舌尖上的基因工程：潘多拉魔盒还是人类救星？

　　作为“自然进化的加速器”，转基因育种可能是解决粮食危机的最终武器。

　　来源：Instagram

　　作者 | 刘强（日）名古屋大学

　　2020年的春天已经到来，原本万物复苏的时节，所有人的生活都被突如其来的新冠疫情打乱。在漫长的窝家时光里，许多人久违地投入到柴米油盐的烟火气中，开始关心起粮食和蔬菜。

　　“民以食为天”，在当下尤显意义重大。随着疫情在世界范围内爆发，各国纷纷颁布粮食出口禁令：

　　哈萨克斯坦宣布禁止出口小麦面粉、红萝卜、糖和马铃薯，越南暂签新的大米出口合约，塞尔维亚禁止出口葵花籽油等商品，俄罗斯也表示将每周评估疫情情况再决定是否实施出口禁令。

　　令人不由得担心今年全球粮食的供应市场会不会也有一场大风暴。

　　另一方面，在各行各业已陆续返工复工的大背景下，农业生产却面临着极严峻考验：

　　首先是疫情导致的农业生产人员和各种农业物资短缺，然后是不久前爆出的非洲沙漠蝗、北美草地贪夜蛾等外来入侵农害，再加上过度种植导致的土壤地力减退，以及气象预测今年可能有的大涝大旱等极端天气，等等。

　　面对一系列困难，如何有效守护好国民口粮，是摆在我们面前的一道必答题。

　　自然之问：粮食多少才够吃？

　　大自然抛给人类的第一问，今年粮食够不够吃？

　　农业生产本质上是对自然界的光能转化后的物质定向流动，换句话，作物的天职就是好好晒太阳，吸收空气中的二氧化碳和水，不断合成碳水化合物，然后沿着食物链逐级传递，成就我们的一日三餐。

　　如果把种种自然追加的难度放一边，只以往年的数据来对地球供给能力做个简单计算：

　　地球生物圈每年光合作用固定到植物中的能量为2.8×1021J，人类对总光合作用量的利用率为1%，一个人平均每天消耗食物能量约9.2×106J，一年有365天。因此

　　地球所能够供养的人口数

　　＝2.8×1021×1%／（9.2×106×365）

　　＝80亿。

　　五花八门的粮食品种；来源：FAO

　　记住这个数字，供养“80亿”人口是地球生态的理论上限，而目前地球人口已超过70亿，人口基数已经触及自然承载的天花板。

　　而每年光合作用固定的植物有很大一部分是非作物类，过度种植导致土地日益贫瘠，病虫害和极端气候造成局部减产，粮食流通和消费环节存在大量损失和浪费。结果就是，在人类文明高度发达的现代社会，一些边缘角落里，依旧有几亿人长期处于饥饿状态。

　　据联合国国际粮农组织（FAO）2018年预计数据，不考虑气候变化对粮食产量的影响，要喂饱不断增加的人口，2050 年的粮食生产量必须提高 50% 以上。

　　这个数据投射到今年的农业测算，再加上非洲沙漠蝗 、北美草地贪夜蛾等外来虫害威胁，以及可能的大涝大旱等极端天气，可以很肯定的说，今年的粮食生产压力空前。

　　育种，掣肘农业的“芯片”

　　令人庆幸的是，现代农业生产早已不是“种豆南山下”的古代小农耕作，而是社会工业大生产的一环。随着农业技术不断升级，我们已掌握大量保障作物丰收的法器。

　　但是，在过去半个多世纪里，化肥农药的过度使用也破坏了土壤的微生态系统，单纯加大施用剂量已无法再增加作物的产量。不断爆发的农害也在提醒我们，自然是有极限的，我们不可能无限索取。

　　于是，培育高产/抗虫作物新品种，成为当前的必然选择。

　　但目前有一些遗憾的是，和其他诸多工业类似，这一农业生产的关键点我国还在处处受制于人。

　　以大豆为例。我们曾是全球重要的大豆产区，东北黑土地滋养着大片豆田，为世界提供大量植物蛋白和畜牧养殖原料。可惜短短不到一代人的时间，我国大豆种植就全面沦陷。

　　自1995年起，我国开始进口大豆，一瞬间由大豆出口国变成进口国。短短5年后，年进口量超1000万吨。到2016年，我国本土大豆出产量仅1200万吨，进口量却高达8323万吨，对外依存度超过85%。国际大豆市场基本形成“美洲种大豆，中国买大豆，美国定价格”的被动挨打格局。

　　美国大豆为什么会对中国大豆形成如此的压倒性优势？问题就出自种子。

　　美国大豆经过转基因处理，产量大，出油率高（比我国东北黄金豆出油率要高六分之一左右），经济价值高，是大规模工业生产的理想原料。再加上得天独厚的光热条件和广袤地理资源，使其牢牢把住大豆市场的调节阀。而大豆的下游几乎和所有蛋禽鱼肉类产品都息息相关，是关系国家菜篮子的重要生产原料，于民生干系甚大。

　　事实上，自改革开放伊始，一直到2000年实施《中华人民共和国种子法》，我国国内种子市场几乎完全对世界开放。一些野心勃勃的外资种子企业，包括杜邦、孟山都、先正达等，纷纷在中国落子布局，设立办事机构、建立研发中心、布置品种试验、参股本土优势种子企业、成立合资公司等。

　　截至2019年，在我国完成注册的外资种企超过70家，牢牢把持了我国高端蔬菜种子一半以上的市场份额。

　　“种子按粒买，粮食按吨卖”的残酷现实，不仅仅是一线农民的辛酸体会，也折射出中国农产业的巨大短板。这些“洋种子”垄断了国内种子的定价权、供货权，可以随时给种植业制造涨价、无货、减产等事端，已直接威胁到中国农业生产安全，就和电子业的“芯片”一样，屡屡掣肘中国在国际场合的外交交锋。

　　复杂而精密的现代农业；来源：FAO

　　基因工程，魔盒还是救星？

　　我们不禁要问，中国作为农业大国，为什么育种还需假人之手呢？

　　答案很简单，如上所说，现代农业生产早已不是今年收获，自己留种明年播，剩余再拿去消费的小农经济时代。在现代化生产中，种子的好坏直接决定了产量，决定了作物对虫害、极端天气等负面环境的适应性。而培育具有优良抗灾害特质的现代植种，必须站在遗传物质（基因）的层面去对种子做微调。

　　一款优质作物种子的开发和投放市场，需要扎实的基础研究作指引，精密的生物操作平台负责实施，有效的社会大工业积极配套，还要被一个理性而开放的现代社会接纳。

　　对于“转基因”作物的利弊，国际上来来回回讨论了很多回合，直到今天也貌似看不出个胜负（当然只是表面上的）。而中国的农业育种就在这个过程中拖宕下来。

　　但基因工程育种，就真的不可取吗？

　　归根结底，“物竞天择”也是一种定向的种群培育，皆是基于对变异的选择。而基因突变在自然界本就是时间激发的必然事件，正因如此，人类才从草地里分出了五谷，育出了蔬菜。

　　过去半个世纪，人类对遗传物质的理解有了质的飞跃，大家渐渐认识到，这个过程是可以更深度干预的。无论是自然变异还是人工诱导的变异，本质上并无不同。

　　只是自然突变发生频率相对较低，且具有随机性，难以满足育种需求；采用杂交、自交等常规育种技术，则存在周期长、效率低、遗传资源狭窄等问题；因此，以转基因和基因编辑技术为代表的现代分子育种技术，逐渐成为选育新品种的重要途径。

　　更具体来说，目前最为简单高效的CRISPR/Cas9基因编辑技术（Cas9是一种可用于切割DNA的酶），已经可以在不引入外源基因的情况下对基因组进行定点编辑。这使得我们可以精确赋予农作物抗旱、抗虫、抗病等各种特性，应对一系列自然问题。之前美国就是应用转基因玉米种植化解了草地贪夜蛾虫害。

　　来自印度的传统育种的玻璃宝石玉米，亦是突变产物，和转基因育种并无本质不同；来源：网络

　　回望全球，自 1996 年首次商业化以来，全球转基因作物种植面积持续增长。据国际农业生物技术应用服务组织（ ISAAA ）统计，2018 年全球转基因作物种植面积达 1.917 亿公顷（约1/5个美国面积），共计 26 个国家种植了转基因作物，44 个国家进口转基因农产品用于粮食、饲料和加工。

　　转基因技术大大提高了作物育种效率，同时降低了农药、肥料等生产资料的投入，生态、经济效益十分显著，已是全球粮食安全的重要保障之一。

　　贸易悖论：越“反转”，进口转基因产品越多

　　对于中国转基因作物现状，农业农村部部长韩长赋在一次采访中，道出了一个和大众常识相悖的事实：中国社会反转基因的高昂情绪，反而导致我们进口了更多转基因农产品。

　　的确，如果国内粮食供应不上，就必然要从国外进口，而转基因已成农业生产重要手段，不可能回避。

　　自然生态在不断演化，农业生产方式也在随之变化，之前我们由于认知限制，一直在先端农业育种上裹足不前，但或许顺应变化、积极迈开步子，才是文明发展的客观方向。

　　我们的祖先从远古时代起就在进行品种改良，把可食用的植物驯化成作物，把野生动物驯化成家畜，并在持续的主动选择中不断强化其对人类有利的特征。在传统驯化中，人们严密规划动物、植物的交配，依赖大量的自然基因突变，形成丰富的基因库进行组合排列，像博彩一样，找到我们渴求的品种。

　　随着生物遗传学技术的发展，人类已经破解了很多基因密码，知晓了很多改良品种的可行途径，但品种改良的思路并未发生改变，不过是在生物遗传物质的层面睁开了眼睛，为自然进化安上了加速器。

　　尊重并应用好这个武器，从生态保全、生存安全和基因工程之中找到一个平衡，我们必然能解决粮食问题，实现“人人得食，天下无饥”的美好愿景。

　　作为自然进化的加速器，基因工程必将带来一场农业革命；来源：图虫创意