绿色基因的威力

吕　静

在帮助农作物获得抗旱、耐盐的能力之后，新的转基因技术将目标瞄向环保功能，下一代转基因作物所能减少的温室气体量，相当于全世界所有飞机都停飞

公众中很少有人认识这样一个事实：农业对全球变暖的“贡献”要比全世界的汽车、火车、轮船和飞机全部加起来的作用还要大。

农业对环境的影响并不是碳而是氮。从美国堪萨斯的玉米地到中国碧绿的稻田，现在的粮食高产主要靠的是大量的施用氮肥。虽然结果是只有极少一部分一氧化二氮逃逸到大气中，但它确是一种强烈的温室气体。

埃里克·莱相信他找到了解决这个难题的答案：采用一些需要肥料较少的遗传改造作物品种。莱是美国最悠久的环境组织——峰峦俱乐部的终身会员，他的目标是使人们相信植物生物技术所产生的绿色能使得农业更加环境友好，在他名为阿卡迪亚生物科学的公司里，有一个田园牧歌的梦想。

这项发明将带来一些令人心悦诚服的效果，甚至给那些一贯攻击转基因作物的绿色激进分子带来热情。

耐盐抗旱，适应环境

越来越多的人认识到，气候变化是对农民的严重挑战，这就意味着这些公司能帮助农民适应环境而获得巨大利益。在过去的一年中，美国密苏里州圣路易斯的业界领袖孟山都公司就农业如何适应全球变暖的问题请教过学界领袖，其旗下的科学家也在思考这个问题。他们的结论是：在一个变化、不稳定的环境中，威胁作物生产的压力，比如干旱，将会变得越来越频繁和严重。孟山都技术策略和发展的副主席戴维·菲斯霍夫说：“我们现在的主要注意力之一就是帮助植物适应环境压力。”

植物生物技术业界的巨头已经在研究一些诸如抗旱和耐盐性状，这些性状可能对受全球气候改变制约的农业保持高产很关键。在干旱严重的澳大利亚，一个由斯潘根伯格领导的研究小组正在墨尔本大学的维多利亚农业生物科学中心进行30个品系转基因小麦的田间试验。这些品系包含有各种有助于小麦抗旱的基因，这些基因来源于玉米、啤酒酵母、阿拉伯芥和苔藓植物。

这种新一代转基因作物最早将是能在干旱时期存活或在生长季节中需要水较少的玉米品种。现在对于这种产品已经有很强的市场需求，仅在美国，种玉米的农民因为干旱，一年就损失34亿美元，而全世界的损失则达到80亿美元。

用基因工程培育抗旱转基因植物远比简单地插入一个抗除草剂基因或除虫蛋白更为复杂。在一个作物品种上或在一种环境下有效果的基因，换了另一种环境可能就没有效果了。另外，孟山都和其竞争对手都声称他们可以在干旱条件下把玉米产量提高10%。估计在2010年后不久，人们可以见到其最早的商业品种。

除了研究玉米，研究人员也在对其他植物的耐旱转基因品种也进行了开发。美国爱荷华州约翰斯顿先锋良种国际有限公司的马克·阿尔伯森说：“我们正在寻找一些从玉米影响到其他作物的办法。”

耐盐是研究人员看中的另一个性状。当用地下水灌溉干旱地区干渴的作物时，水中携带的盐分就积累在土壤中。盐度已经成为世界性的大难题，而且随着海平面的上升，沿海农用地可能加剧被海水污染。因此，耐盐作物可能会产生很大影响。

阿卡迪亚公司设在美国加州的戴维斯，它通过添加一个阿拉伯芥基因让植物获得更好的耐盐性，该基因编码是一种能够把钠离子从植物细胞的主要区室泵入液泡的蛋白质。这项技术已经被准许用在美国西海岸种子公司所培育的牧草作物紫花苜蓿上。该公司还在致力于研究耐盐的水稻、棉花、番茄和油料种子油菜。

在某些情况下，一种基因的修改将使得作物既能抗旱也能耐盐。比如，2006年，由华中农业大学熊立仲所领导的小组发现，转基因水稻中的SNAC1基因通过表达可以更好地耐受干旱和盐碱的土壤。这一发现意义重大，因为这个基因编码着一种可以打开其他基因的蛋白质，人们认为这种基因有助于植物对环境压力作出应答，因而称之为胁迫应答基因。

现在，熊立仲正在集中精力利用常规育种手段来改进水稻的抗旱和耐盐性状，虽然中国政府还没有对是否准许转基因水稻进行商业种植做明确表态，但熊立仲对他的转基因水稻获得官方同意很有信心，他说：“我们将很快推进这一进程。”

农业与环境存在矛盾？

不过，目前在中国和其他很多国家，转基因水稻的商业种植还是有争议的。不仅因为有巨大的文化差异，还因为人们关心这些水稻出口到其他国家，那里的消费者可能会回避转基因食品。

但严酷的现实最终将推动这个话题。中国很多地上河流已经干枯，现在只得靠地下水灌溉水稻和其他作物，水短缺和盐碱化的问题会愈来愈严重，随着城市的快速发展，需水量也越来越多。这种局面将使中国这个世界上头号的水稻生产大国转而相信抗旱耐盐的转基因水稻品种，尽管这种新品种面临着出口的威胁。

第一代转基因作物具有诸如耐除草剂和抗害虫的性状，这对农业生产者是有益的，但消费者却没有看到这些对他们有什么好处，而绿色激进分子一直在攻击转基因农业，他们认为这一技术除了促进农业生产，还存在着破坏农村生物多样性的问题。在欧洲，反对派已经有足够的势力延缓转基因作物的田间推广，并推迟转基因食品在超市上架。

新型转基因作物的利益是可观的，但是随之而来的风险也可能很大。人们会不会因为有了抗旱作物而去开垦荒地种田？如果真的是这样，会不会威胁到干旱地区的脆弱环境呢？还有，耐盐的大米会不会将基因传递给它们野生的近亲，由此产生出一种新的压倒一切的江河口生态的杂草呢？

到现在为止，这些问题都还没有一个确切的答案。但是这很有可能成为转基因作物之战的下一个争论起点。生态学家呼吁对抗旱和耐盐作物可能出现的类似问题进行研究，而不是等问题出来了再找补救措施。

现在人们开始关注：那些用人工设计出来的、能在温暖世界中保持高产，或能控制温室气体排放的转基因作物，是否能够改变欧洲对转基因产品的厌恶？

比如，阿卡迪亚公司就打算生产一种需肥量较少的作物。这种作物不仅能减少种植成本，还能减少农业温室气体的释放和氮污染。氮污染可造成饮用水供应污染，还能把河流和沿海的水都变成死水区。

这种转基因作物即将面世，而且毫无疑问它们将受到人们的欢迎。埃里克·莱现在期望推出的就是人们认可的对环境有益的一种转基因应用办法。

环境友好型转基因技术出现

莱认为，答案就在于一个叫做氮利用效率的性状。在地球上绝大多数地方，作物产量都极大地依赖氮肥的巨大数量。制造肥料的过程释放出大量的二氧化碳，据估计数量占所有温室气体的1%，这还仅仅是开头，很多作物所吸收的氮养分还不到肥料氮的一半，这就是说其余的氮会流失并污染土壤和地下水，结果之一就是由于藻类繁殖造成世界范围内沿海水域的生物相继死亡，形成死水。更严重的是，进入土壤的氮会转化为一氧化二氮，这种气体的温室效应是二氧化碳的300倍。

自从现代农业开始，大气中一氧化二氮的水平已经提高了18倍，而这个结果主要是由氮肥引起的。在变暖潜力中，从农场土壤释放的一氧化二氮占全球温室气体释放总量的6%。

阿卡迪亚的解决办法是一种和蛋白质生产有关的丙氨酸氨基转移酶的基因，该基因最早是从大麦中分离出来的。他将这个基因插入植物DNA序列并确保它能在植物根部启动。阿卡迪亚声称，在很多植物上，该基因都似乎具有促进吸收土壤氮的能力。超过5个生长季的大田试验显示，转基因油菜仅仅用目前施肥量的1/3就能获得同样的产量，或者依然采用目前的施肥水平，产量则提高1/3。在实践中，农民们宁愿比现在少施40%化肥，减少一点收成。目前，阿卡迪亚已经允许孟山都公司使用这种转基因油菜的技术。

由于低成本和高产量，绝大多数农业生物技术公司都在致力于研究促进氮效率的方法。阿卡迪亚另辟蹊径，通过改善作物的性能来减缓全球变暖。减少肥料应用可直接消减一氧化二氮的释放比例。

事实上，还有一些减少一氧化二氮释放量的办法。比如，对农业生产做一些改变，比如改变施肥的时间或施肥方法也能产生差异。不过，采用氮效率高的作物品种还是会使得肥料用量显著下降。

阿卡迪亚公司目前正在与中国宁夏自治区的官员研讨用肥量较少携带有丙氨酸氨基转移酶基因的水稻如何降低温室气体的排放量。他们的目标是在《京都议定书》之下发起一个清洁发展机制的项目。让那些难以达到降低温室气体排放量的富国转而帮助穷国消减温室气体的排放量。

莱说：“我认为我们还将在这一领域研究2年左右，然后再花几年的时间完成审批过程。”如果研究获得批准，阿卡迪亚和农民将分享转基因作物的成果。毕竟，这是两全其美的，正如他所说的那样：“如果你能想出既能解决环境问题又能赚钱的好办法，那你就赢得了世界上最完善的结局。”

谁需要下雨？

第一代转基因作物是由一个“通用一刀切”的方法研制出来的。比如，生物学家取出一个单一的抗除草剂基因，然后将这个基因放到想转基因的植物上就大功告成了，用这种粗糙的转基因手段没办法对付干旱的情况。

有一些途径能帮助植物抗旱。比如，一个办法是可以通过提高植物中一种叫做海藻糖的糖产量，让植物能在脱水时存活，这就是沙漠“复活植物”的秘密。还有一种类似的办法，可以利用一种在细胞干燥时能保护其他蛋白质的HVA1蛋白质，很多植物原本已经具有可以激发的在压力下存活的遗传程序，另一个办法就是减少水的损失，这可以通过限制植物叶片上被称为气孔的控制水分蒸发的开口来做到。

问题是，如果没有发生干旱，这种转基因的抗旱植物有时候产量就不及没有转基因的作物。因为限制气孔也就减少了光合作用需要的二氧化碳。农民并不想仅仅为了可能的旱灾付出很大的代价。

为了将这种取舍的问题最小化，抗旱性能需要剪裁到适合特定的植物物种、品种及环境。比如在澳大利亚，小麦都种在昆士兰州，在生长季，雨水大都下在这个地区之外；而在西澳大利亚，在小麦生长季中一直有少量的雨水，但是水蒸发很快，所以，遗传工程必须因地制宜。