舌尖上的基因工程

劉強

2020年的春天已經(jīng)到來，原本萬物復(fù)蘇的時節(jié)，所有人的生活都被突如其來的新冠肺炎疫情打亂。在漫長的窩家時光里，許多人久違地投入到柴米油鹽的煙火氣中，開始關(guān)心起糧食和蔬菜。

“民以食為天”，在當(dāng)下尤顯意義重大。隨著疫情在世界范圍內(nèi)暴發(fā)，部分國家也紛紛頒布糧食出口禁令，令人不由得擔(dān)心今年全球糧食的供應(yīng)市場會不會也有一場大風(fēng)暴。

在各行各業(yè)已陸續(xù)返工復(fù)工的大背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)卻面臨著極嚴(yán)峻考驗：

首先是疫情導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員和各種農(nóng)業(yè)物資短缺，然后是不久前爆出的非洲沙漠蝗、北美草地貪夜蛾等外來入侵蟲害，再加上過度種植導(dǎo)致的土壤地力減退，以及氣象預(yù)測今年可能有的大澇大旱等極端天氣，等等。

面對一系列困難，如何有效守護好國民口糧，是擺在我們面前的一道必答題。

自然之問：糧食多少才夠吃？

大自然拋給人類的第一問，今年糧食夠不夠吃？

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本質(zhì)上是對自然界的光能轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)定向流動，換句話，作物的天職就是好好曬太陽，吸收空氣中的二氧化碳和水，不斷合成碳水化合物，然后沿著食物鏈逐級傳遞，成就我們的一日三餐。

如果把種種自然追加的難度放一邊，只以往年的數(shù)據(jù)來對地球供給能力做個簡單計算：

地球生物圈每年光合作用固定到植物中的能量為2.8×1021J，人類對總光合作用量的利用率為1%，一個人平均每天消耗食物能量約9.2×106J，一年有365天。因此地球所能夠供養(yǎng)的人口數(shù)= 2.8×1021×1%/（9.2×106 × 365）= 80億。

截至2019年，在我國完成注冊的外資種企超過70家，牢牢把持了我國高端蔬菜種子一半以上的市場份額。這些“洋種子”壟斷了國內(nèi)種子的定價權(quán)、供貨權(quán)，可以隨時給種植業(yè)制造漲價、無貨、減產(chǎn)等事端，已直接威脅到中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全，就和電子業(yè)的芯片一樣，屢屢掣肘中國在國際場合的外交交鋒。

記住這個數(shù)字，供養(yǎng)“80億”人口是地球生態(tài)的理論上限，而目前地球人口已超過70億，人口基數(shù)已經(jīng)觸及自然承載的天花板。

而每年光合作用固定的植物有很大一部分是非作物類，過度種植導(dǎo)致土地日益貧瘠，病蟲害和極端氣候造成局部減產(chǎn)，糧食流通和消費環(huán)節(jié)存在大量損失和浪費。結(jié)果就是，在人類文明高度發(fā)達的現(xiàn)代社會，一些邊緣角落里，依舊有幾億人長期處于饑餓狀態(tài)。

據(jù)聯(lián)合國國際糧農(nóng)組織（FAO）2018年預(yù)計數(shù)據(jù)，不考慮氣候變化對糧食產(chǎn)量的影響，要喂飽不斷增加的人口，2050 年的糧食生產(chǎn)量必須提高 50% 以上。

這個數(shù)據(jù)投射到今年的農(nóng)業(yè)測算，再加上非洲沙漠蝗 、北美草地貪夜蛾等外來蟲害威脅，以及可能的大澇大旱等極端天氣，可以很肯定地說，今年的糧食生產(chǎn)壓力空前。

育種，掣肘農(nóng)業(yè)的“芯片”

令人慶幸的是，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)早已不是“種豆南山下”的古代小農(nóng)耕作，而是社會工業(yè)大生產(chǎn)的一環(huán)。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)不斷升級，我們已掌握大量保障作物豐收的法器。

但是，在過去半個多世紀(jì)里，化肥農(nóng)藥的過度使用也破壞了土壤的微生態(tài)系統(tǒng)，單純加大施用劑量已無法再增加作物的產(chǎn)量。不斷爆發(fā)的農(nóng)害也在提醒我們，自然是有極限的，我們不可能無限索取。

于是，培育高產(chǎn)/抗蟲作物新品種，成為當(dāng)前的必然選擇。

但目前有一些遺憾的是，和其他諸多工業(yè)類似，這一農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵點上，我國還在處處受制于人的狀況。

以大豆為例。我們曾是全球重要的大豆產(chǎn)區(qū)，東北黑土地滋養(yǎng)著大片豆田，為世界提供大量植物蛋白和畜牧養(yǎng)殖原料?？上Ф潭滩坏揭淮说臅r間，我國大豆種植就全面淪陷。

自1995年起，我國開始進口大豆，一瞬間由大豆出口國變成進口國。短短5年后，年進口量超1000萬噸。到2016年，我國本土大豆出產(chǎn)量僅1200萬噸，進口量卻高達8323萬噸，對外依存度超過85%。國際大豆市場基本形成“美洲種大豆，中國買大豆，美國定價格”的被動挨打格局。

美國大豆為什么會對中國大豆形成如此的壓倒性優(yōu)勢？問題就出自種子。

美國大豆經(jīng)過轉(zhuǎn)基因處理，產(chǎn)量大，出油率高（比我國東北黃金豆出油率要高六分之一左右），經(jīng)濟價值高，是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的理想原料。再加上得天獨厚的光熱條件和廣袤地理資源，使其牢牢把住大豆市場的調(diào)節(jié)閥。而大豆的下游幾乎和所有蛋禽魚肉類產(chǎn)品都息息相關(guān)，是關(guān)系國家菜籃子的重要生產(chǎn)原料，與民生干系甚大。

事實上，自改革開放伊始，一直到2000年實施《中華人民共和國種子法》，我國國內(nèi)種子市場幾乎完全對世界開放。一些野心勃勃的外資種子企業(yè)，包括杜邦、孟山都、先正達等，紛紛在中國落子布局，設(shè)立辦事機構(gòu)、建立研發(fā)中心、布置品種試驗、參股本土優(yōu)勢種子企業(yè)、成立合資公司等。

截至2019年，在我國完成注冊的外資種企超過70家，牢牢把持了我國高端蔬菜種子一半以上的市場份額。

“種子按粒買，糧食按噸賣”的殘酷現(xiàn)實，不僅僅是一線農(nóng)民的辛酸體會，也折射出中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的巨大短板。這些“洋種子”壟斷了國內(nèi)種子的定價權(quán)、供貨權(quán)，可以隨時給種植業(yè)制造漲價、無貨、減產(chǎn)等事端，已直接威脅到中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全，就和電子業(yè)的芯片一樣，屢屢掣肘中國在國際場合的外交交鋒。

基因工程，魔盒還是救星？??

我們不禁要問，中國作為農(nóng)業(yè)大國，為什么育種還需假人之手呢？

答案很簡單，如上所說，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)早已不是今年收獲，自己留種明年播，剩余再拿去消費的小農(nóng)經(jīng)濟時代。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，種子的好壞直接決定了產(chǎn)量，決定了作物對蟲害、極端天氣等負(fù)面環(huán)境的適應(yīng)性。而培育具有優(yōu)良抗災(zāi)害特質(zhì)的現(xiàn)代植種，必須站在遺傳物質(zhì)（基因）的層面去對種子做微調(diào)。

一款優(yōu)質(zhì)作物種子的開發(fā)和投放市場，需要扎實的基礎(chǔ)研究做指引，精密的生物操作平臺負(fù)責(zé)實施，有效的社會大工業(yè)積極配套，還要被一個理性而開放的現(xiàn)代社會接納。

對于轉(zhuǎn)基因作物的利弊，國際上來來回回討論了很多回合，直到今天也貌似看不出個勝負(fù)（當(dāng)然只是表面上的），而中國的農(nóng)業(yè)育種就在這個過程中拖宕下來。

但基因工程育種，就真的不可取嗎？

歸根結(jié)底，物競天擇也是一種定向的種群培育，皆是基于對變異的選擇。而基因突變在自然界本就是時間激發(fā)的必然事件，正因如此，人類才從草地里分出了五谷，育出了蔬菜。

過去半個世紀(jì)，人類對遺傳物質(zhì)的理解有了質(zhì)的飛躍，大家漸漸認(rèn)識到，這個過程是可以更深度干預(yù)的。無論是自然變異還是人工誘導(dǎo)的變異，本質(zhì)上并無不同。

只是自然突變發(fā)生頻率相對較低，且具有隨機性，難以滿足育種需求。采用雜交、自交等常規(guī)育種技術(shù)，則存在周期長、效率低、遺傳資源狹窄等問題。因此，以轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)為代表的現(xiàn)代分子育種技術(shù)，逐漸成為選育新品種的重要途徑。

更具體來說，目前最為簡單高效的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)（Cas9是一種可用于切割DNA的酶），已經(jīng)可以在不引入外源基因的情況下對基因組進行定點編輯。這使得我們可以精確賦予農(nóng)作物抗旱、抗蟲、抗病等各種特性，應(yīng)對一系列自然問題。之前美國就是應(yīng)用轉(zhuǎn)基因玉米種植化解了草地貪夜蛾蟲害。

回望全球，自 1996 年首次商業(yè)化以來，全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積持續(xù)增長。據(jù)國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織（ISAAA）統(tǒng)計，2018 年全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積達 1.917 億公頃（約1/5個美國面積），共計26個國家種植了轉(zhuǎn)基因作物，44 個國家進口轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品用于糧食、飼料和加工。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)大大提高了作物育種效率，同時降低了農(nóng)藥、肥料等生產(chǎn)資料的投入，生態(tài)、經(jīng)濟效益十分顯著，已是全球糧食安全的重要保障之一。

對于中國轉(zhuǎn)基因作物現(xiàn)狀，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部部長韓長賦在一次采訪中，道出了一個和大眾常識相悖的事實：中國社會反轉(zhuǎn)基因的高昂情緒，反而導(dǎo)致我們進口了更多轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品。

的確，如果國內(nèi)糧食供應(yīng)不上，就必然要從國外進口，而轉(zhuǎn)基因已成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要手段，不可能回避。

自然生態(tài)在不斷演化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式也在隨之變化，之前我們由于認(rèn)知限制，一直在先端農(nóng)業(yè)育種上裹足不前，但或許順應(yīng)變化、積極邁開步子，才是文明發(fā)展的客觀方向。

我們的祖先從遠(yuǎn)古時代起就在進行品種改良，把可食用的植物馴化成作物，把野生動物馴化成家畜，并在持續(xù)的主動選擇中不斷強化其對人類有利的特征。在傳統(tǒng)馴化中，人們嚴(yán)密規(guī)劃動物、植物的交配，依賴大量的自然基因突變，形成豐富的基因庫進行組合排列，像博彩一樣，找到我們渴求的品種。

隨著生物遺傳學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類已經(jīng)破解了很多基因密碼，知曉了很多改良品種的可行途徑，但品種改良的思路并未發(fā)生改變，不過是在生物遺傳物質(zhì)的層面睜開了眼睛，為自然進化安上了加速器。

尊重并應(yīng)用好這個武器，從生態(tài)保全、生存安全和基因工程之中找到一個平衡，我們必然能解決糧食問題，實現(xiàn)“人人得食，天下無饑”的美好愿景。

◎ 來源|微信公眾號“科學(xué)辟謠平臺”