轉基因技術，給世界多一種選擇
2023年12月12日 農(nóng)民日報·中國農(nóng)網(wǎng)記者
在河南省安陽市，轉基因抗蟲棉花性狀穩(wěn)定，長勢喜人?！≠Y料圖
在生物育種產(chǎn)業(yè)化試點地區(qū)云南省，農(nóng)戶種植的玉米雄穗果穗完整且產(chǎn)量可觀，農(nóng)戶十分滿意?！∞r(nóng)民日報·中國農(nóng)網(wǎng)記者 攝
基因技術日新月異，為現(xiàn)代社會的發(fā)展帶來了新的科技變革。轉基因技術作為現(xiàn)代生物技術的核心，已廣泛應用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、工業(yè)等各個領域，社會效益和經(jīng)濟效益日漸凸顯。
“物競天擇，適者生存”，這是一條亙古不變的自然法則。在適應進化和生存競爭中，形形色色的物種命運取決于神龍見首不見尾的“基因”。“種瓜得瓜，種豆得豆”，是基因決定性狀的通俗說法。“龍生龍，鳳生鳳”，這是遺傳；“一母生九子，九子各不同”，這是突變?；?，存在于地球的每一個生物身上，是決定一切生命遺傳的基本功能單位。
基因技術日新月異，為現(xiàn)代社會的發(fā)展帶來了新的科技變革。隨著科學家對基因研究的持續(xù)深入，新的理論機制不斷明晰、新的成果產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，人類對生命奧秘的認知在基因層面更多樣、更深入。現(xiàn)在，以轉基因技術為核心的現(xiàn)代生物技術被廣泛應用于醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領域，社會效益和經(jīng)濟效益日漸凸顯。本期，記者將與您一起打開全球基因世界的大門，探尋轉基因技術的“前世今生”。
轉基因技術是怎么來的？
自從進入農(nóng)業(yè)社會以來，面對不斷增長的人口，糧食產(chǎn)量不足一直是制約人類發(fā)展的瓶頸。20世紀下半葉，科技進步讓勞動生產(chǎn)率有了質的提高，人類生活資料的生產(chǎn)以前所未有的速度增長，人與人、國家與國家、民族與民族之間因生存資料匱乏引發(fā)的戰(zhàn)爭沖突越來越少。與此同時，新的問題層出不窮，又給人類提出新的考驗，糧食危機、水資源枯竭、生態(tài)環(huán)境破壞、能源危機等猶如籠罩地球的陰影，徘徊不去。一直以來，一項新技術是否被采用的根本因素從來不是科學家的科研熱情，而是社會的需求，如今，生物產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展從社會需求端證實，轉基因技術成為逆轉生態(tài)環(huán)境不斷惡化趨勢的良策。
要理解轉基因技術的科學內(nèi)涵，首先要了解一下什么是基因?；驗橛⒄Z“gene”的音譯，是DNA（脫氧核糖核酸）分子中含有特定遺傳信息的一段核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應的DNA片段，是控制生物性狀的基本遺傳單位，是生命的密碼，記錄和傳遞著遺傳信息。轉基因（Transgenic）技術就是將高產(chǎn)、抗逆、抗病蟲、提高營養(yǎng)品質等已知功能性狀的基因，通過DNA重組方法轉入到受體生物體中，使受體生物在原有遺傳特性基礎上增加新的功能特性，獲得新品種，生產(chǎn)新產(chǎn)品。人們熟知的遺傳工程或基因工程等，均為轉基因技術的同義詞。國際上，轉基因生物被稱為“遺傳修飾生物”。
人們可能要問：為什么不同來源的基因能跨物種轉移，甚至低等生物基因向高等生物轉移或反向轉移，卻都能獲得穩(wěn)定遺傳和表達？
大量科學證據(jù)表明，地球上的所有生物都起源于同一個祖先，其遺傳物質都是DNA，在遺傳上具有實質等同性。因此，地球上不同物種間能實現(xiàn)基因轉移并穩(wěn)定遺傳，通過35億年的遺傳演化，逐步形成今天千姿百態(tài)、生機勃勃的生命系統(tǒng)。在漫長的自然進化過程中，任何一個新物種的產(chǎn)生都是物種與物種之間發(fā)生基因轉移（學名“雜交”）重組或者物種發(fā)生基因變異的結果。
在人類對農(nóng)業(yè)生物馴化和改良過程中，基因起著決定性的作用，基因的變化決定了農(nóng)藝性狀的變化?？梢哉f，數(shù)千年的農(nóng)業(yè)歷史，就是人類篩選基因、改造自然的歷史。也可以說，千百年來的傳統(tǒng)育種方法與20世紀興起的轉基因技術在本質上一脈相承，都是在原有品種基礎上對生物進行的遺傳改造。
轉基因技術給人類生活帶來了什么？
轉基因技術的出現(xiàn)得益于20世紀生命科學和生物技術的巨大進步。1953年發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結構、1967年發(fā)現(xiàn)DNA連接酶、1970年發(fā)現(xiàn)Ⅱ型限制性核酸內(nèi)切酶、1971年完成Ⅱ型限制性內(nèi)切酶對DNA分子切割、1972年實現(xiàn)DNA體外重組，為轉基因技術的育種應用奠定了理論和方法學基礎。
轉基因應用的第一波產(chǎn)業(yè)化浪潮，興起于20世紀80年代的醫(yī)學領域。在醫(yī)藥領域，以治療糖尿病的胰島素為例，在轉基因技術應用之前，胰島素的制備需從豬、牛等活體動物胰臟中提取。每位患者一個月的用藥量需4頭牛提供，成本極其高昂，而且還會出現(xiàn)人對動物胰島素排異反應的風險。1982年，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準利用重組大腸桿菌生產(chǎn)的人胰島素上市，是世界首例商業(yè)化應用的轉基因藥品。同樣，與人胰島素一樣運用轉基因技術的還有乙肝疫苗，科學家通過提取乙肝病毒攜帶者體液中的乙型肝炎表面抗原，利用基因重組技術表達病毒顆粒，將乙肝病毒抗原基因轉移到其他生物細胞中，獲得了多種乙肝疫苗的生產(chǎn)技術。根據(jù)2015年衛(wèi)生統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，我國兒童在接種乙肝疫苗后，病毒性肝炎發(fā)病率降至1%以下，有超過2億的兒童得到了乙肝疫苗的保護。
在環(huán)保能源領域，隨著科技的進步，科學家將基因連成網(wǎng)絡，讓細胞來完成設計人員設想的各種任務，這一個個創(chuàng)新的過程“險象環(huán)生”，卻創(chuàng)意無窮。為緩解照明帶來的能源消耗，人類開始探尋天然的、無須耗用資源的光源。1983年，科學家選用煙草做實驗，成功提取了螢火蟲細胞內(nèi)的發(fā)光基因，用一把神奇的“剪刀”——內(nèi)切酶，將螢火蟲的發(fā)光基因“剪”下來，再使用靈巧的“針線”——連接酶，將剪切獲得的發(fā)光基因“縫合”到作為“載體”的細菌中，讓培養(yǎng)后的細菌感染煙草植株，通過這樣的方式讓發(fā)光基因隨著煙草的生長進行表述，成長為一株株人造發(fā)光植物。2017年，這項發(fā)光植物的試驗被美國麻省理工學院重啟，科學家將不同類型的納米顆粒植入植物中，從而賦予植物新的特性。
在新材料或食品領域，以一杯啤酒為例，科學家利用基因工程技術將相關基因轉移到釀酒酵母中，從而創(chuàng)造出高度絮凝的工程酵母，在基因工程這只“魔術之手”的神奇操作下，釀酒酵母的發(fā)酵性能魔幻般地顯著增加，這樣生產(chǎn)出來的“頂配啤酒”的各項性能均優(yōu)于普通啤酒。
在農(nóng)業(yè)領域，關于轉基因農(nóng)作物及其應用，有三句話特別傳神，一是“轉基因技術是人類科技史上應用發(fā)展最快的技術”；二是“目前批準上市的轉基因食品是人類有史以來研究最透徹、管理最嚴格的食品”；三是“轉基因技術及其產(chǎn)業(yè)化在激烈爭論中迅猛發(fā)展”，這真實反映了農(nóng)業(yè)轉基因技術及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀。例如，科學家利用基因工程技術研制的轉基因抗蟲作物，讓農(nóng)民從此不再擔心蟲害減產(chǎn)問題，從而保障人類糧食安全；科學家研制的耐除草劑轉基因作物，讓農(nóng)民告別“鋤禾日當午”的艱辛；科學家發(fā)明的高β-胡蘿卜素大米讓貧困地區(qū)擺脫“隱性饑餓”；科學家通過基因編輯創(chuàng)制的低鎘水稻，讓人們免受重金屬超標的困擾等。
農(nóng)業(yè)轉基因技術在全球發(fā)展怎樣？
自生命源起，優(yōu)良的種質資源似乎就是大自然對生命萬物的恩賜，“得之我幸、失之我命”。在億萬年的滄海桑田間，根據(jù)“適者生存、優(yōu)勝劣汰”這一古樸的造物鐵律，適應自然變遷的優(yōu)良種子，為這個世界帶來了枝繁葉茂和生生不息。
無論科技如何發(fā)展，民以糧安總是人類不變的追求。全世界人口在激增，吃飽甚至吃好的飲食需求在凸顯，糧食安全正在面臨新的挑戰(zhàn)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，草害、病蟲害、土壤污染等對農(nóng)作物生長造成嚴重威脅，全球每年因此遭受損失數(shù)千億美元。一直以來，人們依賴化學手段防治農(nóng)業(yè)病蟲害，使用大量的農(nóng)藥，不僅對土壤、空氣、水資源造成污染，還會誘發(fā)一些害蟲、雜草產(chǎn)生相應的抗性，人們被迫加大化學藥劑使用量，要打破這種惡性循環(huán)就要回到一切的源頭：用科技的手段。
當前，全球農(nóng)業(yè)轉基因生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，尤其是最近20年以來，無論是面積還是作物種類，都有比較明顯的增長。從種植面積上看，全球咨詢機構AgbioInvestor的報告顯示，2022年全球轉基因作物種植面積達2.022億公頃（30.33億畝），是1996年的118倍，約占全球總耕地面積的12%。從批準國家數(shù)量上看，批準種植轉基因作物的國家從1996年的6個迅速增加到29個，如果再加上批準轉基因產(chǎn)品進口，全球轉基因商業(yè)化應用的國家和地區(qū)已經(jīng)有71個。從產(chǎn)業(yè)化種類拓展上看，全球批準商業(yè)化種植的轉基因作物現(xiàn)在已經(jīng)有32種。全球73.7%的大豆、32.9%的玉米、80.4%的棉花、23.8%的油菜都是轉基因品種，主要是轉抗蟲和耐除草劑兩種基因的作物。
此外，還有一些其他新型轉基因產(chǎn)品不斷推出。如抗褐變蘋果在美國上市，能快速生長的三文魚在加拿大銷售。還有一些新產(chǎn)品如抗蟲茄子、防褐化馬鈴薯、低木質素苜蓿、抗蟲甘蔗等也在不斷推出。轉基因作物的種植有效控制了病蟲草害、穩(wěn)定作物產(chǎn)量、減少了化學農(nóng)藥的施用，有利于保護生態(tài)環(huán)境、減少勞動力投入、降低生產(chǎn)成本、提高農(nóng)產(chǎn)品質量，提升農(nóng)產(chǎn)品競爭力。轉基因農(nóng)產(chǎn)品以其成本和品質優(yōu)勢，深刻改變著世界主要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和貿(mào)易格局。
美國，作為全球第一大轉基因種植國，目前已批準了22項種類的轉基因植物或動物，除傳統(tǒng)的轉基因大豆、玉米、油菜和棉花外，還包括轉基因甘蔗、蘋果、菠蘿、土豆、番茄、三文魚以及用于生物防治的蚊子等，相關特性除了耐各類除草劑、抗蟲、抗病外，還包括改變營養(yǎng)成分、改變顏色、抗褐變、增產(chǎn)、抗旱等。此外，美國還批準了超過30項種類的基因編輯植物或動物，包括基因編輯大豆、水稻、油菜、土豆、西紅柿、肉牛、豬等，相關特性主要集中在耐各類除草劑、增產(chǎn)、耐旱、耐堿、抗褐變、抗病、改變營養(yǎng)成分等。
AgbioInvestor公司數(shù)據(jù)顯示，2022年，美國轉基因作物種植面積為7470萬公頃，占全球轉基因作物種植面積的36.9%。除苜蓿外，所有轉基因作物采用率均超過90%，其中，轉基因大豆和棉花的種植面積均占95%，轉基因玉米的種植面積占比為93%。美國是轉基因玉米種植面積最大的國家，達到3330萬公頃，約占全球轉基因玉米種植面積的50.4%。美國轉基因大豆的種植面積達到3360萬公頃，約占全球總面積的34%。美國復合性狀轉基因棉花品種的種植面積也在逐年增長，已從2000年的20%上升至86%。從性狀來看，復合性狀（抗蟲+耐除草劑）的轉基因玉米和轉基因棉花采用率分別為82%和86%，而所有轉基因大豆的性狀均為耐除草劑。近三年來，美國大豆在國內(nèi)消費量均在6100-6300萬噸之間，占大豆產(chǎn)量的54%左右，扣除非轉基因大豆的消費量，轉基因大豆的國內(nèi)消費量約在5800-6000萬噸，其中95%左右的轉基因大豆直接用于壓榨。按照大豆產(chǎn)品的用途，平均每年消費豆粕3400萬噸左右、食用豆油650萬噸、工業(yè)油脂400萬噸左右（用于生物柴油、生物熱能，以及無毒的油漆和清潔劑等工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)，2021年增加到480萬噸）。美國玉米基本在國內(nèi)消費，隨著出口量增加，國內(nèi)消費比例由2019年的88%下降至2021年的81%。并且，國內(nèi)玉米消費中，45%左右的玉米用于飼料，55%左右的玉米用于生產(chǎn)工業(yè)燃料、食用和種子（其中有78%左右用于生產(chǎn)工業(yè)燃料，22%左右用于食用和種子）。假設美國非轉基因玉米均在美國國內(nèi)消費，轉基因玉米的國內(nèi)消費量在2.8億噸左右。
目光轉向全球第二大轉基因種植國——巴西。目前，巴西已批準超過10項種類的轉基因植物或動物，包括大豆、玉米、棉花、甘蔗、小麥、三文魚以及用于生物防治的蚊子和秋粘蟲等，相關性狀除了耐各類除草劑、抗蟲、抗病外，還包括抑制產(chǎn)卵發(fā)育、加速生長等。在轉基因作物的產(chǎn)業(yè)化方面，巴西轉基因玉米和大豆的采用率分別為95%和99%，種植面積分別為1889萬公頃和3940萬公頃；轉基因棉花的采用率為99%，種植面積為138萬公頃；轉基因甘蔗的采用率僅為0.45%，種植面積為3.6萬公頃。
目前，歐盟已批準6類轉基因植物，包括轉基因大豆、玉米、油菜、棉花、甜菜和康乃馨，相關特性包括耐各類除草劑和抗蟲。歐盟也從未禁止轉基因作物種植和消費，歐盟每年進口大量轉基因農(nóng)產(chǎn)品，主要是大豆、玉米、棉花、油菜、甜菜及其加工品。2020年歐盟大豆消費量為1763萬噸，進口大豆1508萬噸，其中轉基因大豆1420萬噸（按美國、巴西、阿根廷和加拿大計算），約占總進口量的94%，占歐盟大豆總消費量的81%；進口玉米1586萬噸，其中轉基因玉米497萬噸（按美國、巴西、阿根廷和加拿大計算），約占進口總量的31%，占歐盟玉米消費量的6%。歐盟成員國根據(jù)自身需要選擇是否種植轉基因作物，值得一提的是，目前歐盟已種植了轉基因玉米“MON810”約7萬公頃，其中西班牙占97%、葡萄牙占3%，轉基因玉米的種植面積占所有玉米的0.77%。
如何確保轉基因生物安全性？
從20世紀中期開始，人類開始步入珍貴的和平年代。饑荒和戰(zhàn)爭減少，醫(yī)療技術不斷進步，使得全球人口總數(shù)不斷增加。人丁繁茂固然是人類大家庭的幸事，但前提是地球這個家園供得起、養(yǎng)得起。
轉基因技術的創(chuàng)立，是一場生物學的革命，開創(chuàng)了分子生物學的新時代。農(nóng)業(yè)轉基因技術本身是中性的，既可以造福于人類，也可能產(chǎn)生風險，關鍵在于如何使用。例如諾貝爾發(fā)明炸藥的初衷是為了方便開山采礦，但是炸藥也被廣泛用于戰(zhàn)爭；愛因斯坦提出質能方程，既推動了核能技術的發(fā)展，也推動了原子彈等核武器的出現(xiàn)。我們并不避諱談技術的風險，而且正是基于對風險客觀和清醒的認識，各國才普遍重視風險評估并遵循全球公認的評價指南，建立了全面系統(tǒng)的轉基因安全評價方法和程序及相關法規(guī)制度，來確保轉基因生物安全。
國際上農(nóng)業(yè)轉基因生物安全管理沒有統(tǒng)一的模式，有的制定了獨立的專門法律（歐盟、澳大利亞等），有的將其納入現(xiàn)有法規(guī)的框架（美國），在管理的具體細節(jié)上各國間也存在一定的差異。美國、加拿大、澳大利亞、日本等發(fā)達國家和歐盟的生物技術研究和轉基因生物安全管理起步早，已經(jīng)形成了一套較為完善的管理體系，規(guī)范了農(nóng)業(yè)轉基因生物研究、開發(fā)、生產(chǎn)、應用和進出口活動，促進了轉基因技術的發(fā)展。
歸納起來，國際農(nóng)業(yè)轉基因生物安全管理大體可以分為3種類型。其一，以產(chǎn)品為基礎的美國模式。對轉基因生物的管理依據(jù)產(chǎn)品的用途和特性來進行，在原有法規(guī)的基礎上增加基因工程的內(nèi)容，由分管部門負責制定相應的管理規(guī)章，認為轉基因生物與非轉基因生物在安全性方面沒有本質的區(qū)別，一般只要求轉基因產(chǎn)品達到與傳統(tǒng)產(chǎn)品一樣的安全標準，但是，對一些安全性還缺乏充分認識的轉基因生物及其產(chǎn)品（如質量性狀、多基因和復合性狀的轉基因作物，醫(yī)藥和工業(yè)用轉基因植物）就有十分嚴格的安全管理規(guī)定。其二，以過程為基礎的歐盟模式。對轉基因生物的管理基于研制過程來進行，著眼于研制過程中是否采用了轉基因技術，認為轉基因技術本身具有潛在的風險，所以，采取單獨立法的形式建立轉基因生物安全管理法規(guī)體系、執(zhí)法體系和技術體系。其三，中間模式。其中，加拿大比較接近美國模式，澳大利亞接近歐盟模式，但都有自己的特點，它們甚至聲稱是世界上最好的管理體制。其突出的特點是：在加拿大，農(nóng)業(yè)轉基因生物由農(nóng)業(yè)部牽頭統(tǒng)一管理，而在澳大利亞，國家頒布基因法，基因產(chǎn)品由新建立的基因技術行政長官及其辦公室全權負責管理。
20世紀80年代以來，人類食用與轉基因有關的食品的歷史已達40余年。長期的試驗和實踐結果證明，經(jīng)過嚴格的安全性評價審批程序進入市場的轉基因食品與傳統(tǒng)食品具有實質等同性，不會對人類健康造成額外的風險。同時，為保護消費者的知情權和選擇權，到目前為止，已有40多個國家和地區(qū)制定了相關的法律和法規(guī)，對轉基因生物及其產(chǎn)品（包括食品和飼料）進行標識管理。
目前，全球對轉基因產(chǎn)品進行標識管理的國家和地區(qū)有澳大利亞、新西蘭、巴西、中國（包括中國香港和中國臺灣）、加拿大、日本、俄羅斯、韓國、瑞士、美國、捷克、以色列、沙特阿拉伯、馬來西亞、泰國、阿根廷、南非、印度尼西亞和墨西哥等。標識制度主要分為自愿標識和強制性標識兩種主要類型。采用自愿標識的國家和地區(qū)主要有加拿大、阿根廷以及中國香港，其他國家和地區(qū)大多是強制性標識。
在實施強制性標識政策的國家和地區(qū)，大都設定了標識閾值，即允許在食品（飼料）中存在少量的、無法通過技術手段加以消除的意外混雜的轉基因成分，不需要進行標識，但前提是這種轉基因成分在本國或本地區(qū)通過安全評價并獲準上市。例如，在美國，2016年美國國會制定了《國家生物工程食品信息披露標準》法案，主要內(nèi)容如下：一是明確強制標識不影響轉基因食品與傳統(tǒng)非轉基因食品同等安全性的結論；二是明確僅對最終產(chǎn)品中含有轉基因成分的需要標識；三是允許生產(chǎn)商采用文字、圖標或者電子掃描碼對轉基因信息進行披露。2018年12月，美國農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《國家生物工程食品信息披露標準》的指導細則，2020年1月1日正式實施，2022年1月1日強制性執(zhí)行，其中規(guī)定轉基因食品的標識閾值為5%，標識清單包括苜蓿、蘋果、油菜、玉米、棉花、茄子、木瓜、菠蘿、土豆、鮭魚、大豆、南瓜和甜菜。只要終端產(chǎn)品檢測不到轉基因成分，這些食品就被排除在標識范圍之外，如以轉基因大豆為原料生產(chǎn)的食用油，或使用轉基因飼料飼養(yǎng)的動物不得使用轉基因標識。餐館或類似零售食品店提供的食物，以及年收入低于250萬美元的食品制造商生產(chǎn)的產(chǎn)品也可不必標識。
此外，一些國家的標識政策中還有對某些特殊產(chǎn)品實施標識豁免的規(guī)定。如澳大利亞、新西蘭的標識政策規(guī)定，如不含新的DNA或蛋白質的食品成分（油、糖、淀粉等）、食品添加劑或加工輔助物質（終產(chǎn)品中不含外源DNA或蛋白質）、調味品（終產(chǎn)品中轉基因成分含量不超過0.1%）以及在加工點銷售（如餐館等）的食品可不進行標識。
