新华社说转基因不增产?且慢,看美国报告原文怎么说

  来源:基因农业网

  基因农业网编者按:转基因能不能增产?这也是国内舆论长久关注、对转基因技术持不同观点者一直争论的话题。这次美国国家研究委员会的转基因报告发布后,新华社以《美报告说转基因作物可安全食用但无助提高增产率》为标题进行了报道,该标题迅速获得了转基因不增产论者的叫好。美国报告究竟在此问题上是怎么阐述的,我们来看看原文(第62页到第66页)。

  产量有潜在产量(理论最大产量)和实际产量之分。迄今为止,玉米、大豆等主要规模作物均以抗虫、抗除草剂性状为主,这也就意味着,这些转基因技术均是为了对抗虫害和杂草等减产因素而来。那么,这些虽未让理论最大产量增加,但减少了减产量,当然也就意味着实际增产。

  增产不增产谁说了算?农民的答案自然是能增产。农民倾向于选择能抗虫抗除草剂的作物,既可以少打农药,也可以减少除草的劳动量,他们因此抛弃了常规种子。

  另一方面,基因工程育种研发已经在光合作用等领域开始努力,此类研究则是直接致力于挖掘潜在产量。

  基因农业网编译(Panda翻译,GLHF校对):美国国家研究委员会听取了一些发言人和公众关于转基因技术并未实质性提高作物产量的意见;另一些评论和发言人则支持转基因促成了作物产量增加、产量稳定,或两者兼而有之。在审视 现有证据中对作物产量影响之前,有必要先来理解一下影响作物产量的几大因素。

  潜在产量与实际产量

  美国国家研究委员会2010年的报告以及其它的一些研究报告中已经讨论过潜在产量与实际产量之间的区别。

  潜在产量是特定作物基因型在特定二氧化碳浓度、温度和相应的光合作用条件下理论上的最大产量,不受任何外界条件限制,如水、营养物质的供应以及病虫害的影响等(图1)。

  
  确定作物产量的因素。数据来源:基于van Ittersum et al. (2013)

  实际上自然条件下可用的营养元素和水的限制会导致实际产量与潜在产量之间产生差距。实际产量或因如下因素而进一步下降,这些影响因素大致可分为三大类:

  1, 虫害和病害:对作物产生生理伤害;
  2, 杂草:通过竞争水、光照和营养,妨碍作物生长;
  3, 毒性:因水涝、土壤酸化或土壤污染造成对作物的毒害作用。

  通过作物的遗传改良,有可能减少实际产量与潜在产量之间的差距,或者直接增加总体潜在产量。

  这类变化可通过三种途径达成:

  第一,可增加潜在产量,比如改良植物冠层结构以增加光能的接收和转化;
  第二,可通过增强植物对水和营养物质的吸收利用率来缓解可用水和营养物质的限制;
  第三,减产因素可通过植物保护措施来得到缓解,包括杂草、虫害、病害等 不利因素。

  总的来说,所有三种改良方向均可通过常规育种、转基因或是两种方法组合来实现。比如,上世纪60年代和70年代的常规育种方法培育出了半矮杆小麦和水稻,与这之前的品种相比,其潜在产量提高了一大截。人工选择和突变这两种常规育种技术被用于培育抗咪唑啉酮类除草剂的玉米、油菜、水稻、小麦和向日葵,因此,通过喷施除草剂可减少杂草对水、光照和营养物质的争夺。

  截至2015年,大多数转基因作物都含有减少杂草与作物的竞争、防止虫害侵扰或两者兼备的性状。还有几例抗病毒和抗逆产品商业化,但这类作物对产量的影响资料很少。

  2010年,美国国家研究委员会报告了转基因作物的影响(主要是美国的数据),结论是“用于控制有害因素的转基因性状通过减少或加速减少作物损失,从而对产量起到间接影响的作用”。也就是说,转基因方法得到的抗除草剂、抗虫和抗病毒性状并不直接增加某种作物的整体潜在产量,但却具有缩小实际产量与潜在产量之间差距的能力。

  2010年的这份报告发现,抗除草剂(HR)作物的产量并没有因为抗除草剂性状而增加,而抗虫(IR)作物在那些靶标害虫为害严重的地区产量有所增加,那里的害虫对Bt抗虫蛋白比较敏感。报告还总结说,转基因作物的影响随时间变化。

  已经有几种针对水和营养物质这类产量限制性因素而特别设计的作物商业化。委员会在撰写本报告期间,一种抗旱玉米已经上市。Chang等人(2014)对8个抗 旱转基因玉米品种进行了评估,测定它们在2009年和2010年南达科他州的缺水环境下是否能够增加最终的籽粒产量。他们发现,这种性状并没有对产量组成因素、生物量从地上部分向地下部分的转移、或籽粒的产量产生显著影响。本报告第八章第继续讨论抗旱玉米问题。

  委员会只找到了一例产量增加的研究,即通过转基因方法增加了作物的潜在产量。这项2015年的研究是关于单个基因改良的方法,报告称桉树因表达来自于拟南芥中的葡聚糖内切酶基因而引起生物量增加20%。桉树主要是为诸如纸类等产品提供纤维素来源,转基因桉树中葡聚糖内切酶基因的表达使得其细胞壁上沉积更多纤维素。巴西在2015年批准了这种转基因桉树可用于种植。

  转基因性状与常规育种性状对产量的影响的比较

  委员会听取了来自公众和来自研究者的一些顾虑,这些意见认为,转基因作物商业化发展到2015年以来,对产量的贡献还不如常规育种技术曾经带来的产量提升幅度大。其实大多数情况下,很难简单地将常规育种与转基因性状对过去20多年中作物产量的影响效果分开,因为商业化品种中转基因和常规育种常常组合在一起使用。

  相比于将无转基因性状的常规育种,如果是将那些含转基因性状的品种作为常规育种的起点,那么转基因品种产量的提高可能很大部分应归功于常规育种的努力。

  委员会审核了美国几大主要转基因作物的农场产量数据,以确定是否存在明显的转基因时代特征,这些农场自上世纪90年代起开始种植转基因作物。

  在图2中,Duke等人(2015)展示了1980年-2011年间美国大豆、玉米和棉花的产量变化,并对这些数据进行了最佳拟合回归,数据来源于美国农业部(USDA) 的国家农业统计局(NASS)。

  
  图4-2: 1980年-2011年美国玉米、棉花和大豆产量,数据来源:Duke(2015)注:虚线表示这些作物的转基因品种首次被引入美国的时间。

  
  图4-3: 美国玉米产量的历史数据和未来预测。数据来源:Leibman et al. (2014)  注:蓝色实线为Duvick(2005)中提出的历史玉米籽粒年产量增长趋势,速度约为0.10吨/公顷/每年,紫色线为1996年采用转基因玉米后更大的年均增长趋势(0.13吨/公顷/每年)。蓝色点线为以历史平均年增长率(0.10吨/公顷/每年)进行预测的趋势,红色、橙色和浅绿色线分别代表产量以0.06-0.31吨/公顷/每年的速率增长进行预测的趋势。

  所有三大主要作物的产量自1980年起均有显著增加。如果自转基因作物商业化(图中以虚线表示)后产量增加的斜率有变化,可视其为旁证,但不能直接证明转基因引起更快速的产量增加。然而,含有抗虫和抗除草剂性状的棉花和玉米 的斜率并没有明显改变,只含有抗除草剂性状的大豆的斜率也没有明显改变。

  有人会认为这种方法太简单,并假设说,如果没有引入转基因性状,产量的 增加速率有可能会降低。这种理论的依据包括近几年来常规育种方面投入的减少,常规作物育种家可用的遗传变异材料也变得越来越少,同时全球气候变化也带来了一些不利影响。但委员会未发现这些变化趋势。

  对于Duke等人(2015)所使用的同一套数据,Leibman等人(2014)则认为,玉米产量增长的斜率自转基因技术引入后已经表现出增加的趋势(图3),虽然这种斜率变化的数值本身并没有统计学显著性。

  Leibman等人好奇在未来要有多快速的产量增长变化才会影响玉米的产量。如果这种变化显著,重要的是确定这种变化究竟是由什么因素引起的:农艺实践、转基因性状、在常规育种方面的更多投入,还是转基因技术的出现?或者,是多种因素的组合效应?无论原因是什么,玉米产量确实自转基因性状商业化以后有所增加,而这么多年以来产量的相对增长率则没有明显变大的迹象。

  发现:美国全国范围内的玉米、棉花或大豆数据均未显示出转基因技术对产量增长速率具有显著影响。这并不表示这类增长在未来就不会显现出来,也不是说现在的转基因性状对农民就没有好处。

  建议:为评估现在和未来转基因性状自身是否能有助于整体农业产出的增长,以及在多大程度上增长,必须将环境的多样性和对产量有影响的遗传因素剔除出去后再进行研究。

  抗病毒作物对产量的影响

  仅有少数一些作物含有转基因抗病毒(VR)性状,它们的种植面积并不大,对它们进行的研究也不多。不过,抗病毒番木瓜和抗病毒甜瓜已经被批准商业化种植,委员会审查了现有的科学文献以评估VR性状对作物产量的影响。理论上说,如果这种抗性性状成功,它应该能在作物接触相关病毒时对产量起到保护作用。

  番木瓜环斑病毒于1992年开始出现在夏威夷主要的木瓜种植区。1992年,该地区的番木瓜产量为33065公斤/公顷(HASS,1993);1998年为21072公斤/公顷 (HASS,2000)。Ferreira等人(2002)报告说,1995年田间试验中,抗病毒番 木瓜的果实产量比1988-1992年之间(即在番木瓜环斑病毒影响夏威夷木瓜产量之前)的该地区的平均产量高出3倍。抗病毒木瓜于1998年引入种植,到2009年 已经占夏威夷地区木瓜种植面积的75%(USDA-NASS,2009)。

  委员会未能找到对抗病毒甜瓜的研究报道。最近的来源是Fuchs and Gonsalves(2008)中的相关信息,该报告称,抗病毒甜瓜占美国甜瓜产量的12%, 主要种植物新泽西、佛罗里达、佐治亚、南卡罗莱纳和田纳西等州。

(XYS20160520)

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