转基因食物，从反自然到自然

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　　文｜观察未来科技
　　如今，越来越多的转基因食品正出现在人们的餐桌上。转基因和传统育种之间的关键区别在于，转基因技术中生物体获得的新基因可以来自任何其他生物。在传统的杂交育种中，新等位基因的引入必须通过同物种或者亲缘相近的物种的交配，而现在，只要我们有明确的需求，转基因技术可以把鱼的基因转移给植物，或者把细菌的基因转移给哺乳动物。
　　不论是从提高粮食产量，还是提高粮食质量，甚至是创造一种更健康的新食品，转基因都是非常好用的工具，转基因食物的潜力远远超过人们的想像，而转基因食物的明天，也是一个色彩丰富的未来。
　　＂反自然＂食物的选择
　　在过去，对于转基因食物最大的反对声音，就来自于＂非自然＂的误解。显然，人们更加认可吃纯天然的食物，所以，这些经过改造的，种植过程中用了化肥、农药的粮食，就经常受到诟病。但实际上，自从上万年前人类开始农耕起，粮食就不再是纯天然的了。
　　比如玉米，跟现在的玉米相比，纯天然的远古玉米有以下三个重要的特征：玉米粒外面包裹着一层厚厚的外皮；每株玉米有很多分杈，每个分杈上都有一个雄蕊和若干个雌蕊，直到最后变成玉米棒；并且，玉米棒很小。
　　这三个特征对于远古玉米的种植非常重要。因为玉米粒上有厚厚的外皮，所以在被动物吃了之后，种子不会被消化掉，被排泄出来后还能发芽。一株玉米上有多个雄蕊和若干个雌蕊，保证了总有雌蕊能够成功受粉，也不容易被外来的病虫或者采食的动物全部消灭。而玉米棒多了，自然每根就会小。
　　但玉米的这些特征来说，对于人类却并不方便——厚外皮去掉就太麻烦，不去掉又难以消化；玉米棒多而小，采摘起来则很不方便。在这样的背景下，就开始有了人类对食物的＂驯化＂。
　　要知道，自然界的物种总是会发生各种各样的突变，远古玉米也是如此。有的突变使它们失去了玉米粒上的厚皮，有的突变使它们的分杈减少，还有的突变使得每株上不再生长那么多玉米棒。因此，人类总是选择那些他们喜欢的植株，收集它们的种子以便来年种植。经过一代又一代的＂选种＂，最后人们逐渐培育出了现在我们所常见的玉米——驯化后的玉米每株通常只有一根玉米棒，所有的营养都集中在它身上，因此它能长得更大。另外，驯化后的玉米容易采摘，撕开苞叶，里面就是易于食用的玉米粒。
　　当然，人类＂驯化＂玉米的过程依然是个非常漫长的过程，为了加快对于粮食的＂驯化＂，杂交成为了获得新品种的好方法。相对于选种驯化，杂交则可以有目的地把不同品种的优良特性集中到一个品种上，于是新品种出现的速度越来越快。再到现代的诱导突变育种，则是通过化学试剂、离子辐射等处理，让种子发生随机突变，再挑选出人类喜欢的突变体进行培育。
　　在过去的一个世纪里，这些育种方法取得了巨大的成就，诞生了大量优秀的品种。而现在，现代生物技术的发展，为育种提供了能力更强、效率更高的方法，即直接针对目标基因进行操作——可以把其他物种的某个优秀基因转入，也可以加强或者抑制某个特定基因的表达，这就是所谓的转基因食物培育。
　　很长一段时间里，转基因食物的＂反自然＂，确实让许多人感到恐惧。但事实证明，人类对于事物的选择从来都不是一个顺其自然的过程，而现在，越来越多的人开始接受反基因食品出现在我们的餐桌上，并改变着我们对于食物的选择。
　　转基因土豆的过去和未来
　　土豆是世界第四大粮食作物，仅次于大米、小麦和玉米。在不同的国家，土豆的人均食用量相差巨大，比如美国年人均食用量为60多千克，远远高于世界平均水平，也是大米和玉年人均食用量的数倍。而欧洲国家的年人均食用量则更高，许多国家甚至超过了150千克，比中国人人均大米食用量还要多得多。如果按照食用量来算，土豆大概可以算得上美国人在小麦之外的另一种主粮。
　　然而，土豆虽然被任务是营养全面的世界第三大主粮作物，却缺乏有效的育种手段，并且，由于四倍体遗传的复杂性，土豆的遗传改良进程缓慢，一些上百年历史的土豆品种仍然在广泛种植。于是，几百年来，农户种下薯块收获土豆，却不能像水稻那样播下种子收获稻谷。
　　在这样的情况下，美国人首先开始了土豆转基因的尝试。最早拿到转基因土豆商业化种植许可的是孟山都公司的一个抗病毒品种NewLeaf。1996年，这种转基因土豆开始了种植。到1999年，种植面积达到了近40万亩。然而，与非转基因的品种相比，这个品种并没有带来经济上的好处。麦当劳等美国最大的土豆消费商对它完全没有兴趣。麦当劳每天消耗的土豆多达400万千克，当它要求供应商不要种植这种转基因土豆，这个土豆品种就只能黯然退出了市场。
　　转基因土豆研发的当然不止孟山都公司。1996年，巴斯夫向欧盟申请了一个叫Amflora的转基因品种。土豆的主要成分是淀粉，包括支链淀粉和直链淀粉两类分子结构。支链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价值。而直链淀粉不溶于水，对于形成生物聚合物会帮倒忙。
　　对于吃土豆的人来说，哪种淀粉多或少没有多大关系，但对于加工而言，单纯的支链淀粉就要优越得多。而这个Amflora品种就是通过调控土豆本身的基因，抑制它生成直链淀粉，从而得到支链淀粉土豆。这对于工业加工而言，自然很有吸引力。巴斯夫的申请只是用于工业产品和动物饲料，并非用于食品。而这个品种在经过了十几年的等待后，终于在2010年获得了种植许可。
　　巴斯夫的长远目标是将Amflora品种的土豆用于食品中。然而，在2010年的生产许可中，这种土豆的成分虽可以在食品中出现，但不许超过0.9%。
　　除此之外，巴斯夫还提交了几种转基因土豆的申请，比如抗马铃薯晚疫病的转基因品种。马铃薯晚疫病是土豆种植中的第一大病害。而目前，除了培育抗病品种之外，对它的防治靠的是杀虫剂与重金属农药。
　　虽然这些转基因土豆品种都很有价值，但是，欧洲的反转基因声音却不可忽视，转基因食物的反对者几次三番破坏巴斯夫的试验田，同时，欧盟对转基因品种的审批又充满了不确定性。看不到未来的巴斯夫只能撤回了在欧洲的申请，将研发中心搬到了美国。最终，Amflora土豆虽然获得了批准，但巴斯夫放弃了商业化种植的努力。
　　目前，世界上还有一些公司在研发转基因土豆。其中，最有可能上市的应该是当年被麦当劳要求不种转基因土豆的辛普劳公司。辛普劳公司的土豆品种Innate可以减少天冬酰胺的含量，而天冬酰胺是生成丙烯酰胺的前身。所以Innate品种可以大大降低丙烯酰胺的产生。虽然也叫转基因，但Innate土豆跟通常说的转基因作物有很大的不同。转入的Innate基因来自其他种植或者野生的土豆，本身仍是土豆基因。在对物种基因的改变上，这其实跟杂交水稻差不多。
　　从转基因土豆的过去和现在就可以看到，转基因食物所具备的潜力，可以预见，在未来，针对不同问题的转基因土豆的大规模应用将会给土豆产业发展带来一场革命性的变化，不仅运输和储藏成本大大削减，还有可能催生以制种为主的研发型企业等，从而改变现有产业结构。
　　土豆的生长季长短也会受到影响，进而影响和其他作物的接茬连作种植方式。这将可能导致整个作物的布局和耕作方式发生变化。
　　转基因食物能做什么？
　　显然，转基因是一种非常好用的工具，它的应用潜力无限。
　　转基因食物最吸引人的一个原因就是它的效率。新DNA的导入只需数小时或者数天。而经过修饰的个体通常只需要几周或者几个月就能生长成熟，随后就可以接受必要的测试。传统选育技术达到同样的效果则需耗时数代，前后加起来常常需要10年的时间。
　　除了让农业生产变得更容易和更高效，而且还能提高食物的品质。比如，转基因技术可以提升猪肉和牛肉的瘦肉含量，减少油脂。再比如，单位牲畜的产量也可以得到提升：奶牛可以产更多的奶，母鸡可以生更多的蛋，或者小麦可以结出更多的穗。
　　另外，还有些转基因食品的研究目标是让作物拥有自己的固氮基因。空气中有79%的氮气，而氮元素则是蛋白质和核酸的关键组成元素之一。尽管如此，植物却只能利用已经被固定的氮元素。所谓＂固定＂，是指氮元素由游离的氮气变成氨气和硝酸盐。生成氨气的化学反应式为：3H2+N2→2NH3，这个反应主要发生在固氮细菌的细胞内。
　　固氮细菌通常存在于豆科植物——黄豆、豌豆以及桤木根部的瘤状物里。工业生产中也可以通过氢气和氮气的化合反应制备氨气，但是这种人工的固氮方式需要耗费巨大的能量。不仅如此，就保护自然土壤生态而言，施用氨气和其他含氮化肥的效果也要远远逊色于有机氮肥。按照从前增加土壤氮肥肥力的传统做法，农民会先种植一轮固氮作物，随后把它们犁埋进土里用于培育其他作物。
　　不过，人们更希望的是所有作物都能有自己的固氮基因nif。有一种名为肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）的细菌，它的nif基因成簇地堆叠在一起，我们可以把nif基因从细菌中提取出来，然后转入希望改造的目标作物体内，让它们在其中进行功能性的表达。
　　此外，对作物的改良还包括让它们获得抵抗毁灭性灾害的能力，比如对抗真菌感染和虫灾。每年全世界的虫灾都会让种植农作物的农民损失惨重。已经有许多企业尝试过把抵抗虫害的基因加入农作物中。这些公司最常用到的目标蛋白是Bt毒蛋白，它是苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringensis）中一系列昆虫毒性蛋白的统称。获得这些毒性蛋白基因的转基因植物可以拥有一整套抗虫机能。
　　还有一种转基因应用是通过改良植物，令其获得抵抗特定除草剂的基因，这些基因通常来源于某些细菌。比如草甘膦，种植了抵抗这种除草剂的作物后，农民就可以给整片农田喷上除草剂，而不用担心把农作物和杂草一同杀死了。
　　转基因食品让农业生产变得比从前更高效，但是它们在提高效率的同时也带来了争议。有许多人觉得，人类健康和自然环境都受到了＂基因污染＂的威胁，而且这种威胁＂不可预知，不可控制，没有必要且不受欢迎＂。就理论而言，把制药用途的转基因动物从非转基因种群中孤立出来，防止两者发生配种繁殖在技术上是可行的，但是转基因技术的反对者担心隔离技术的实现没有那么容易，基因污染在所难免。完全断绝转基因生物与同种个体之间的生殖联系非常困难。
　　尽管目前转基因食物的商业化还需要面临诸多的限制，以及人们对于转基因食物的争议，但从转基因食物展现出的未来潜力来看，转基因食物的＂反自然＂终将成为＂自然＂，未来食物也将为之一新。