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解密转基因水稻

发布: 2014-04-09 |  作者:  |   来源:

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 近期,关于转基因食品的新闻层出不穷。61名院士联名上书请求尽快推进转基因水稻产业化;上千吨转基因菜籽油流入国储库风波乍起;崔永元称年内计划再赴美国拍摄转基因纪录片;国产非转基因大豆种植区九成豆企亏损停产;张掖一纸禁令喊停种植转基因作物。转基因食品犹如待嫁新娘,或许是由于打扮得与众不同,大家都在猜测她盖头下的模样。转基因实验究竟如何操作?转基因工程的原理是什么?我国目前的转基因水稻技术达到什么程度?记者走进华中农业大学转基因水稻研发团队,一探究竟。

  华农生科的福利粮

  在华中农业大学,林拥军有一块20亩的实验田,栽有几十种转基因水稻。时至立冬,田里还有一部分未收割。几名项目组的研究生正在做着收割、分装、编号、留种、移栽、稻蔸移栽温室等后期工作。再过几天,这批水稻的一部分将被移到海南,度过下一茬生长期,直到明年5月回归华农。

  两个学生把不同编号、不同性状的稻穗装进不同网袋中,捆扎好放在空地上,作为明年重要的实验材料。另外两人将部分性状稳定的水稻割下茎叶,剩下的稻蔸移栽到小盆中。这些稻蔸将在温室中过冬,同时完成它们中间实验的使命。虽然水稻是一种自花授粉植物,但是为了防止小概率花粉飘移,转基因水稻实验田一边筑起三米高的墙,一边修缮了近60亩的隔离池塘,内部采用循环水利系统,以保证封闭的实验环境。

  1999年,水稻团队研发出的“华恢1号”和“Bt汕优63”两种转基因水稻也产自这片实验田。他还记得第一批大米收获后科研人员迫不及待品尝的场景:当时就做了一大锅,虽然因是老品种口感不好,但大家还是吃得很香。那一年,距离农业部给两种水稻颁发“安全证书”还有10年,可是实验富余的大米已进入了林拥军家的餐桌。“我对自己的产品最清楚,很安全。”

  吃华农转基因水稻的,不只是林拥军。两种转基因水稻2009年获颁农业部安全证书,开始生产性试验后,被作为福利发给生科院的老师们。从那一年开始,林拥军家几乎顿顿都吃这种大米。算下来,他已吃了14年。

  林拥军的放心,基于对转基因的认识。他说,现在争议最大的是转Bt基因水稻,从作用机理上来说,Bt蛋白是苏云金芽胞杆菌产生的一种伴胞晶体,本身没有毒性,是一种原毒素。当鳞翅目昆虫取食这种蛋白后,其在昆虫肠道内会被一种碱性蛋白酶切割,降解为对昆虫具毒性的活性肽,这才是“毒蛋白”。它能够和昆虫肠道细胞外膜上的特异性受体结合,在外膜表面穿孔,破坏细胞渗透平衡,最终导致昆虫厌食,继而死亡。对水稻造成最大经济损失的3种害虫:二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟都是鳞翅目昆虫,处于Bt蛋白的杀虫谱中。

  有人担忧“虫吃了要死,人吃了怎样”。林拥军解释,人类和昆虫是完全不同的物种。番茄碱、辣椒素都能杀虫,但并不妨碍番茄和辣椒成为人们喜爱的食物。又有人提出转入的基因可能进入人体造成危害,他又澄清说,人每天都要食入数以亿计的外源基因,如果基因都能进入人体,那人现在都变成什么样了?林拥军说,人类和绝大多数动物既没有可以激活原毒素的蛋白酶,也不存在能和Bt蛋白特异性结合的受体。更何况鳞翅目昆虫体内是碱性环境,而人体消化道呈强酸状态,这种蛋白最多只能存活15秒。

  原理清晰的转基因

  1995年,华农水稻团队启动转基因抗虫水稻培育工作,此前国内已有学者从事相关研究,国外也成功研制出了抗除草剂水稻。原理清晰,实验过程却是在一次次的尝试和碰壁中朝前推进。即使一个很小的实验或步骤,如酶切、构建载体、配制培养基,由于数量庞大,也需要很长时间。更何况,原理说起来简单,但操作起来却需要十分严谨和繁琐的步骤。

  实验第一个需要攻克的步骤是要选择合适的目的基因。自1981年第一个杀虫晶体蛋白基因被克隆以来,已有近300个不同的Bt杀虫晶体蛋白基因被克隆,并被广泛应用。从中选择出对靶标害虫杀虫效果好的,就需要大量前期选择。

  具体到转基因过程上,实验室面对当时籼稻难以转化的瓶颈,采用了不受受体植物范围的限制基因枪介导转化技术。经过林拥军改良的适用于籼稻的培养基和培养方法,也保障了研究进展的相对顺利。

  林拥军的团队共30多名师生,主要工作就是不断重复上述实验,筛选出基因成功转移的细胞,通过细胞和组织培养技术,分化成苗子,种到实验田中,然后在水稻抽穗期用鳞翅目昆虫做实验。用于后期安全评价的材料,则是稳定的第八代遗传材料。

  “当时,限于技术能力,基因转入的位点是随机的。首先从一两百个独立转化体中选择抗虫性状最好的。再通过分子生物学手段分析它们各自外源基因插在哪个位置,会不会导致内源基因的失活,会不会产生新的基因。”林拥军说,“随着2002年水稻基因组测序完成和随后功能基因组研究的深入,整个基因组大致编码多少基因,哪些序列是编码的渐渐明朗,也就是说我们能比较清楚地知道每个转化体实际插入序列的详细资料,并预评估其可能造成的问题。”

  经过预评估,选择理想基因插入位点的转化体做进一步检测试验,最终选定1到2个稳定纯合转化体做后期一系列的农艺性状测试,随后开始探索外源基因定点插入。项目另一位负责人、华中农业大学副教授陈浩介绍:“定点插入技术2000年就有,但效率较低,后期我们还在不断更新技术,提高效率。”

  云里雾里的黄金米

  黄金大米是华中农业大学的另一个转基因水稻项目,解决维生素A缺乏的问题。缺乏维生素A,轻则导致眼部干燥,严重会导致失明甚至死亡。

  2002年中国居民营养与健康状况调查结果表明:维生素A、铁等微量营养素缺乏,在我国城乡普遍存在。3至12岁儿童维生素A缺乏率为9.3%,其中城市为3.0%,农村为11.2%;在西南贫困地区,比重高达50%。这种营养缺乏的问题,华中农业大学教授严建兵幼时也经历过:“我小时候傍晚看书感觉眼睛模糊,其实就是维生素A缺乏导致轻微夜盲症的表现。”

  维生素A可以靠食补,严建兵说:“最简单的办法就是吃肉,增加膳食多样性。可营养缺乏的群体大多比较贫困,最直接有效的方式还是在主粮中添加。”

  玉米中虽然不含维生素A,但可产生多种类胡萝卜素,在人体内可以转化为维生素A。2008年,严建兵通过多年基础科学研究,找到了一个控制玉米籽粒维生素A合成的关键基因,“能解决59%的维生素A缺乏问题。”严建兵凭借此项发现获得了2010年日本国际青年农业科学家奖。

  “玉米中有这个优良基因,之后通过杂交、回交等方式就能获得这种优良性状。可是水稻中不含类胡萝卜素合成的关键基因,要想产生类胡萝卜素,就必须通过转基因。”严建兵说,黄金大米仅是通过转入类胡萝卜素合成途径中的两个基因改良了其营养性状、口感、种植方式等,其他方面与普通大米一样。

  对于媒体此前对黄金大米的报道,严建兵难以接受:“美国塔夫茨大学在湖南做的不是人体实验,而是类胡萝卜素的转化效率试验,是为了证明这样食入的类胡萝卜素在体内能否转化成维生素A。黄金大米在美国早就拿到了安全证书,来中国做试验前,在美国也做过成人的转化效率试验。至于这次为什么不在美国做实验,是因为美国孩子不缺乏维生素A,没法测出转化效果。”

  10月19日,全国300余名转基因农产品支持者齐聚华中农业大学,参加“全国首届黄金大米品尝会”。10公斤黄金大米被做成稀饭和米糕,分给每人一小碗和一小块。面对作秀的质疑,组织者之一的严建兵把活动意义总结为“一次科普”。“黄金大米的技术2000年就成熟了,即将进入菲律宾市场。”

  从未停止的质疑声

  转基因水稻到底好在哪?林拥军说,他没做过实验,但根据2005年4月29日《科学》杂志发表中美科学家合作完成的论文《转基因抗虫水稻对中国水稻生产和农民健康的影响》,转基因抗虫水稻比非转基因水稻产量高出6%至9%,农药施用量减少80%,每公顷为农民节省212元农药费用,同时,农民无一中毒。“这仅是2005年的数据,现在伴随着植物抗药性上升和转基因技术的革新,数据还要上升。”

  舆论对转基因水稻的质疑从未停止。1999年转基因水稻项目通过农业部组织的专家验收;2005年农业部完成安全性评价,华农为转基因水稻申报安全证书;2009年,两个品种完成第三方盲测,获安全证书。每一次都伴随着争议,而且反对声浪愈发强烈。许多反对者高呼:“全世界的主粮都没有市场化,为什么中国水稻要放开?”

  2010年,有“转基因水稻第一人”之称的中国科学院院士、华中农业大学生命科学技术学院院长张启发在中国农业大学演讲时,突然冲进一群手持横幅的人。在提问环节,他们抢话筒,扔杯子,对转基因大米提出异议。报警后,反对者才散去。张启发不担心别人反对,但害怕这种情绪持续下去会酿成恶果。他在10月19日举办的黄金大米品尝会上透露,今年7月,61名两院院士已联名上书国家领导人,请求尽快推进转基因水稻产业化。其中写道:“不能再等,否则将误国”。

  林拥军有些纳闷。“美国每一项转基因食品被批准都是全世界第一个,为什么中国就不可以当第一?”他介绍,美国已批准6个转基因水稻品种市场化,只是美国人很少吃水稻,没有经济效益;伊朗抗虫水稻2005年就投入了商业化生产,2006年的种植面积超过6000公顷;至于小麦,“主要虫害是后期的蚜虫,及病害、干旱、寒冷等,这些问题目前还没解决,转基因小麦没有商业价值。”林拥军补充说,转基因玉米在美国也早就商业化了。在墨西哥、南非等以玉米为主粮的国家,每年也从美国大量进口转基因玉米食用。



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