转基因作物能不能增产、抗虫?

     ・方舟子・

  全国政协委员崔永元在其反对研究、推广转基因作物的提案一开头就说:“国内外无数的研究和时间反复证明、转基因作物不能增产,迄今世界上还没有任何一种转基因作物是增产的,连美国农业部(USDA)报告都不(得不)承认,转基因作物没有提高产量甚至还有可能下降。”崔永元当然没看过也看不懂美国农业部的报告。他的说法源自其反转“科学顾问”,主要是一个退休多年的“农业专家”(退休前做玉米育种“战略研究”)佟屏亚。按照这个“农业专家”的说法,转基因作物不仅不能增产,而且不能抗虫:“转基因有两个软肋,第一个就是所谓‘增产’。报纸上老在说转基因能增产、能高产,这是最能唬人的。事实上转基因不增产,更谈不上高产。第二个软肋就是所谓‘抗虫基因’。这也是骗人的。它解决不了生产上用农药的问题。”那么转基因作物究竟能不能增产、抗虫呢?这两个问题是相关的,我们先来看第一个问题,转基因作物能不能抗虫?

  这个问题的提出本身就显得奇怪,因为现在种植最多的转基因作物,就是抗虫转基因作物。它们转入的外源基因来自于苏云金芽孢杆菌(拉丁学名Bacillus thuringiensis,因此简称Bt),这种杆菌芽孢分泌一种蛋白质晶体,称为“内毒素”。这种内毒素是无毒的。昆虫吃了苏云金芽孢杆菌的芽孢后,内毒素晶体在昆虫的肠道中溶解,并经过昆虫肠道中的蛋白酶加工,被激活变成了有毒性的蛋白毒素,与肠道细胞表面上的受体结合,造成昆虫肠道穿孔。昆虫因此不再进食,1-3天后就饿死了。很早以前,这种生物毒素就被做为生物农药使用,向作物喷洒。所谓“有机作物”、“绿色作物”并不是不洒农药,而是洒Bt内毒素这样的生物农药。但是这种生物农药要比化学农药贵很多。1981年,编码Bt内毒素的基因被克隆出来了。将该基因转入到作物细胞中,这样培养出来的转基因作物也能分泌内毒素,害虫吃了转基因作物的叶子后,也吃进了内毒素,将会被毒死。因此,栽培抗虫害转基因作物,可以不用或者少用农药。

  那么Bt内毒素对人、畜有没有毒呢?人、畜的肠道细胞表面不含有Bt毒素蛋白的受体,因此不会中毒。被人和牲畜吃下去的内毒素,会像其他蛋白质一样被消化、分解掉。实际上,Bt内毒素也不是对所有的昆虫都有毒的,只对鳞翅目(蛾、蝴蝶)昆虫有毒,对其他的害虫抗不了(有的Bt菌株也能产生对双翅目(苍蝇、蚊子)、鞘翅目(甲虫)有毒的Bt内毒素)。但是鳞翅目害虫是某些农作物最主要的害虫,例如棉花害虫棉铃虫,玉米害虫玉米螟,水稻害虫二化螟、三化螟、稻纵卷叶螟,把这些主要害虫控制住了,就能少洒很多农药。根据对中国种植转基因抗虫水稻试验田的研究,中国转基因抗虫水稻与非转基因水稻相比,农药施用量减少80%(文献1)。根据美国科学院在2010年发布的报告《遗传工程作物对美国农业可持续性的影响》(The Impact of Genetically Engineered Crops on Farm Sustainability in the United States),在玉米和棉花中使用Bt毒素控制害虫是成功的,随着抗虫作物的采用,杀虫剂的使用已下降。自推广转基因作物以来,减少农药使用达4亿7400万千克(文献2)。

  和对化学农药一样,在自然选择的作用下,害虫会逐渐对Bt内毒素产生抗性,出现所谓“超级害虫”,导致抗虫转基因作物失灵。为了尽量避免出现这种情况,美国环境保护署规定,在种植抗虫害转基因作物的田地周围,必须保留一块专门种植普通作物,让害虫有个避难所,这样,那些能够抵抗毒性蛋白的突变将会被稀释掉,超级害虫也就不会进化出来。一直到2009年,在大规模种植抗虫转基因作物十多年后,才首次出现了能抗Bt内毒素的害虫。不过这并不是多么恐怖的事情,因为Bt基因有很多类型,一旦发现害虫对某种类型的Bt转基因作物产生了抗性,就可以改种其他类型的Bt转基因作物。所谓“超级害虫”只是对某种类型的Bt有抗性,并不是百毒不侵的。现在也有同时转入两种类型的Bt基因的转基因作物,如果害虫对其中一种类型产生抗性,仍然会被另一种类型毒死,这让害虫对转基因作物出现抗性的概率大为降低。

  我们再来看第二个问题,转基因作物能不能增产?那个“农业专家”认为转基因作物能增产是骗人的,因为没有“增产基因”。实际上“增产基因”是有的。我们已经知道,有些基因与作物的高产有关,其中主要是一些能提高光合作用效率的基因。目前国际上有一个碳四水稻研发项目,集中了十几家研究机构的力量,用转基因技术,要把水稻从固碳效率低的碳三植物变成固碳效率高的碳四植物。一旦研发成功,将能让水稻增产50%,提高水分利用率1倍,并降低对肥料的需求。目前碳四水稻还处于初步研发阶段,那么是不是意味着现有的转基因作物都不能增产呢?不是。还有别的基因可以用来增产。例如阿根廷研究人员从向日葵提取了一个抗旱基因HB4,转入玉米、小麦、大豆中,让这些品种获得更强的抗干旱和抗盐碱能力,经过三年的田间试验,发现单产因此能增加15%~100%(文献3)。

  目前种植最多的抗虫害转基因作物和抗除草剂转基因作物,并不直接增产,但是由于比同类非转基因产物能更好地控制虫害和杂草,所以能间接增产。对此有很多研究报道:

  美国《科学》杂志报道,中国转基因抗虫水稻比非转基因水稻产量高出6%,农药施用量减少80%,同时还降低了其对农民健康的不良影响(文献1)。

  《美国科学院院刊》报道,据德国研究人员对印度2002-2008年间种植转基因棉花的研究,抗虫转基因让棉花亩产增加了24%,让农民种棉花的利润增加了50%(文献4)。

  《遗传改造作物与食品》杂志报道,美国抗玉米螟转基因玉米增产7%,抗玉米根虫转基因玉米增产7%,抗虫转基因棉花增产9.8%。中国抗虫棉增产10%。南非抗虫玉米增产11.8%,抗虫棉增产24.0%。墨西哥抗虫棉增产10%。菲律宾抗虫玉米增产18.6%,抗除草剂玉米增产5~15%。西班牙抗虫玉米增产9.9%。阿根廷抗虫玉米增产6.4%,抗虫棉增产30.0%,抗除草剂玉米增产超过10%。巴西抗虫玉米增产12%,抗除草剂玉米增产1~4%(文献5)。

  最后我们再来看看崔永元在其政协提案中提及的美国农业部报告。美国农业部在2014年2月发布的报告《美国遗传工程作物》(Genetically Engineered Crops in the United States)归纳总结了40项关于转基因作物的产量、杀虫剂使用和净收益的研究结果,其中23项增产,1项小增产,11项产量不变,1项小减产,4项无相关数据(文献6)。可见大部分的研究结果都认为种植转基因作物能够增产,该报告的结论也认为:“采用Bt作物通过减轻虫害损失增加了产量。不过,关于抗除草剂作物对产量的影响的观察证据有好有坏。一般来说,复合种子(具有超过一种遗传工程性状的种子)会比常规种子或只有一种遗传工程性状的种子的产量更高。”这竟被崔委员解读为“转基因作物没有提高产量甚至还有可能下降”并写进了政协提案,难道美国农业部向崔委员提供了一份秘密报告?

  何况增产只是种植转基因作物的目的之一,其他目的,例如减少人工,降低生产成本,保护环境,改善食品品质,增加营养素,不也同样重要甚至更加重要?如果转基因作物像“农业专家”说的那样一无是处,怎么可能大规模推广开去?自从1996年大规模种植转基因作物以来,转基因作物种植面积逐年上升。目前美国种植的转基因玉米、大豆、棉花、甜菜的种植面积都已达到90%以上。美国农民又不傻。

  2014.3.10

文献:

  1.http://www.sciencemag.org/content/308/5722/688.abstract
  2.http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=12804
  3.http://gain.fas.usda.gov/Recent%20GAIN%20Publications/Agricultural%2
  0Biotechnology%20Annual_Buenos%20Aires_Argentina_7-22-2013.pdf
  4.http://www.pnas.org/content/109/29/11652.long
  5.https://www.landesbioscience.com/journals/gmcrops/article/24176/
  6.http://ers.usda.gov/ersDownloadHandler.ashx?file=/media/1282246/err162.pdf

(XYS20140310)

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