農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)正經(jīng)歷著升級(jí)換代。兩大作物性狀抗蟲和抗除草劑，推動(dòng)了第一代轉(zhuǎn)基因作物增長(zhǎng)。

與初種階段相比，至2012年，17年間全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積增長(zhǎng)了100倍。

而注重功能性和營(yíng)養(yǎng)性的第二代轉(zhuǎn)基因作物，正在陸續(xù)登場(chǎng)，并左右未來十年的研究方向。

在本輪技術(shù)升級(jí)中，中國(guó)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)能否保持現(xiàn)有排名，乃至更進(jìn)一步，未有定數(shù)。

兩個(gè)基因打天下

第一代轉(zhuǎn)基因作物將研發(fā)重點(diǎn)放在取悅農(nóng)民上，讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)變得更容易、更高產(chǎn)、也更賺錢。產(chǎn)量和收益的提高，使得農(nóng)民樂于播種轉(zhuǎn)基因種子，而農(nóng)藥用量和生產(chǎn)成本的降低，也給環(huán)境保護(hù)和消費(fèi)者帶來間接的好處。

1983年美國(guó)成功培育出一種抗病毒轉(zhuǎn)基因煙草，從而開啟了轉(zhuǎn)基因育種的大幕。

往作物的基因組中加入一個(gè)或多個(gè)特選的外源基因后，由于每個(gè)基因都會(huì)編碼一種功能明確的蛋白質(zhì)，從而使作物表現(xiàn)出某種性狀，這就是通常所言的轉(zhuǎn)基因育種。與雜交育種或輻射育種等傳統(tǒng)方法相比，轉(zhuǎn)基因育種的結(jié)果更可預(yù)測(cè)，效率也高。

過去30年間，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物大約有30個(gè)性狀，其中最受歡迎的是抗除草劑、抗蟲以及兩者兼有的性狀。抗草甘膦基因和Bt基因分別是這兩大性狀的代表基因。

Bt基因來自一種土壤細(xì)菌，它可以分泌一種毒蛋白，對(duì)鱗翅目、鞘翅目昆蟲，比如小菜蛾有很強(qiáng)的殺傷作用。在有機(jī)農(nóng)業(yè)中，這種細(xì)菌被作為天然殺蟲劑長(zhǎng)期使用。

科研人員將Bt基因轉(zhuǎn)入作物的基因組后，作物自身可產(chǎn)生Bt蛋白毒素，殺死害蟲，而對(duì)其他益蟲和人類無害。這樣，不打或者打少量農(nóng)藥，就可以對(duì)付蟲害。

正是轉(zhuǎn)入Bt基因的棉花新種，挽救了中國(guó)的棉花種植業(yè)。

20世紀(jì)90年代初期，中國(guó)爆發(fā)大面積棉鈴蟲災(zāi)害，一些產(chǎn)棉區(qū)的棉花畝產(chǎn)降幅達(dá)八成，這一棉花的頭號(hào)害蟲已經(jīng)對(duì)當(dāng)時(shí)普遍使用的菊酯類農(nóng)藥產(chǎn)生很強(qiáng)的抗藥性?！懊掴徬x害太厲害了，幾乎兩三天就噴一次藥，即使是這樣還殺不死?！鄙綎|東明縣李莊村村民李站雙回憶說，甚至把棉鈴蟲直接泡在農(nóng)藥里都死不掉。

此時(shí)，國(guó)際種業(yè)巨頭孟山都公司已經(jīng)開發(fā)出轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉種，不過，直到1997年，孟山都才開始在華北地區(qū)進(jìn)行大規(guī)模推廣，當(dāng)?shù)氐拿揶r(nóng)稱其為 “抗蟲棉”。兩年后，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研發(fā)的國(guó)產(chǎn)抗蟲棉也通過了各項(xiàng)審定，推向市場(chǎng)。

孟山都抗蟲棉種的價(jià)格比傳統(tǒng)棉種高近20倍，但其經(jīng)過脫絨處理，出芽率非常高，原來1畝地要播10公斤棉種，使用抗蟲棉種只需要1公斤就夠了，雖然棉農(nóng)的購(gòu)種成本增加1倍，但綜合收益卻大大提高。

然而，孟山都的抗蟲棉種在中國(guó)“水土不服”，與國(guó)產(chǎn)抗蟲棉相比，其抗病性稍差，在產(chǎn)量上競(jìng)爭(zhēng)力稍遜。國(guó)產(chǎn)抗蟲棉后來居上，市場(chǎng)占有率從最初的5%擴(kuò)大到95%以上。

目前，中國(guó)轉(zhuǎn)基因作物種植面積約400萬公頃，其中絕大部分是抗蟲棉。國(guó)產(chǎn)抗蟲棉還被推廣至印度，在當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)了商業(yè)化種植，成為中國(guó)轉(zhuǎn)基因技術(shù)參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的探路者。

不過，中國(guó)農(nóng)民尚未體驗(yàn)過轉(zhuǎn)基因作物的另一大改良性狀——抗除草劑。

雜草會(huì)跟作物爭(zhēng)奪水分、養(yǎng)分和陽光，而且其生命力往往比作物還強(qiáng)。用人工清除雜草費(fèi)時(shí)費(fèi)力，由此除草劑應(yīng)運(yùn)而生。1970年，化學(xué)家約翰·E·弗朗茨（John E.Franz）發(fā)現(xiàn)草甘膦具有優(yōu)異的除草性能，可以使一種大多數(shù)植物生長(zhǎng)所必須的酶失去活性，從而殺死植物。

如果挑缺點(diǎn)的話，那就是草甘膦幾乎能殺死所有植物，包括作物本身，因而不能在作物生長(zhǎng)期使用。不過，研究人員從一種細(xì)菌中找到了能夠耐受草甘膦的基因，篩選并轉(zhuǎn)化到目標(biāo)作物中，成功培育出抗除草劑作物。從此，草甘膦和抗草甘膦作物成為一對(duì)黃金搭檔，農(nóng)民可以只使用一種除草劑來解決所有雜草問題，而不必像種植傳統(tǒng)作物那樣，使用多種更有針對(duì)性但毒性也更大的除草劑。

然而，麻煩也隨之而來。農(nóng)民年復(fù)一年地種植抗草甘膦作物，而不像以前那樣，通過輪種多種作物來改善雜草耐受的問題。最終，抗草甘膦的雜草出現(xiàn)了。已有18個(gè)國(guó)家發(fā)現(xiàn)了這種雜草，巴西、澳大利亞、阿根廷和巴拉圭的情況尤為嚴(yán)重。

那么，拿什么來對(duì)付抗草甘膦雜草？農(nóng)民采用混用幾種化學(xué)除草劑，并加上耕地除草來應(yīng)對(duì)。這與大規(guī)模種植傳統(tǒng)作物相比，對(duì)環(huán)境的破壞性依然小得多。英國(guó)的一項(xiàng)研究顯示，1996年-2011年，耐草甘膦棉花節(jié)省了1.55萬噸的除草劑，比傳統(tǒng)棉花使用量減少了6.1%。

“一個(gè)基因，一個(gè)產(chǎn)業(yè)?！边@句話在生物技術(shù)界流傳甚廣。作為生物技術(shù)中的大熱門，轉(zhuǎn)基因技術(shù)以市場(chǎng)答卷給出了印證，2011年，抗除草劑作物的種植面積已超過全球轉(zhuǎn)基因作物種植總面積一半。

推動(dòng)升級(jí)換代

如今，研究人員將注意力放在了如何使消費(fèi)者直接受益。

在第二代轉(zhuǎn)基因作物的研發(fā)中，很多新的性狀都是基于這一思路，如不會(huì)變色的蘋果、“黃金大米”、改善營(yíng)養(yǎng)的香蕉等。通過改良品質(zhì)，增加營(yíng)養(yǎng)，或使食品具有醫(yī)療保健功能，或用作環(huán)保和工業(yè)原料，從而增加農(nóng)副產(chǎn)品的附加值。

“黃金大米”是營(yíng)養(yǎng)型的新一代轉(zhuǎn)基因作物，其培育初衷是為了補(bǔ)充人體的維生素A。維生素A缺乏癥會(huì)導(dǎo)致夜盲癥，到了晚上就看不清東西，還會(huì)得皮膚病，有時(shí)甚至導(dǎo)致死亡。

瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院教授英戈·波特里庫斯（Ingo Potrykus）與德國(guó)弗賴堡大學(xué)教授彼得·拜爾（Peter Beyer）經(jīng)過八年時(shí)間，通過轉(zhuǎn)入黃水仙和一種常見土壤細(xì)菌的基因，使得稻米中能夠產(chǎn)生β-胡蘿卜素，它進(jìn)入人體后能被轉(zhuǎn)變成維生素A。

“黃金大米”被認(rèn)為是生物技術(shù)的一項(xiàng)重要突破。

五年后，第二代黃金大米研制成功，與原先相比，其β-胡蘿卜素的含量提高了23倍。這樣，通過主食大米就可解決欠發(fā)達(dá)地區(qū)廣泛存在的維生素A缺乏癥了。

“黃金大米”的思路，也激發(fā)了烏干達(dá)對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的期待。與非洲大部分熱帶地區(qū)一樣，三分之二的烏干達(dá)人以香蕉為主食。烏干達(dá)政府希望通過改良香蕉讓國(guó)民的主食更有營(yíng)養(yǎng)。由于大部分香蕉品種不長(zhǎng)種子，只能通過無性繁殖方式繁衍，其種質(zhì)很難通過傳統(tǒng)的育種方法得到改良。因此，轉(zhuǎn)基因技術(shù)成為首選。

現(xiàn)在，烏干達(dá)和澳大利亞的研究人員聯(lián)合試驗(yàn)了一種轉(zhuǎn)基因香蕉，其富含β-胡蘿卜素和鐵等營(yíng)養(yǎng)成分。這種香蕉具有抗盲、抗貧血及抗腹瀉的作用，試驗(yàn)成功后，可以推廣至維生素A缺乏癥非常普遍的東非國(guó)家。

香蕉成為國(guó)民主食，也在于大多數(shù)的作物難以適應(yīng)非洲貧瘠的土地和干旱，如何使作物在此生長(zhǎng)，以解決非洲糧食匱乏問題，正是轉(zhuǎn)基因作物研究的另外一個(gè)熱門。

不久前，阿根廷研究人員在試驗(yàn)田中播下一批轉(zhuǎn)基因小麥種子，如果順利的話，三年內(nèi)這種新型小麥將投放市場(chǎng)。通過增強(qiáng)種子抗逆性，這批小麥種子可以在干旱和鹽堿環(huán)境下，產(chǎn)量比普通小麥提高10%到15%。

所謂抗逆性，是指作物種子在不同環(huán)境條件下都能正常生長(zhǎng)，如耐旱、耐澇、抗鹽堿等。美國(guó)也在致力于開發(fā)一種具有抗逆性的轉(zhuǎn)基因玉米。

而一種名為表觀遺傳修飾的技術(shù)更具迷人魅力。它通過直接修改作物自身的基因來獲取新的性狀，而不用導(dǎo)入其他物種的基因。

比如，與其將耐旱細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)化到作物中去，不如直接調(diào)整作物自身的基因，使之獲得抗旱性狀。問題是，這種沒有轉(zhuǎn)入外源基因的作物，還算轉(zhuǎn)基因作物嗎？

歐洲科學(xué)院科學(xué)咨詢委員會(huì)主席布萊恩·希普就建議，歐盟應(yīng)從法律地位上確認(rèn)，這種不涉及外源基因的技術(shù)屬于非轉(zhuǎn)基因范疇，這將對(duì)歐洲的農(nóng)業(yè)創(chuàng)新給予有力支持。

實(shí)際上，對(duì)于轉(zhuǎn)基因作物的分類監(jiān)管大大抬高了門檻和相應(yīng)成本，這讓中小公司和公共機(jī)構(gòu)的技術(shù)離商業(yè)化遙不可及，只有那些種業(yè)巨頭能夠負(fù)擔(dān)這種監(jiān)管成本。

技術(shù)梯隊(duì)

第二代轉(zhuǎn)基因作物離規(guī)?；N植還有較長(zhǎng)距離。

一方面，還有許多科學(xué)問題需要攻關(guān)；另一方面，不管這些新作物有多神奇，它們?nèi)匀恍枰ㄟ^各種田間試驗(yàn)，歷經(jīng)層層審批，而且要獲得消費(fèi)者的認(rèn)可。

“從企業(yè)角度講，會(huì)先做技術(shù)儲(chǔ)備，等到時(shí)機(jī)成熟，再放出來?！贝蟊鞭r(nóng)集團(tuán)生物技術(shù)中心總經(jīng)理呂玉平告訴《財(cái)經(jīng)》記者。比如，孟山都公司的任何一項(xiàng)新技術(shù)，從其開始研發(fā)計(jì)算，大約要15年左右才能收回投入。

目前，美國(guó)在轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)水平上占據(jù)了制高點(diǎn)，擁有世界上約一半的生物技術(shù)公司和一半的生物技術(shù)專利；歐盟和日本為第二梯隊(duì)，多個(gè)跨國(guó)種業(yè)公司分布于此，在生物技術(shù)領(lǐng)域積累了雄厚的研發(fā)優(yōu)勢(shì)；中國(guó)處于第三梯隊(duì)的領(lǐng)先地位，某些領(lǐng)域的技術(shù)水平已超過第二梯隊(duì)，后面有巴西和印度等新興國(guó)家在積極追趕。

科技部2006年頒布《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》，確定了16個(gè)重大科技專項(xiàng)，其中，轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)把突破重點(diǎn)聚焦于水稻、小麥、玉米、大豆、棉花等五大作物。

自正式實(shí)施以來，轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)鑒定具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的功能基因300多個(gè)，完成了80多個(gè)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、抗旱、耐鹽堿、耐熱、養(yǎng)分高效利用，以及產(chǎn)量等經(jīng)濟(jì)性狀基因的功能驗(yàn)證。

由于部分公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的恐懼，以及背后復(fù)雜的利益博弈，轉(zhuǎn)基因糧食作物的商業(yè)化種植停滯不前，這導(dǎo)致中國(guó)轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)發(fā)展水平與美國(guó)的差距進(jìn)一步拉大，發(fā)展速度也已落后于巴西、印度等發(fā)展中國(guó)家。

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所研究員黃大分析，這種影響會(huì)逐漸阻滯研發(fā)，繼而使中國(guó)技術(shù)掉隊(duì)。

為了消解公眾的恐慌，前述修改作物自身基因的方法，或可使公眾更加容易認(rèn)可轉(zhuǎn)基因作物，因?yàn)槿藗儗?duì)轉(zhuǎn)基因食品的排斥，很大程度上來自轉(zhuǎn)入的外源基因。

而中國(guó)的研究者也正在發(fā)展一條新技術(shù)路徑，即通過植物組織的特異性表達(dá)，可培育出在食用部位不含轉(zhuǎn)基因成分的轉(zhuǎn)基因作物。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院林擁軍教授就在做這樣的嘗試，在新一代轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻中，抗蟲蛋白只出現(xiàn)在害蟲食用的葉和莖等部位，而在水稻的胚乳即人們食用的米粒中沒有轉(zhuǎn)基因成分。他告訴《財(cái)經(jīng)》記者，“對(duì)于很多不接受的人來說，這更容易克服心理障礙?！?/p>