转基因作物的利弊分析

转基因作物的利弊分析随着转基因作物种植面积的不断扩大，其产品也越来越多地投放市场.这些转基因作物和产品究竟能为人们带来多大好处？它们对人们赖以生存的环境和健康会带来多大的负面影响？下面就转基因作物的优越性和潜在风险作一简要综述.1转基因作物的优越性由于导入目的基因的千变万化，它给人类带来的好处也多种多样.综合转基因作物的各种影响，不但给我们带来了相当可观的直接经济效益，而且为全球农业的可持续性发展提供了良好的外部条件，带来了巨大的环境和社会效益.1．1直接经济效益种植转基因作物所得到的效益是非常明显的.以美国为例，1996年全国得到的净利为1.59亿美元，其中Bt棉花占6100万美元，Bt玉米占1900万美元，抗除草剂大豆为1200万美元.到1997年时，全国的净利增加到3.66亿美元，其中Bt玉米为1.19亿美元，抗除草剂大豆为1.09亿美元，Bt棉花为8100万美元，抗除草剂棉花为500万美元，Bt马铃薯约100万美元.加拿大得益明显的是抗除草剂转基因油菜，1994年时全国净利为500万美元左右；1997年上升为4800万美元.另外，加拿大Bt玉米得益500万美元，全国估计共达5300万美元[1].从全球角度看，1995年到1999年5年间转基因作物销售收入增加近30倍.1995年时仅为7500万美元；1996年翻了三番，达2.35亿美元；1997年又翻了近三番，达6.7亿美元；1998年在12亿～18亿之间，2002年销售收入达42.5亿美元[2].1．2改善食品营养与增进人类健康转基因作物通过改善食品营养来缓解人类饥荒和发展中国家的营养不良，从而减少疾病.当前转基因作物是多种多样的，有的含有大量人类必需的某种氨基酸和维生素，有些含有较低脂肪酸和较高品质的油分，甚至有些含有抗癌物质.现在简要例举一些正在市场上销售或正在开发之中的转基因作物：①低淀粉马铃薯，这种马铃薯在煎煮中可吸收少量的油分；②高赖氨酸含量的玉米和甘薯，赖氨酸含量较高；③赖氨酸、蛋氨酸含量较高的大豆，这种大豆具有较高的动物营养；④高糖分大豆，这种大豆不仅口味好，而且易于消化；⑤超高油质的油菜新品种[2-4].在发展中国家的许多地区以稻米为主食.因此，在那些地方缺乏维生素A成为一个很严重的健康问题.据世界卫生组织不完全统计，缺少维生素A的个体不仅易受病菌感染，而且可能会导致失明，这一问题大约影响了近2.5亿的儿童.在全世界的一些地区，1/4的儿童死亡与缺乏维生素有关[3].另外，据不完全统计，全球受缺铁影响的人数约为37亿，尤其是妇女和儿童，贫血使他们体质弱化[3].可喜的是，最近瑞士联邦工业研究所和Friberg大学共同开展的研究，有可能解决这以特殊的问题.这两个机构的研究者们利用生物技术将其他植物、细菌及真菌中总共7个基因转入水稻中，从而产生一个水稻新品系——“金稻”[5]，这种水稻新品种既含有β-胡萝卜素（维生素A的前体），又含有铁.在国际水稻研究所（IRRI）的帮助下，这种水稻新品种将被用作亲本与其他商业品种杂交，然后进行田间试验，最后使它们成为发展中国家都可以获得并种植的新品种.通过传统育种方法提高蛋白质含量的努力成效甚微.Larkins博士证实[6]，“全世界作物育种家们已经花了超过30年的时间来改良玉米和其他谷类作物的蛋白质含量，未取得明显进展.利用分子遗传学和基因组学的方法，能够揭示玉米富含赖氨酸的复杂遗传性问题，而且试验表明，这一结果适用于其他谷类作物，包括水稻和小麦.因此，通过转基因技术来大幅度提高禾谷类作物的蛋白质含量是可能的”.农业生物技术的出现为开发具有药用功能的植物品种（包括药用食品），开启了一扇大门.这些新品种的开发对那些健康条件有限的人来说尤其重要.疫苗接种工程在世界许多地区已成为一个问题，尤其在发展中国家针对这个问题许多研究者已经考虑进行食用植物疫苗的开发，因为这种疫苗不仅方便，而且成本更低.据报道，美国至少有40种利用生物技术生产的疫苗在审定中[3].当前的研究主要集中在研制可以释放疫苗的植物，从而使人们免受霍乱和腹泻之苦，因为在发展中国家，这些疾病是导致婴儿死亡的主要原因.虽然这仅仅是一个开端，但这些令人鼓舞的结果表明，终究有一天，以植物为基础的疫苗将为人类、家畜以及宠物免受致命病害的威胁提供崭新的途径.也许一些将被转变成“工厂”，这种经过设计的工厂能快速生产出药品，从而大大降低生产成本.例如，科学家们正在研究苜蓿，看它是否能够在改良后产生β-干扰素，因为它对治疗一种肺炎具有潜在的利用价值[6].生物反应器（利用各种植物产生大量有用的医药产品）其他方面的研究正在进行当中.转基因作物在提供药品和疫苗方面拥有巨大的潜力.它们的发展不仅对提高全人类的健康具有深远的意义，而且对挽救世界最贫困地区成千上万的生命具有潜在的意义.1．3改善生存环境与增加作物产量目前国内外已大面积商品化生产的转基因作物主要是以提高作物抗性（如抗病、抗虫、抗除草剂）和改良作物的性状为主.这些转基因作物的大面积种植其优越性是十分明显的.以抗虫转基因棉花为例，它不仅可以抵抗棉铃虫等害虫的危害，提高棉花产量，而且因大量减少了农药施用量，保护了人类赖以生存的生态环境.另外，对植物基因组的深入了解和转基因技术的介入，将有助于扩大作物的种植范围，使世界范围内农业低产出和高度营养不良地区的作物增产.例如，那些能抗干旱、高盐度以及重金属毒害的转基因作物，可以使目前生活在不可耕地区的人们耕作自己的土地，这样就可减轻世界上诸如热带雨林地区的压力，因为这些地区正在被大量地改造为农田.由于盐碱，全球约有1/3的灌溉土地不适宜种植作物，这包括印度次大陆的大部分地区[3].研究者们已经获得遗传经修饰的抗盐转基因水稻和玉米，从理论上说，将来可能获得一大批耐盐碱的转基因作物[6].这样一来，农民们就可以用盐水或水质不良的水来灌溉农田了.其他形式的环境压力，如异常高温和干旱，也是作物生产的主要影响因素.据估计，在美国主要农作物的年平均产量仅仅为其遗传潜力的20%，另外的80%部分则由于不良的环境条件而损失掉[3].除此之外，环境的压力极大地限制了作物的种植范围.例如，由于冰冻气候的影响，在美国的北部和加拿大的大部分地区冬油菜不能被种植.突发的气候变化对作物的产量也有相当大的影响.例如在加利弗尼亚，1999年由于遭受突发的冰冻天气导致其柑橘加工厂大约6亿美元的损失[3].许多传统的植物育种项目中也包含着提高作物对环境耐性的内容，可获得成功的例子却很少，这是因为在提高作物对不良环境的适应过程中，涉及到生理方面和遗传方面的综合知识.最近，有关研究人员已克隆出导致冻害耐性的“控制开关”基因，这些基因也会影响作物对干燥和高盐度不良环境的抗性[7].现在，那些导入“控制开关”基因的作物正在被改良和试验.土壤中的有毒金属是人类面临的另一挑战.例如酸性土壤中的铝在美国东南部、中美、南美、北美的大部分地区以及印度和中国的部分地区已成为一个问题.研究表明，哺乳动物中的抗金属基因MT可转移到烟草等作物中，从而使这些作物可以在含这些金属的土壤中生长[8].研究者们把这项技术再推进一步，目前他们正试图选育一种能清除土壤重金属污染（如铜、锰和钙等）的作物.1．4提供可再生资源遗传工程使人类大量应用植物生产“工业原料”成为可能.例如，作为润滑油、塑料前体以及与健康有关的生物分子原料的特制油.经过改良纤维和树木新品种可获得优质不易褪色的木材和纸张，这项研究正在开发之中[9].一种作物可以对长期环境保护产生显著的影响.具有特殊颜色的转基因棉花就是一个例子.这些棉花的诞生最终会导致人们对粗糙化学印染需求的下降[6].采用生物技术可从谷类作物中获取高质量的工业润滑油.麻省理工学院的AnthonySinskey和他同事开展了这方面的研究[10].这些研究者又开始了一个百万美元的研究工程，即利用油棕榈来生产生物降解塑料[9].2转基因作物的潜在风险20世纪80年代后期以来对转基因作物可能存在的风险不断有报道.随着转基因作物商品化的迅猛发展，认为转基因作物商品化不存在风险或风险不大的报道日益增多.世界银行1997年曾邀集一批学者，对转基因作物有一专门报告，这报告对转基因作物商品化基本肯定.欧洲一些国家对转基因作物的态度与北美国家截然相反.国际权威性刊物如Nature等也陆续有转基因作物存在风险的实验报道（有关转基因作物风险评估方法至少已有两本专著）.以下分几个方面对这一问题进行简单阐述.2．1杂交转基因作物可能会演变为杂草而产生“超级杂草”或“遗传污染”，对于这些问题人们表示担忧.其实，转基因作物对环境的危险性与传统育种方法改良的同样品种没有区别.栽培作物偶然性地转变为杂草的风险，是微不足道的.因为这些作物进行了长时间的选育，在选择的这段时间内，野生植物的杂草性状被认真地从杂草中剔除.通常与驯化有关的性状会使作物依赖于农业环境，因此在野生环境下具有较差的竞争力，而且难以生存或变成具有侵略性的杂草.同时，耐除草剂、抗虫以及其他重要的栽培性状，并没有将杂草性状转给栽培作物.另一担忧是人们认为耐杀虫剂或抗虫作物会把它们的遗传优点转移到附近的杂草，从而产生超级杂草[11-13].在相关作物物种间，通过杂交进行基因转移是一个自然过程，但是，在不相关作物间，这种杂交是相当少见的.在相对很少的情况中，可以发生杂交的野生种也是存在的.例如南瓜和油菜，但许多条件得到满足后基因转移才可能发生（野生近缘种必需在作物花粉的授粉范围内）；近缘种必须与作物在花期上相遇；受精必须发生在近缘野生种上而且必须得到有活力的种子；种子必须能够存活和发育；杂交种子的后代必须能够繁衍或生存下去.假如这些条件中的任何一个得不到满足，那么基因转移将不会发生.即使上述条件得到满足，在缺少强有力的选择压力情况下，抗性性状转入野生植物种群的概率是相当低的.作物的抗性基因在杂草群体中存留下来是不可能的，事实上，如果大量来自作物的基因成为杂草基因组的一部分，这意味着杂草的表现将更像作物，而且它的影响主要被限制在农田系统中，而在农田中通过标准的管理操作将可以控制住杂草.2．2昆虫对抗虫作物产生抗性另一个公众关注的问题是抗虫转基因作物的大面积种植能否加速抗杀虫剂昆虫的出现[14-15].对于昆虫对抗虫转基因作物产生抗性的担忧可以追溯到转Bt基因作物出现以前，人们在很早以前就发现昆虫会对Bt喷剂产生抗性.事实上，在控制害虫种群Bt抗性进化过程中，Bt作物可能是一个强有力的武器.Bt喷剂是一种包含不同成分的“鸡尾酒”，不同的成分通常由一个不同的基因编码控制.而今天Bt作物仅仅产生一种毒蛋白.假如昆虫由于暴露在作物产生的特殊Bt毒蛋白之中而获得抗性，那么它们很有可能仅仅对特殊的毒素产生抗性而对其他Bt毒素仍然敏感.尽管目前在降低害虫抗性方面，Bt作物比Bt喷剂效果好，但将来的转基因作物品种在这一点上可能更有效.“基因堆积”（genestacking）技术可把多个基因导入同一种作物中.为了生存，昆虫必须对每种形式的毒蛋白产生抗性.在北美，通过多个抗性基因来控制小麦秆锈病已沿用了十几年，没有证据表明出现了难以控制的超级物种.也许在一个昆虫种群中，昆虫产生多抗性的可能性是相当低的.2．3对非靶标昆虫的影响众所周知，食物链在生态系统中是十分普遍、极其重要的.转基因植物作为食物链的基本组成部分，很可能会使转基因植物中的外源基因表达产物转移到其它非靶标生物中，从而造成转基因的转移.Schuler等[16]综述了抗虫转基因植物对节肢动物天敌的潜在边际效应，其中有许多例子就涉及到外源基因表达产物在食物链中的传递.这种转移在大多数情形下不会给非靶标动物带来多大的影响，但也有一些带来负面影响的报道.Birch[17]利用喂饲转Bt基因马铃薯的蚜虫作为瓢虫的取食饲料，发现喂转基因马铃薯雌蚜虫的卵比对照组的减少1/3，饲喂转基因马铃薯蚜虫的受精卵在未孵化前比对照组死亡率高近3倍，以转基因马铃薯蚜虫为食物的雌瓢虫的存活时间比对照组少一半.Hilbeck[18]用喂养转Bt玉米的欧洲玉米螟作为草蛉的饲料，