随着地球人口的不断激增,人类对粮食的需求日益增加,传统育种方式难以解决粮食带来的问题。1996年以后,转基因技术开始用于粮食作物的生产。抗虫和抗除草剂是转基因技术的两个主要研究方向,科学家用来自微生物的DNA分子,通过农杆菌介导法为主的转基因手段,将DNA分子转入了植物细胞中并形成新的单位,最终实现抗虫或抗除草剂的性状表达。这段DNA分子在植物中“工作”,并不干扰植物的任何代谢途径。转入的DNA就像给打了一针“疫苗”,让它对虫或除草剂,亦或是两者都具有了防御的能力。
▲抗虫(摘自王喜萍PPT)
▲抗除草剂(摘自王喜萍PPT)
▲抗病(摘自王喜萍PPT)
目前实现抗虫特性主要用到的是BT蛋白,它来自苏云金芽孢杆菌编码毒蛋白基因。王喜萍介绍说,因为被称为“毒蛋白”,为作物转入BT蛋白曾引发“虫子吃了会死,人吃了能行吗?”的疑问。
其实,BT蛋白是一种特异性蛋白,独特到只针对鳞翅目昆虫的幼虫起作用,且仅对它们消化系统中的中肠阶段的一个特异性受体起作用。当BT蛋白遇到这个受体并结合后,这些鳞翅目昆虫的幼虫会因为不能正常消化而最终饿死。
其实,植物天然也存在的“抗虫性”,主要依赖中间的代谢产物而实现抗虫。比如高粱会代谢一种又苦又涩的单宁物质,柿子皮很涩,茼蒿等蔬菜会有一种怪味道,虫子不喜欢这些代谢的中间产物,植物在一定程度上就避免了被虫子吃掉。 “苦”“涩”“怪味”的植物,虽然具有一定抗虫效果,但把这些源自植物的基因用到作物上,还需要两件事,第一是认知这个基因,第二知道如何筛选出这个基因。这些还需要科学家们继续深入的去研究。
植物转入抗除草剂特性的目的很简单,当作物有了抗除草剂的特性,施用除草剂后,杂草除去,作物本身还能健康的生长。种植抗除草剂的作物,不仅能解放劳动力,而且能降低施用农药对人体的危害。
转基因走出实验室路途漫漫
但是,转基因技术从实验室到餐桌,还要迈过很多门槛。以转基因三文鱼为例,在确认其食用安全性五年、环境安全性三年之后,美国食物药品管理局(FDA)才于2015年11月批准了水恩公司(AquaBounty)的转基因三文鱼品牌“AquAdvantage”上市。其实,这项改变大西洋三文鱼的生长激素调节方式,让鱼更快地生长到成年体型的技术,早在1989年就已经诞生了。
▲国际科学组织对转基因作物安全性的论述(摘自王喜萍PPT)