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1、围绕转基因农作物的辩论目前仍然激烈，但新技 术可为可持续农业发展带来新的希望开发替代农业的新技术方陵生/编译2010 年 11 月，美国加州的一位联邦法官下令毁掉 256 亩正在田间生长的基因工程（GE）甜菜幼苗。自转基因作物问世以来，这是美国首次发出的针对转基因作物的法庭指令，同时也表明了开始对转基因植物环境影响的关注。这位法官还称，2012 年之前，在美国本土种植转基因甜菜，都要经由美国农业部（USDA）作出的环境风险综合分析和评估后方能进行。 转基因作物不是唯一解决方案孟山都是一家跨国农业生物技术公司，其开发的这种转基因工程甜菜占美国种植甜菜作物的 95%，如果禁止转基因甜菜种植的禁令到
2、开春时没有变化的话，农民们将不得不选择产量低得多的普通甜菜种植，甜菜市场因此将供不应求。在未来几年里，美国糖产量也将急剧下降，并有可能造成价格上涨。 甜菜仅仅只是一个例子，围绕转基因作物的争论仍在继续：环保主义者担心转基因作物对周围生态系统的影响，而基因工程的支持者认为，转基因作物在提高农作物产量的同时，还可以降低有毒农药的使用量，考虑到 21 世纪世界人口预测将达 90 亿，大力发展转基因农业是很有必要的。“我们在这场争论中之所以落了下风，是因为我们这里有足够的食物，但开发转基因作物的重要意义是为穷人和营养不良的人提供他们可以负担得起的食物，”加州大学戴维斯分校的植物病理学教授帕梅拉罗纳德（
3、Pamela Ronald）说，“转基因作物是解决世界粮食问题的方案之一，经基因改造的作物种子可用于世界任何地方，适用于几乎任何生态系统。”中国是世界上人口最多的国家，自 1996 年引进转基因作物后便得到了迅速推广。根据 2010 年美国国家科学院的报告，在美国田间，转基因玉米、大豆和棉花等农作物也占到了 80%以上。然而，转基因作物在增加产量和减少杀虫剂使用的同时，也减少了田间的土壤翻耕，从而降低了土壤质量，加大了土壤侵蚀率。 在对待转基因作物这一问题上，大多数欧洲国家目前都采取了谨慎态度。他们坚持认为，必须证明转基因作物对于人类食用和环境的安全性，才能进行大规模农田种植。尤其是反对者例举
4、了转基因作物存在的种种风险：转基因作物的基因有可能通过风等途径向周围传播，对天然作物造成潜在的基因污染，包括抗虫害的基因作物也有可能对无害的昆虫群体产生影响。“将新的 DNA 随机插入到植物基因组里，是当前基因技术普遍的做法，”科罗拉多州有机农业研究中心首席科学家查尔斯本布鲁克（Charles Benbrook）说，“转基因作物很可能会导致出现一些不可预测的后果。” 面对全球不断增长的粮食短缺问题，转基因作物并不是唯一的解决方案。研究人员目前正致力于开发一些新的技术，即一些能够提供类似基因工程的好处，却能避免随之而来的争议的技术。例如，分子标记辅助育种技术就是其中之一，即选择现有的优良基因，而
5、不是引进新的基因；包括针对具体的害虫目标，通过 RNA 干扰技术（RNAi）有可能避免杀死对农作物不构成威胁的其他昆虫。 “我不认为基因工程是什么神奇子弹，”开发转基因产品的美国阿卡迪亚生物技术公司的首席执行官埃里克雷伊（Eric Rey）如此说道。他认为，只有与传统的耕作方法和新的基因组技术结合，转基因作物才有望成为未来农业产品的一个重要组成部分。左为拜耳作物科学公司培育的具有更高耐受力的高产水稻品种,右为 Arid-Land 农业研究中心开发的可抵御粉虱虫害的棉花品种分子标记辅助育种技术传统的育种方法一般是根据表型性状来选择植物的品种，而分子标记辅助育种技术（MAS）则利用已知的与某种性状
6、有关的遗传标记来选择优良品种。研究人员同时还利用定位克隆技术来缩小基因组的范围，直到确定所需的某种基因后再设置分子标记，用以识别植株个体之间的等位基因差异。以往育种选择所采用的“试错法”，是一种通过反复试验直至达到满意结果的方法。这种方法很难精确衡量植物品种的一些性状，如抗虫害、抗旱等特性，而分子标记辅助育种技术直接从植物基因入手，大大加快了甄选过程。 “分子标记辅助育种技术不但能够开发出更具环境耐受力和抗病虫害抗病原体的作物，而且大大缩短了开发稳定而高收益商业化培育作物品种所需的时间周期，”亚利桑那州 Arid-Land 农业研究中心的遗传学家迈克尔戈尔（Michael Gore）说。该研究
7、中心利用标记辅助育种技术开发了棉花等高产作物，由于其最终产品基本与传统农作物一样属非转基因植物，因此不会受到相关法规的限制。戈尔说，事实上，通过分子标记辅助育种技术开发的一些农作物，如玉米和大豆，目前已经在市场上出现。 在分子标记辅助育种技术的基础上，阿卡迪亚生物科技公司还将定向诱导基因组局部突变技术（TILLING）与之结合。雷伊说，通过化学方法诱导植物产生多样化的遗传变异植株，然后再使用高通量测序技术“迅速找到植物个体可能有价值的遗传变异。”阿卡迪亚公司已经利用这项技术确定了与提高西红柿采摘之后保鲜期有关的几个基因。西红柿一般是在完全成熟之前收获，进而在送往超市的过程中进行人工催熟处理，而
8、这一过程会降低西红柿的营养和口感。阿卡迪亚公司正在试验的这项新技术，可在西红柿成熟之后采摘，并在运往市场的过程中一直保持新鲜度。除了西红柿之外，阿卡迪亚公司还在开发能够提高保鲜期的生菜、草莓和各种瓜类。 分子标记辅助育种技术的出现，还改进了传统农业中另一项用于回交的育种技术。回交的目的是将物种的某种性状（如抗药性）从天然或转基因品种的培植物中提取出来，在移植到某个品种中的同时保留该品种基因组的绝大部分。戈尔说，使用分子标记辅助育种技术有助于加快这一进程，在这一技术中，研究人员可以不依靠显型特征来选择他们感兴趣的某个基因。专门研究分子标记辅助育种技术的 DNA LandMarks 公司的查尔斯皮
9、克（Charles Pick）称，大多数传统玉米回交过程需要四六代杂交才能获得市场产品，而使用分子标记辅助技术，只需经过两代杂交就可以完成。 RNA 干扰技术和基因沉默技术利用 RNA 干扰技术（RNAi），研究人员已经开发出一种有选择性地让某种特定基因“沉默”或“下调”的方式，这种技术通常用于基础生物学实验室中对基因功能的研究。近来，研究人员已开始将它应用到农业领域中，以期开发出拥有多种优势的转基因农作物品种，包括在抗病虫害或抗疾病征状方面拥有更多的选择。 RNA 干扰技术是 1990 年代初研究矮牵牛花的研究人员首次意外观察到的，1998 年最终确定了 RNA 干扰技术的机制，即由双链 R
10、NA 引发的特定的基因表达抑制现象。这项技术用于农业领域虽然是近几年的事，但被证明是一项大有前途的农业发展技术可以用来调整农作物的特定基因表达，而却不用担心其脱靶效应。 例如，拜耳作物科学公司的研究人员在对控制多聚核糖（ADP ribose）的研究中，启动用以保护 DNA聚合酶（PARP）产生的基因进行了下调，从而开发出了对干旱、高浓度臭氧具有更高耐受力的作物品种。PARP 基因表达下调后，在严酷和恶劣的生长环境下，植株能够更好地调整光合作用和生长需要等生理过程中的能量分配。迄今，研究人员未发现这种基因下调对植物的 DNA 产生任何负面影响，可能是 PARP 基因并非完全沉默，仍能够进行必要的
11、 DNA 功能修复。在对一种拟南芥植物进行的初步实验之后，研究人员准备将这一成果应用于玉米和油菜等农作物上。图为实验室环境下培育的拟南芥植物包括利用 RNA 干扰技术，Arid-Land 农业研究中心的研究人员开发了能够抵御粉虱虫害的棉花品种。农作物天敌之一的粉虱不仅以棉花作物为食，而且传播病毒致使植株生病，有时甚至会毁了整块棉田。RNA 干扰设计的植物细胞拥有长双链 RNA（dsRNA）序列，在粉虱吞噬植株之时就将其杀灭。与一些抗病虫害的转基因作物不同，由于 RNA 干扰技术专门针对只有粉虱才有的基因，在杀灭粉虱种群的同时，不会伤害到其他无害的昆虫。 随着农业育种技术的发展，新的和改良的各种农作物新品种将不断出现，农业技术显然正在发生巨大的变革。罗纳德说：“最早，人类开始了最原始的品种驯化，接下来是有目标的优良品种培育，然后是杂交培植和诱变，现在我们又拥有了基因工程。”毫无疑问的是，农业技术一直在持续地向前发展。资料来源：The Scientist责任编辑：则 鸣
