文|觀察未來(lái)科技

如今，越來(lái)越多的轉(zhuǎn)基因食品正出現(xiàn)在人們的餐桌上。轉(zhuǎn)基因和傳統(tǒng)育種之間的關(guān)鍵區(qū)別在于，轉(zhuǎn)基因技術(shù)中生物體獲得的新基因可以來(lái)自任何其他生物。在傳統(tǒng)的雜交育種中，新等位基因的引入必須通過(guò)同物種或者親緣相近的物種的交配，而現(xiàn)在，只要我們有明確的需求，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以把魚(yú)的基因轉(zhuǎn)移給植物，或者把細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移給哺乳動(dòng)物。

不論是從提高糧食產(chǎn)量，還是提高糧食質(zhì)量，甚至是創(chuàng)造一種更健康的新食品，轉(zhuǎn)基因都是非常好用的工具，轉(zhuǎn)基因食物的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人們的想像，而轉(zhuǎn)基因食物的明天，也是一個(gè)色彩豐富的未來(lái)。

“反自然”食物的選擇

在過(guò)去，對(duì)于轉(zhuǎn)基因食物最大的反對(duì)聲音，就來(lái)自于“非自然”的誤解。顯然，人們更加認(rèn)可吃純天然的食物，所以，這些經(jīng)過(guò)改造的，種植過(guò)程中用了化肥、農(nóng)藥的糧食，就經(jīng)常受到詬病。但實(shí)際上，自從上萬(wàn)年前人類(lèi)開(kāi)始農(nóng)耕起，糧食就不再是純天然的了。

比如玉米，跟現(xiàn)在的玉米相比，純天然的遠(yuǎn)古玉米有以下三個(gè)重要的特征：玉米粒外面包裹著一層厚厚的外皮；每株玉米有很多分杈，每個(gè)分杈上都有一個(gè)雄蕊和若干個(gè)雌蕊，直到最后變成玉米棒；并且，玉米棒很小。

這三個(gè)特征對(duì)于遠(yuǎn)古玉米的種植非常重要。因?yàn)橛衩琢Ｉ嫌泻窈竦耐馄?，所以在被?dòng)物吃了之后，種子不會(huì)被消化掉，被排泄出來(lái)后還能發(fā)芽。一株玉米上有多個(gè)雄蕊和若干個(gè)雌蕊，保證了總有雌蕊能夠成功受粉，也不容易被外來(lái)的病蟲(chóng)或者采食的動(dòng)物全部消滅。而玉米棒多了，自然每根就會(huì)小。

但玉米的這些特征來(lái)說(shuō)，對(duì)于人類(lèi)卻并不方便——厚外皮去掉就太麻煩，不去掉又難以消化；玉米棒多而小，采摘起來(lái)則很不方便。在這樣的背景下，就開(kāi)始有了人類(lèi)對(duì)食物的“馴化”。

要知道，自然界的物種總是會(huì)發(fā)生各種各樣的突變，遠(yuǎn)古玉米也是如此。有的突變使它們失去了玉米粒上的厚皮，有的突變使它們的分杈減少，還有的突變使得每株上不再生長(zhǎng)那么多玉米棒。因此，人類(lèi)總是選擇那些他們喜歡的植株，收集它們的種子以便來(lái)年種植。經(jīng)過(guò)一代又一代的“選種”，最后人們逐漸培育出了現(xiàn)在我們所常見(jiàn)的玉米——馴化后的玉米每株通常只有一根玉米棒，所有的營(yíng)養(yǎng)都集中在它身上，因此它能長(zhǎng)得更大。另外，馴化后的玉米容易采摘，撕開(kāi)苞葉，里面就是易于食用的玉米粒。

當(dāng)然，人類(lèi)“馴化”玉米的過(guò)程依然是個(gè)非常漫長(zhǎng)的過(guò)程，為了加快對(duì)于糧食的“馴化”，雜交成為了獲得新品種的好方法。相對(duì)于選種馴化，雜交則可以有目的地把不同品種的優(yōu)良特性集中到一個(gè)品種上，于是新品種出現(xiàn)的速度越來(lái)越快。再到現(xiàn)代的誘導(dǎo)突變育種，則是通過(guò)化學(xué)試劑、離子輻射等處理，讓種子發(fā)生隨機(jī)突變，再挑選出人類(lèi)喜歡的突變體進(jìn)行培育。

在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里，這些育種方法取得了巨大的成就，誕生了大量?jī)?yōu)秀的品種。而現(xiàn)在，現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，為育種提供了能力更強(qiáng)、效率更高的方法，即直接針對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行操作——可以把其他物種的某個(gè)優(yōu)秀基因轉(zhuǎn)入，也可以加強(qiáng)或者抑制某個(gè)特定基因的表達(dá)，這就是所謂的轉(zhuǎn)基因食物培育。

很長(zhǎng)一段時(shí)間里，轉(zhuǎn)基因食物的“反自然”，確實(shí)讓許多人感到恐懼。但事實(shí)證明，人類(lèi)對(duì)于事物的選擇從來(lái)都不是一個(gè)順其自然的過(guò)程，而現(xiàn)在，越來(lái)越多的人開(kāi)始接受反基因食品出現(xiàn)在我們的餐桌上，并改變著我們對(duì)于食物的選擇。

轉(zhuǎn)基因土豆的過(guò)去和未來(lái)

土豆是世界第四大糧食作物，僅次于大米、小麥和玉米。在不同的國(guó)家，土豆的人均食用量相差巨大，比如美國(guó)年人均食用量為60多千克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平，也是大米和玉年人均食用量的數(shù)倍。而歐洲國(guó)家的年人均食用量則更高，許多國(guó)家甚至超過(guò)了150千克，比中國(guó)人人均大米食用量還要多得多。如果按照食用量來(lái)算，土豆大概可以算得上美國(guó)人在小麥之外的另一種主糧。

然而，土豆雖然被任務(wù)是營(yíng)養(yǎng)全面的世界第三大主糧作物，卻缺乏有效的育種手段，并且，由于四倍體遺傳的復(fù)雜性，土豆的遺傳改良進(jìn)程緩慢，一些上百年歷史的土豆品種仍然在廣泛種植。于是，幾百年來(lái)，農(nóng)戶種下薯塊收獲土豆，卻不能像水稻那樣播下種子收獲稻谷。

在這樣的情況下，美國(guó)人首先開(kāi)始了土豆轉(zhuǎn)基因的嘗試。最早拿到轉(zhuǎn)基因土豆商業(yè)化種植許可的是孟山都公司的一個(gè)抗病毒品種NewLeaf。1996年，這種轉(zhuǎn)基因土豆開(kāi)始了種植。到1999年，種植面積達(dá)到了近40萬(wàn)畝。然而，與非轉(zhuǎn)基因的品種相比，這個(gè)品種并沒(méi)有帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的好處。麥當(dāng)勞等美國(guó)最大的土豆消費(fèi)商對(duì)它完全沒(méi)有興趣。麥當(dāng)勞每天消耗的土豆多達(dá)400萬(wàn)千克，當(dāng)它要求供應(yīng)商不要種植這種轉(zhuǎn)基因土豆，這個(gè)土豆品種就只能黯然退出了市場(chǎng)。

轉(zhuǎn)基因土豆研發(fā)的當(dāng)然不止孟山都公司。1996年，巴斯夫向歐盟申請(qǐng)了一個(gè)叫Amflora的轉(zhuǎn)基因品種。土豆的主要成分是淀粉，包括支鏈淀粉和直鏈淀粉兩類(lèi)分子結(jié)構(gòu)。支鏈淀粉可以溶解于水中，大大增加黏度，在制造生物聚合物方面很有價(jià)值。而直鏈淀粉不溶于水，對(duì)于形成生物聚合物會(huì)幫倒忙。

對(duì)于吃土豆的人來(lái)說(shuō)，哪種淀粉多或少?zèng)]有多大關(guān)系，但對(duì)于加工而言，單純的支鏈淀粉就要優(yōu)越得多。而這個(gè)Amflora品種就是通過(guò)調(diào)控土豆本身的基因，抑制它生成直鏈淀粉，從而得到支鏈淀粉土豆。這對(duì)于工業(yè)加工而言，自然很有吸引力。巴斯夫的申請(qǐng)只是用于工業(yè)產(chǎn)品和動(dòng)物飼料，并非用于食品。而這個(gè)品種在經(jīng)過(guò)了十幾年的等待后，終于在2010年獲得了種植許可。

巴斯夫的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是將Amflora品種的土豆用于食品中。然而，在2010年的生產(chǎn)許可中，這種土豆的成分雖可以在食品中出現(xiàn)，但不許超過(guò)0.9%。

除此之外，巴斯夫還提交了幾種轉(zhuǎn)基因土豆的申請(qǐng)，比如抗馬鈴薯晚疫病的轉(zhuǎn)基因品種。馬鈴薯晚疫病是土豆種植中的第一大病害。而目前，除了培育抗病品種之外，對(duì)它的防治靠的是殺蟲(chóng)劑與重金屬農(nóng)藥。

雖然這些轉(zhuǎn)基因土豆品種都很有價(jià)值，但是，歐洲的反轉(zhuǎn)基因聲音卻不可忽視，轉(zhuǎn)基因食物的反對(duì)者幾次三番破壞巴斯夫的試驗(yàn)田，同時(shí)，歐盟對(duì)轉(zhuǎn)基因品種的審批又充滿了不確定性。看不到未來(lái)的巴斯夫只能撤回了在歐洲的申請(qǐng)，將研發(fā)中心搬到了美國(guó)。最終，Amflora土豆雖然獲得了批準(zhǔn)，但巴斯夫放棄了商業(yè)化種植的努力。

目前，世界上還有一些公司在研發(fā)轉(zhuǎn)基因土豆。其中，最有可能上市的應(yīng)該是當(dāng)年被麥當(dāng)勞要求不種轉(zhuǎn)基因土豆的辛普勞公司。辛普勞公司的土豆品種Innate可以減少天冬酰胺的含量，而天冬酰胺是生成丙烯酰胺的前身。所以Innate品種可以大大降低丙烯酰胺的產(chǎn)生。雖然也叫轉(zhuǎn)基因，但I(xiàn)nnate土豆跟通常說(shuō)的轉(zhuǎn)基因作物有很大的不同。轉(zhuǎn)入的Innate基因來(lái)自其他種植或者野生的土豆，本身仍是土豆基因。在對(duì)物種基因的改變上，這其實(shí)跟雜交水稻差不多。

從轉(zhuǎn)基因土豆的過(guò)去和現(xiàn)在就可以看到，轉(zhuǎn)基因食物所具備的潛力，可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)，針對(duì)不同問(wèn)題的轉(zhuǎn)基因土豆的大規(guī)模應(yīng)用將會(huì)給土豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)一場(chǎng)革命性的變化，不僅運(yùn)輸和儲(chǔ)藏成本大大削減，還有可能催生以制種為主的研發(fā)型企業(yè)等，從而改變現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

土豆的生長(zhǎng)季長(zhǎng)短也會(huì)受到影響，進(jìn)而影響和其他作物的接茬連作種植方式。這將可能導(dǎo)致整個(gè)作物的布局和耕作方式發(fā)生變化。

轉(zhuǎn)基因食物能做什么？

顯然，轉(zhuǎn)基因是一種非常好用的工具，它的應(yīng)用潛力無(wú)限。

轉(zhuǎn)基因食物最吸引人的一個(gè)原因就是它的效率。新DNA的導(dǎo)入只需數(shù)小時(shí)或者數(shù)天。而經(jīng)過(guò)修飾的個(gè)體通常只需要幾周或者幾個(gè)月就能生長(zhǎng)成熟，隨后就可以接受必要的測(cè)試。傳統(tǒng)選育技術(shù)達(dá)到同樣的效果則需耗時(shí)數(shù)代，前后加起來(lái)常常需要10年的時(shí)間。

除了讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)變得更容易和更高效，而且還能提高食物的品質(zhì)。比如，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以提升豬肉和牛肉的瘦肉含量，減少油脂。再比如，單位牲畜的產(chǎn)量也可以得到提升：奶?？梢援a(chǎn)更多的奶，母雞可以生更多的蛋，或者小麥可以結(jié)出更多的穗。

另外，還有些轉(zhuǎn)基因食品的研究目標(biāo)是讓作物擁有自己的固氮基因。空氣中有79%的氮?dú)?，而氮元素則是蛋白質(zhì)和核酸的關(guān)鍵組成元素之一。盡管如此，植物卻只能利用已經(jīng)被固定的氮元素。所謂“固定”，是指氮元素由游離的氮?dú)庾兂砂睔夂拖跛猁}。生成氨氣的化學(xué)反應(yīng)式為：3H2+N2→2NH3，這個(gè)反應(yīng)主要發(fā)生在固氮細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)。

固氮細(xì)菌通常存在于豆科植物——黃豆、豌豆以及榿木根部的瘤狀物里。工業(yè)生產(chǎn)中也可以通過(guò)氫氣和氮?dú)獾幕戏磻?yīng)制備氨氣，但是這種人工的固氮方式需要耗費(fèi)巨大的能量。不僅如此，就保護(hù)自然土壤生態(tài)而言，施用氨氣和其他含氮化肥的效果也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)遜色于有機(jī)氮肥。按照從前增加土壤氮肥肥力的傳統(tǒng)做法，農(nóng)民會(huì)先種植一輪固氮作物，隨后把它們犁埋進(jìn)土里用于培育其他作物。

不過(guò)，人們更希望的是所有作物都能有自己的固氮基因nif。有一種名為肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）的細(xì)菌，它的nif基因成簇地堆疊在一起，我們可以把nif基因從細(xì)菌中提取出來(lái)，然后轉(zhuǎn)入希望改造的目標(biāo)作物體內(nèi)，讓它們?cè)谄渲羞M(jìn)行功能性的表達(dá)。

此外，對(duì)作物的改良還包括讓它們獲得抵抗毀滅性災(zāi)害的能力，比如對(duì)抗真菌感染和蟲(chóng)災(zāi)。每年全世界的蟲(chóng)災(zāi)都會(huì)讓種植農(nóng)作物的農(nóng)民損失慘重。已經(jīng)有許多企業(yè)嘗試過(guò)把抵抗蟲(chóng)害的基因加入農(nóng)作物中。這些公司最常用到的目標(biāo)蛋白是Bt毒蛋白，它是蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringensis）中一系列昆蟲(chóng)毒性蛋白的統(tǒng)稱(chēng)。獲得這些毒性蛋白基因的轉(zhuǎn)基因植物可以擁有一整套抗蟲(chóng)機(jī)能。

還有一種轉(zhuǎn)基因應(yīng)用是通過(guò)改良植物，令其獲得抵抗特定除草劑的基因，這些基因通常來(lái)源于某些細(xì)菌。比如草甘膦，種植了抵抗這種除草劑的作物后，農(nóng)民就可以給整片農(nóng)田噴上除草劑，而不用擔(dān)心把農(nóng)作物和雜草一同殺死了。

轉(zhuǎn)基因食品讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)變得比從前更高效，但是它們?cè)谔岣咝实耐瑫r(shí)也帶來(lái)了爭(zhēng)議。有許多人覺(jué)得，人類(lèi)健康和自然環(huán)境都受到了“基因污染”的威脅，而且這種威脅“不可預(yù)知，不可控制，沒(méi)有必要且不受歡迎”。就理論而言，把制藥用途的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物從非轉(zhuǎn)基因種群中孤立出來(lái)，防止兩者發(fā)生配種繁殖在技術(shù)上是可行的，但是轉(zhuǎn)基因技術(shù)的反對(duì)者擔(dān)心隔離技術(shù)的實(shí)現(xiàn)沒(méi)有那么容易，基因污染在所難免。完全斷絕轉(zhuǎn)基因生物與同種個(gè)體之間的生殖聯(lián)系非常困難。

盡管目前轉(zhuǎn)基因食物的商業(yè)化還需要面臨諸多的限制，以及人們對(duì)于轉(zhuǎn)基因食物的爭(zhēng)議，但從轉(zhuǎn)基因食物展現(xiàn)出的未來(lái)潛力來(lái)看，轉(zhuǎn)基因食物的“反自然”終將成為“自然”，未來(lái)食物也將為之一新。