舌尖上的基因工程

劉強

2020年的春天已經到來，原本萬物復蘇的時節，所有人的生活都被突如其來的新冠肺炎疫情打亂。在漫長的窩家時光里，許多人久違地投入到柴米油鹽的煙火氣中，開始關心起糧食和蔬菜。

“民以食為天”，在當下尤顯意義重大。隨著疫情在世界范圍內暴發，部分國家也紛紛頒布糧食出口禁令，令人不由得擔心今年全球糧食的供應市場會不會也有一場大風暴。

在各行各業已陸續返工復工的大背景下，農業生產卻面臨著極嚴峻考驗：

首先是疫情導致的農業生產人員和各種農業物資短缺，然后是不久前爆出的非洲沙漠蝗、北美草地貪夜蛾等外來入侵蟲害，再加上過度種植導致的土壤地力減退，以及氣象預測今年可能有的大澇大旱等極端天氣，等等。

面對一系列困難，如何有效守護好國民口糧，是擺在我們面前的一道必答題。

自然之問：糧食多少才夠吃？

大自然拋給人類的第一問，今年糧食夠不夠吃？

農業生產本質上是對自然界的光能轉化后的物質定向流動，換句話，作物的天職就是好好曬太陽，吸收空氣中的二氧化碳和水，不斷合成碳水化合物，然后沿著食物鏈逐級傳遞，成就我們的一日三餐。

如果把種種自然追加的難度放一邊，只以往年的數據來對地球供給能力做個簡單計算：

地球生物圈每年光合作用固定到植物中的能量為2.8×1021J，人類對總光合作用量的利用率為1%，一個人平均每天消耗食物能量約9.2×106J，一年有365天。因此地球所能夠供養的人口數= 2.8×1021×1%/（9.2×106 × 365）= 80億。

截至2019年，在我國完成注冊的外資種企超過70家，牢牢把持了我國高端蔬菜種子一半以上的市場份額。這些“洋種子”壟斷了國內種子的定價權、供貨權，可以隨時給種植業制造漲價、無貨、減產等事端，已直接威脅到中國農業生產安全，就和電子業的芯片一樣，屢屢掣肘中國在國際場合的外交交鋒。

記住這個數字，供養“80億”人口是地球生態的理論上限，而目前地球人口已超過70億，人口基數已經觸及自然承載的天花板。

而每年光合作用固定的植物有很大一部分是非作物類，過度種植導致土地日益貧瘠，病蟲害和極端氣候造成局部減產，糧食流通和消費環節存在大量損失和浪費。結果就是，在人類文明高度發達的現代社會，一些邊緣角落里，依舊有幾億人長期處于饑餓狀態。

據聯合國國際糧農組織（FAO）2018年預計數據，不考慮氣候變化對糧食產量的影響，要喂飽不斷增加的人口，2050 年的糧食生產量必須提高 50% 以上。

這個數據投射到今年的農業測算，再加上非洲沙漠蝗 、北美草地貪夜蛾等外來蟲害威脅，以及可能的大澇大旱等極端天氣，可以很肯定地說，今年的糧食生產壓力空前。

育種，掣肘農業的“芯片”

令人慶幸的是，現代農業生產早已不是“種豆南山下”的古代小農耕作，而是社會工業大生產的一環。隨著農業技術不斷升級，我們已掌握大量保障作物豐收的法器。

但是，在過去半個多世紀里，化肥農藥的過度使用也破壞了土壤的微生態系統，單純加大施用劑量已無法再增加作物的產量。不斷爆發的農害也在提醒我們，自然是有極限的，我們不可能無限索取。

于是，培育高產/抗蟲作物新品種，成為當前的必然選擇。

但目前有一些遺憾的是，和其他諸多工業類似，這一農業生產的關鍵點上，我國還在處處受制于人的狀況。

以大豆為例。我們曾是全球重要的大豆產區，東北黑土地滋養著大片豆田，為世界提供大量植物蛋白和畜牧養殖原料。可惜短短不到一代人的時間，我國大豆種植就全面淪陷。

自1995年起，我國開始進口大豆，一瞬間由大豆出口國變成進口國。短短5年后，年進口量超1000萬噸。到2016年，我國本土大豆出產量僅1200萬噸，進口量卻高達8323萬噸，對外依存度超過85%。國際大豆市場基本形成“美洲種大豆，中國買大豆，美國定價格”的被動挨打格局。

美國大豆為什么會對中國大豆形成如此的壓倒性優勢？問題就出自種子。

美國大豆經過轉基因處理，產量大，出油率高（比我國東北黃金豆出油率要高六分之一左右），經濟價值高，是大規模工業生產的理想原料。再加上得天獨厚的光熱條件和廣袤地理資源，使其牢牢把住大豆市場的調節閥。而大豆的下游幾乎和所有蛋禽魚肉類產品都息息相關，是關系國家菜籃子的重要生產原料，與民生干系甚大。

事實上，自改革開放伊始，一直到2000年實施《中華人民共和國種子法》，我國國內種子市場幾乎完全對世界開放。一些野心勃勃的外資種子企業，包括杜邦、孟山都、先正達等，紛紛在中國落子布局，設立辦事機構、建立研發中心、布置品種試驗、參股本土優勢種子企業、成立合資公司等。

截至2019年，在我國完成注冊的外資種企超過70家，牢牢把持了我國高端蔬菜種子一半以上的市場份額。

“種子按粒買，糧食按噸賣”的殘酷現實，不僅僅是一線農民的辛酸體會，也折射出中國農業產業的巨大短板。這些“洋種子”壟斷了國內種子的定價權、供貨權，可以隨時給種植業制造漲價、無貨、減產等事端，已直接威脅到中國農業生產安全，就和電子業的芯片一樣，屢屢掣肘中國在國際場合的外交交鋒。

基因工程，魔盒還是救星？??

我們不禁要問，中國作為農業大國，為什么育種還需假人之手呢？

答案很簡單，如上所說，現代農業生產早已不是今年收獲，自己留種明年播，剩余再拿去消費的小農經濟時代。在現代化生產中，種子的好壞直接決定了產量，決定了作物對蟲害、極端天氣等負面環境的適應性。而培育具有優良抗災害特質的現代植種，必須站在遺傳物質（基因）的層面去對種子做微調。

一款優質作物種子的開發和投放市場，需要扎實的基礎研究做指引，精密的生物操作平臺負責實施，有效的社會大工業積極配套，還要被一個理性而開放的現代社會接納。

對于轉基因作物的利弊，國際上來來回回討論了很多回合，直到今天也貌似看不出個勝負（當然只是表面上的），而中國的農業育種就在這個過程中拖宕下來。

但基因工程育種，就真的不可取嗎？

歸根結底，物競天擇也是一種定向的種群培育，皆是基于對變異的選擇。而基因突變在自然界本就是時間激發的必然事件，正因如此，人類才從草地里分出了五谷，育出了蔬菜。

過去半個世紀，人類對遺傳物質的理解有了質的飛躍，大家漸漸認識到，這個過程是可以更深度干預的。無論是自然變異還是人工誘導的變異，本質上并無不同。

只是自然突變發生頻率相對較低，且具有隨機性，難以滿足育種需求。采用雜交、自交等常規育種技術，則存在周期長、效率低、遺傳資源狹窄等問題。因此，以轉基因和基因編輯技術為代表的現代分子育種技術，逐漸成為選育新品種的重要途徑。

更具體來說，目前最為簡單高效的CRISPR/Cas9基因編輯技術（Cas9是一種可用于切割DNA的酶），已經可以在不引入外源基因的情況下對基因組進行定點編輯。這使得我們可以精確賦予農作物抗旱、抗蟲、抗病等各種特性，應對一系列自然問題。之前美國就是應用轉基因玉米種植化解了草地貪夜蛾蟲害。

回望全球，自 1996 年首次商業化以來，全球轉基因作物種植面積持續增長。據國際農業生物技術應用服務組織（ISAAA）統計，2018 年全球轉基因作物種植面積達 1.917 億公頃（約1/5個美國面積），共計26個國家種植了轉基因作物，44 個國家進口轉基因農產品用于糧食、飼料和加工。

轉基因技術大大提高了作物育種效率，同時降低了農藥、肥料等生產資料的投入，生態、經濟效益十分顯著，已是全球糧食安全的重要保障之一。

對于中國轉基因作物現狀，農業農村部部長韓長賦在一次采訪中，道出了一個和大眾常識相悖的事實：中國社會反轉基因的高昂情緒，反而導致我們進口了更多轉基因農產品。

的確，如果國內糧食供應不上，就必然要從國外進口，而轉基因已成農業生產重要手段，不可能回避。

自然生態在不斷演化，農業生產方式也在隨之變化，之前我們由于認知限制，一直在先端農業育種上裹足不前，但或許順應變化、積極邁開步子，才是文明發展的客觀方向。

我們的祖先從遠古時代起就在進行品種改良，把可食用的植物馴化成作物，把野生動物馴化成家畜，并在持續的主動選擇中不斷強化其對人類有利的特征。在傳統馴化中，人們嚴密規劃動物、植物的交配，依賴大量的自然基因突變，形成豐富的基因庫進行組合排列，像博彩一樣，找到我們渴求的品種。

隨著生物遺傳學技術的發展，人類已經破解了很多基因密碼，知曉了很多改良品種的可行途徑，但品種改良的思路并未發生改變，不過是在生物遺傳物質的層面睜開了眼睛，為自然進化安上了加速器。

尊重并應用好這個武器，從生態保全、生存安全和基因工程之中找到一個平衡，我們必然能解決糧食問題，實現“人人得食，天下無饑”的美好愿景。

◎ 來源|微信公眾號“科學辟謠平臺”