蟲(chóng)產(chǎn)生了抗藥性，浸泡在農(nóng)藥里面都不會(huì)死。于是人類(lèi)就采取另外一個(gè)替代辦法，把抗蟲(chóng)基因轉(zhuǎn)移到棉花植株里，這樣就培育出了能夠抗蟲(chóng)的轉(zhuǎn)基因棉花。

其實(shí)在自然界中，基因的轉(zhuǎn)移十分普遍。我們經(jīng)?？匆?jiàn)風(fēng)和昆蟲(chóng)能夠幫助植物傳粉，產(chǎn)生后代，這個(gè)過(guò)程我們稱(chēng)之為天然雜交，其實(shí)就是大自然中的轉(zhuǎn)基因過(guò)程

舉個(gè)具體例子，比如說(shuō)在一排紫色的玉米周?chē)俜N幾排白色的玉米，通過(guò)風(fēng)媒自然傳播花粉，就可以產(chǎn)生紫色白色相間的后代，這也就是市場(chǎng)上花色玉米的來(lái)源。再比如說(shuō)，我們所熟悉的騾子，就是驢和馬一不小心天然雜交產(chǎn)生的后代。騾子的體格強(qiáng)壯、力氣很大，是因?yàn)橛须s種優(yōu)勢(shì)的原因。

這些都是自然界中天然轉(zhuǎn)基因的過(guò)程。人類(lèi)學(xué)習(xí)和效仿大自然，創(chuàng)建了人工雜交。到目前為止，人工雜交已經(jīng)有了大約200 多年的歷史，比如說(shuō)紅花和白花的植物雜交，就會(huì)出現(xiàn)出開(kāi)著不同顏色花的后代。農(nóng)學(xué)家也學(xué)會(huì)了這種方法，將具有抗性或高產(chǎn)性狀的品種與推廣品種進(jìn)行雜交，便可以得到高產(chǎn)而不需施用農(nóng)藥的農(nóng)作物品種。

當(dāng)年袁隆平先生就是通過(guò)人工雜交，將野生稻的雄性不育基因轉(zhuǎn)移到了栽培水稻，創(chuàng)造出了舉世聞名的雜交水稻。還有很多類(lèi)似的例子，都是用利用人工雜交方法，將野生近緣種或者同一個(gè)物種的基因，轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物種或品種，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病等性狀的優(yōu)良品種。

我們將這一類(lèi)利用天然雜交和人工雜交實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移，創(chuàng)造遺傳變異，培育優(yōu)良品種的方法，都稱(chēng)為轉(zhuǎn)基因的前世。因?yàn)樗嗟倪€是人工模擬自然環(huán)境中的有性生殖過(guò)程，在有性雜交可能實(shí)現(xiàn)的前提下面來(lái)進(jìn)行的基因轉(zhuǎn)移。

3 轉(zhuǎn)基因“今生”的意義

人工雜交并不能解決所有轉(zhuǎn)基因的問(wèn)題，我們面臨的困難是由于物種之間的生殖隔離，有些物種之間根本沒(méi)法進(jìn)行人工雜交。像我們說(shuō)的種瓜得瓜，如果瓜里包含有優(yōu)良基因，我們就沒(méi)有辦法通過(guò)雜交把它轉(zhuǎn)移到豆里面去。還有些微生物包含有益的基因（例如抗蟲(chóng)基因），我們要想通過(guò)人工雜交將抗蟲(chóng)基因轉(zhuǎn)移到棉花，那門(mén)都沒(méi)有。怎么辦呢？于是人類(lèi)需要利用新的技術(shù)方法來(lái)達(dá)到轉(zhuǎn)基因的目的，而利用生物技術(shù)轉(zhuǎn)基因，就是一種非常有效的手段。

紅薯便是一個(gè)很好的例子。通過(guò)微生物感染，其他物種的基因進(jìn)入其中，而且與之共存，帶來(lái)新的性狀，于是人類(lèi)又學(xué)會(huì)了這一新方法來(lái)進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移。

如果我們?cè)谖⑸锘騽?dòng)物里發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常有用的基因，就可以利用生物技術(shù)把基因從微生物或動(dòng)物中分離克隆出來(lái)，再找一輛“車(chē)（質(zhì)粒）”，把這個(gè)基因裝載和固定在車(chē)上。科學(xué)家可以用這個(gè)“車(chē)”來(lái)感染一種微生物，讓它不斷繁殖生產(chǎn)出許多基因的拷貝，再通過(guò)這個(gè)微生物把基因送到宿主——希望改良的植物細(xì)胞中。這個(gè)時(shí)候，來(lái)源不同的某個(gè)基因（比如抗蟲(chóng)、抗病、高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)基因）都可以轉(zhuǎn)移到目標(biāo)植物品種的細(xì)胞中。

隨后我們?cè)侔堰@些攜帶有優(yōu)良基因的細(xì)胞或組織培養(yǎng)成小苗，每一顆小苗里面就都包含了這樣的優(yōu)良基因，待小苗長(zhǎng)成以后就形成了轉(zhuǎn)基因植物。這便是現(xiàn)代生物技術(shù)轉(zhuǎn)基因的方法，盡管過(guò)程與雜交不一樣，但目標(biāo)都是為了改良農(nóng)作物的性狀，培育優(yōu)良品種。

從前我們依靠天然雜交和人工雜交來(lái)改良品種，都有碰運(yùn)氣的情況。如果運(yùn)氣好，有用的基因就轉(zhuǎn)移到了品種中，運(yùn)氣不好就不一定成功，不一定能培育出可量產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的品種。但是利用轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)，我們就可以非常精準(zhǔn)地掌握控制轉(zhuǎn)基因，這就是轉(zhuǎn)基因“今生”的意義。

例如，我國(guó)培育的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花及其產(chǎn)業(yè)化拯救了我國(guó)的棉花產(chǎn)業(yè)。由于棉鈴蟲(chóng)產(chǎn)生了極強(qiáng)的抗藥性，依靠噴灑農(nóng)藥已經(jīng)沒(méi)法控制住害蟲(chóng)，即便一個(gè)星期噴兩、三次化學(xué)農(nóng)藥都不會(huì)有效，因此轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花的產(chǎn)業(yè)化具有極為重要和深刻的意義。如果沒(méi)有這個(gè)先進(jìn)技術(shù)，不使用轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花，我們現(xiàn)在就不可能會(huì)有如此大面積的棉花種植，因?yàn)楹οx(chóng)都把棉花吃光了。同時(shí)，這個(gè)技術(shù)也在全國(guó)范圍內(nèi)大大降低了化學(xué)農(nóng)藥的噴灑量。

4 為什么需要發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)？

我們?nèi)缃衩媾R非常艱巨的糧食安全問(wèn)題，全球人口在不斷地增長(zhǎng)，但耕地面積和其它資源在不斷地減少。而在中國(guó)人口不斷增加的情況下，要靠擴(kuò)大耕地的面積來(lái)提高產(chǎn)量，顯然是非常困難的。國(guó)家希望能夠保住18 億畝耕地的底線(xiàn)，但實(shí)際上，這個(gè)底線(xiàn)很難保住。在這樣緊迫的環(huán)境下，我們還必須保證每一個(gè)人都有飯吃，這就要求我們必須提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率——在不斷減少的土地上獲得更高的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出。對(duì)于病蟲(chóng)害，如果不采用新技術(shù)的替代產(chǎn)品，我們就只有繼續(xù)大量使用化學(xué)農(nóng)藥。但我國(guó)已經(jīng)遭到巨大破壞和日益惡化的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境不允許繼續(xù)大量使用化學(xué)農(nóng)藥。我國(guó)每年施用的化學(xué)農(nóng)藥、殺蟲(chóng)劑是以百萬(wàn)噸級(jí)來(lái)衡量的，而化肥的使用要以千萬(wàn)噸級(jí)來(lái)衡量。更重要的是，這些化學(xué)農(nóng)藥最終會(huì)通過(guò)食物鏈富集到老百姓的餐桌上來(lái)，帶來(lái)嚴(yán)重的食品安全問(wèn)題。

我們不愿意在農(nóng)田中使用更多的農(nóng)藥、更多的化肥，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境已經(jīng)遭受?chē)?yán)重的破壞了，我們顯然不愿意雪上加霜?？吭黾愚r(nóng)藥、化肥投入來(lái)增產(chǎn)這條路也不是理想之路。利用豐富的基因資源，結(jié)合高新技術(shù)，才能更高效地生產(chǎn)出綠色、有益的產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足人類(lèi)不斷增長(zhǎng)的需求。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以給我們帶來(lái)很多好處，例如可以精準(zhǔn)高效、目標(biāo)性非常強(qiáng)地培育新品種。更重要的是，新技術(shù)可以讓育種家逾越生殖隔離的障礙來(lái)應(yīng)用很多有益的基因資源，這在以前是絕對(duì)沒(méi)法做到的。

上世紀(jì)60年代“綠色革命”培育的農(nóng)作物品種，拯救了成千上萬(wàn)人的生命，而它的基礎(chǔ)就是遺傳改良技術(shù)。今天我們轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)的“基因革命”，會(huì)給我們帶來(lái)更綠色的環(huán)境，讓我們的環(huán)境更美好，讓我們的產(chǎn)品更優(yōu)良。

利用生物技術(shù)，我們來(lái)到了轉(zhuǎn)基因的今生。實(shí)際上人類(lèi)還發(fā)明了更新的技術(shù)，例如基因組編輯，會(huì)將我們帶到轉(zhuǎn)基因的未來(lái)。通過(guò)基因組編輯，科學(xué)家可以不需要轉(zhuǎn)移外源基因，通過(guò)編輯農(nóng)作物自身的基因，就可以達(dá)到高效改良農(nóng)作物品種，提高農(nóng)作物產(chǎn)量或抗旱、抗除草劑、抗蟲(chóng)等等目的。

人類(lèi)存在了200 多萬(wàn)年，整個(gè)生命世界存在了30 多億年。相比起來(lái)，我們經(jīng)歷的只是短短的一剎那。人類(lèi)會(huì)不斷進(jìn)步，社會(huì)將不斷發(fā)展，由于世界人口的不斷增長(zhǎng)，與“民以食為天”相關(guān)的新技術(shù)也會(huì)不斷產(chǎn)生和得到應(yīng)用?？萍及l(fā)展給我們帶來(lái)曙光，未來(lái)的生物技術(shù)會(huì)更高效、更安全，比現(xiàn)在做得更好。

5 轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)中國(guó)具有戰(zhàn)略意義

距離1996年世界第一個(gè)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品——耐儲(chǔ)藏轉(zhuǎn)基因西紅柿投入市場(chǎng)已經(jīng)過(guò)去了20 多年，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用在全世界的發(fā)展非常迅速。開(kāi)始是發(fā)達(dá)國(guó)家，但現(xiàn)在發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)基因作物的種植面積已經(jīng)超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家，因?yàn)檫@些國(guó)家更需要糧食，更需要發(fā)展。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用如此快速的增長(zhǎng)表明了這一技術(shù)的巨大利益。

遺憾的是，由于中國(guó)現(xiàn)在對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用的不同聲音，發(fā)展并不理想。在2001年的時(shí)候，我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物的種植面積在全世界排名第四，僅次于美國(guó)、阿根廷和加拿大。然而，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，中國(guó)轉(zhuǎn)基因作物的種植面積已退后到了排名第八。從前印度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后我們，但現(xiàn)在印度的轉(zhuǎn)基因作物種植面積已經(jīng)超過(guò)我們將近3 倍，甚至像人口只有600 萬(wàn)的巴拉圭以及巴基斯坦都已經(jīng)在排在我們前面。這跟我國(guó)的生物科技發(fā)展實(shí)力以及國(guó)際地位極不相符。

國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人特別重視轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)這么大的國(guó)家，有這么多人要吃飯，我們自己生產(chǎn)的糧食是不夠的，目前我們需要進(jìn)口約1.4 億噸糧食來(lái)滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，這是一個(gè)不容樂(lè)觀的糧食安全問(wèn)題。因此，習(xí)近平主席指出：“要大膽創(chuàng)新研究，占領(lǐng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)制高點(diǎn)，不能把轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)都讓外國(guó)大公司占領(lǐng)了?！?/p>