舌尖上的基因工程：潘多拉魔盒还是人类救星？

作为“自然进化的加速器”，转基因育种可能是解决粮食危机的终极武器。

资料来源:统计数据库

作者|刘强(日本)名古屋大学

2020年的春天已经到来。当一切都在恢复的时候，每个人的生活都被新的流行病的突然爆发所打乱。在他们长时间呆在家里期间，许多人长期沉浸在日常生活用品的烟火氛围中，并开始关心食物和蔬菜。

“食物是人民最重要的东西”在目前意义重大。随着疫情在世界范围内的爆发，许多国家都颁布了食品出口禁令:

哈萨克斯坦宣布禁止出口小麦粉、胡萝卜、糖和土豆，越南暂时签署了新的大米出口合同，塞尔维亚禁止出口葵花籽油和其他商品，俄罗斯也表示将每周评估疫情，然后决定是否实施出口禁令。

人们不禁担心今年全球食品供应市场是否会出现另一场大风暴。

另一方面，在各行各业反复工作的背景下，农业生产面临着严峻的考验:

首先是农业生产人员和各种农业材料的短缺造成的流行病。第二个是最近爆发的外来入侵农业害虫，如非洲沙漠蝗虫和北美草地螟。三是过度种植导致土壤肥力下降。最后是对今年极端天气的预测，如洪水和干旱。

面对一系列困难，如何有效保护国家粮食配给是摆在我们面前的一个必须解决的问题。

自然的问题是:多少食物足够了？

大自然向人类提出的第一个问题是，今年有足够的食物吗？

农业生产本质上是自然界中由光能转化而来的物质的定向流动。换句话说，农作物的天职是晒太阳，吸收空气中的二氧化碳和水，不断合成碳水化合物，然后沿着食物链一步一步地传递它们，实现我们一天三餐。

如果我们撇开各种自然的额外困难，只有前几年的数据可以用来对地球的供应能力作一个简单的计算:

地球生物圈中植物通过光合作用固定的能量为每年2.8×1021焦耳，人类总的光合作用利用率为1%。一个人平均每天消耗大约9.2×106焦耳的食物能量，一年365天。因此

地球可以支持的人口数量

=2.8×1021×1%/(9.2×106×365)

= 80亿。

多种谷物品种；资料来源:粮农组织

记住这个数字，支持“80亿”人口是地球生态的理论上限。目前，地球人口已超过70亿，人口基数已接近自然生育上限。

然而，每年有很大一部分具有固定光合作用的植物是非作物。过度种植导致土壤日益贫瘠，病虫害和极端气候导致当地产量减少，粮食流通和消费出现大量损失和浪费。因此，在人类文明高度发达的现代社会的某些边缘角落，数亿人仍长期处于饥饿状态。

根据联合国国际粮食及农业组织(粮农组织)2018年的估计数据，不管气候变化对粮食生产的影响如何，为了养活不断增长的人口，2050年的粮食产量必须增加50%以上。

这一数据是根据今年的农业估计预测的，再加上非洲沙漠蝗虫、北美斜纹夜蛾等外来害虫的威胁以及洪水和干旱等可能的极端天气，可以肯定地说，今年的粮食生产压力是前所未有的。

育种，制约农业的“芯片”

幸运的是，现代农业生产长期以来一直是社会工业生产的一部分，而不是古老的“在南山下种豆子”的小规模农业。随着农业技术的不断升级，我们掌握了大量的农具，保证了农作物的丰收。

然而，在过去的半个世纪里，化肥和农药的过度使用也破坏了土壤的微生态系统，仅仅增加施用剂量已不能再增加作物产量。农业灾难的不断爆发也提醒我们，自然是有极限的，我们不能无限期地要求它。

因此，培育高产抗虫作物新品种已成为当前的必然选择。

然而，目前有一些遗憾的是，像许多其他行业一样，我国农业生产的这一关键点仍然被其他地方所控制。

以大豆为例。我们曾经是世界上重要的大豆产地。东北部的黑土滋养了大片大豆田，并为世界提供了大量植物蛋白和畜牧业原料。不幸的是，在不到一代人的时间里，中国的大豆种植面积已经完全下降。

自1995年以来，中国开始进口大豆，并在一瞬间从大豆出口国变成了进口国。仅仅五年后，年进口量就超过了1000万吨。到2016年，中国本土大豆产量将只有1200万吨，进口量将达到8323万吨，对外依存度将超过85%。国际大豆市场基本形成了“在美国种植大豆，在中国购买大豆，在美国定价”的被动格局。

为什么美国大豆比中国大豆有如此巨大的优势？问题来自种子。

美国大豆是转基因大豆，产量大，产油量高(比中国东北的金豆高六分之一左右)，经济价值高，是大规模工业化生产的理想原料。再加上独特的光热条件和广阔的地理资源，它牢牢掌握着大豆市场的调节阀。大豆的下游几乎与所有的鸡蛋、家禽和鱼产品都有密切关系。它是国家菜篮子的重要原料，与人民生活息息相关。

事实上，自改革开放以来，直到2000年《*种子法》实施，中国国内种子市场几乎完全对外开放。一些雄心勃勃的外国种子企业，包括杜邦、孟山都和先正达，已经在中国设立了办事处、研发中心、品种测试、参股当地优势种子企业和合资企业。

截至2019年，已有70多家外资种子企业在中国完成注册，牢牢控制了中国高端蔬菜种子市场一半以上的份额。

“种粮买粮，吨粮卖”的残酷现实，不仅是一线农民的痛苦经历，也反映了中国农业产业的巨大短缺。这些“外国种子”垄断了国内种子的定价权和供应权。它们会在任何时候给种植业带来价格上涨、商品短缺、减产和其他事故。它们直接威胁到了中国农业生产的安全。就像电子行业的“芯片”，它们一再阻碍中国在国际场合的外交交流。

复杂复杂的现代农业；资料来源:粮农组织

基因工程，魔盒还是救世主？

我们不禁要问，作为一个农业大国，中国为什么在育种方面仍然需要假手。

答案很简单。如上所述，现代农业生产不再是小规模农民经济的时代，在这个时代里，我们收获今年的收成，明年播种自己的种子，其余的都花掉。在现代生产中，种子的质量直接决定着作物的产量和对害虫和极端天气等不利环境的适应性。然而，为了培育具有优良抗灾特性的现代植物物种，种子必须在遗传物质(基因)水平上进行微调。

优质作物种子的开发和营销需要坚实的基础研究作为指导，精确的生物操作平台负责其实施，有效的社会大规模产业积极匹配，并且必须被理性和开放的现代社会所接受。

关于“转基因”作物的利弊，国际社会已经进行了许多轮的讨论，至今似乎没有胜利或失败(当然只是表面上的)。然而，中国的农业育种在这一过程中被推迟了。

但是基因工程育种真的不受欢迎吗？

归根结底，“自然选择”也是一种有针对性的群体培育，都是基于变异的选择。然而，基因突变是自然界中由时间触发的不可避免的事件。正是因为这个原因，人类才把谷物从草和栽培蔬菜中分离出来。

在过去的半个世纪里，人类对遗传物质的理解有了质的飞跃，人们开始意识到这个过程可以被更深入地介入。无论是自然变异还是人工诱导变异，本质上没有区别。

然而，自然突变的频率相对较低且随机，难以满足育种需要。杂交和自交等常规育种技术存在周期长、效率低、遗传资源狭窄等问题。因此，以转基因和基因编辑技术为代表的现代分子育种技术逐渐成为培育新品种的重要途径。

更具体地说，最简单有效的CRISPR/Cas9基因编辑技术(Cas9是一种可用于切割DNA的酶)已经能够在不引入外源基因的情况下对基因组进行位点特异性编辑。这使我们能够准确地赋予作物抗旱、抗虫和抗病等各种特性，并处理一系列自然问题。以前，美国使用转基因玉米种植来消灭甜菜夜蛾。

来自印度传统育种的玻璃质玉米也是一种突变产品，与转基因育种没有本质区别。来源:网络

回顾世界，自1996年首次商业化以来，世界转基因作物种植面积持续增长。根据国际农业生物技术应用组织(ISAAA)的统计，2018年种植了1.917亿公顷(约占美国面积的1/5)转基因作物。共有26个国家种植转基因作物，44个国家进口转基因农产品用于食品、饲料和加工。

转基因技术大大提高了作物育种的效率，减少了农药、化肥和其他生产资料的投入。其生态和经济效益非常显著，已成为全球粮食安全的重要保障之一。

贸易悖论:越是“逆转”，进口的转基因产品越多

对于中国转基因作物的现状，农业和农村事务部部长韩长福在一次采访中说了一个与常识相反的事实:中国社会的高度反转基因情绪导致我们进口更多的转基因农产品。

事实上，如果国内粮食供应不足，将不可避免地从国外进口，转基因已经成为一种重要的农业生产手段，不可避免。

自然生态在不断演变，农业生产方式也在变化。以前，由于认知的限制，我们一直不愿意在顶点推进农业育种。然而，顺应变化，采取积极措施，也许是文明发展的客观方向。

我们的祖先自古以来就在改良品种，将食用植物驯化成农作物，将野生动物驯化成家畜，并通过不断的主动选择不断强化它们对人类有利的特性。在传统的驯化中，人们密切计划动物和植物的交配，依靠大量的自然基因突变形成丰富的基因库进行组合和排列，就像赌博一样，去寻找我们想要的品种。

随着生物技术的发展，人类破解了许多遗传密码，并知道许多可行的方法来改良品种。然而，品种改良的想法并没有改变，但他们已经在生物遗传物质的层面上打开了眼界，并为自然进化安装了加速器。

尊重和运用这一武器，在生态保护、生存安全和基因工程之间找到平衡，我们一定能够解决粮食问题，实现“人人有粮，世界无饥”的美好愿景。

作为自然进化的加速器，基因工程必将带来一场农业革命。来源:形象昆虫创意