落痕无声，生物phd

前不久，世界粮食奖授予了转基因作物的三位先驱，比利时人 Marc Van Montagu，美国人 Mary-Dell Chilton 和孟山都的 Robert Fraley。这也算是认可了 20 年来转基因作物对世界粮食做出的贡献，似乎也从另一个层面在鼓励和发展转基因作物，以应对未来可能出现的粮食危机。

如果说孟山都的崛起让转基因技术深刻地植入在人们内心里，犹如开启了潘多拉的魔盒，伴随着无数的诱惑和恐惧，带来了新生。尽管孟山都帝国随后衰落， 但是转基因作物并没有被扼杀在摇篮之中，反而生机蓬勃。盲目的自信曾经让我们付出过惨痛的代价，人类对自身的缺陷的了解让我们更加深了转基因技术的戒备， 更有甚者，认为那不过是 Frankenstein 的化身（曾经风靡加州的 Flavr Savr 番茄就被称为过 Frankenstein 食品）。而且转基因作物诞生伊始便是笼罩在浓重的商业利益之下，而且孟山都的野心呼之欲出，这些不安的因素和反对的浪潮从来也没有停止过。层出不穷的争论 背后，除去利益之争，更多的是对技术本身的批判，对结果的质疑以及对未来潜在隐忧的猜测。

在美国，除了玉米，大豆和棉花，转基因技术已经被引入了数十种农作物，政府（USDA-APHIS）每年都会收到有成百上千的转基产品的申请，大部 分的申请都会通过。截止到 2009 年，获得许可证的产品超过 14000 个。在 2002 年达到顶峰，现在趋于稳定（数据来源：ISB and USDA-APHIS, 2009）。

在所有商业化的转基因作物中，抗除草剂品种最多，其次是抗虫和产品改良，主针对土豆，烟草等作物，还会进行抗病毒和抗真菌改良（数据来源：ISB and USDA-APHIS, 2009）。

天赐 or 天灾

草甘膦（glyphosate，俗称“农达”），一种高效广谱的除草剂，曾经是孟山都最骄傲的产品。起初，孟山 都的生物技术部门看不起隔壁草甘膦销售部门，认为那不过是肮脏的化学物质，认为生物技术才是洁净的。但是，对于一个以盈利为命脉的公司而言，市场和利润永 远在第一位。在 20 世纪 80 年代，草甘膦才是孟山都农业部部门最赚钱的产品，而生物技术伴随的是旷日持久的高投入，却鲜有实际利润产出。生物技术部门面临巨大的资金压力。于是孟山都 的高管们突发奇想，如果能把草甘膦和作物绑定，找到耐受草甘膦的基因，就可以把草甘膦直接喷洒到植物上，然后将他们作为整体出售，将会大大拓宽市场（这个 决策后来被认为是孟山都最成功的事例）。当时 Mary-Dell Chilton 受雇于一个瑞士一个公司的生物技术部门，同样也想到了转基因技术与除草剂的结合，不过在保守的欧洲老板看来，这样做是不道德的，会不得人心，于是作罢，然 而孟山都却毫无所惧。因此，从一开始转基因技术研究的资金便来源于草甘膦抗性的研究。这也是为什么转基因作物一开始便是从抗除草剂开始。

于是，整个 80 年代孟山都生物技术部门集中了全部的才智研究草甘膦抗性，但是抗草甘膦研究还是陷入泥潭。草甘膦破坏了植物的莽草酸途径，阻断了芳香族氨基酸的合成。实验 室得到的突变体要么耐受不住高浓度的草甘膦，要么无法维持植物的正常生长。眼看计划就要流产，90 年代初峰回路转，孟山都的化学废弃物部门在考察草甘膦工厂周边的水体污染的情况时，残留的草甘膦灭绝了周围水体所以对它敏感的生物，选择地留下了存活下来 的种群，他们收集了许多淤泥样本，希望能找到分解草甘膦的细菌。正是在这堆淤泥样本里，他们找到了比在实验室里创造出来的任何一个抗性都要强得多的靶基因 突变体。既可以耐受高强度的草甘膦攻击，而对植物生长影响不大。至此，孟山都拿到了潘多拉盒的钥匙——耐草甘膦的 EPSP 合成酶。

与此同时，在遥远的大西洋彼岸，出现了与草甘膦竞争的另外一种除草剂双丙氨膦（Bialaphos）俗称 Basta，隶属于霍斯特公司。这是一种完全不同于草甘膦的作用方式除草剂。科学家在研究非洲的一种链霉菌家族成员时发现，它的分泌物可以杀死附近所有的 植物。随后发现是因为这些链霉菌分泌的 Bialaphos 能够阻止植物对氨的消化，最后导致氨在植物体内积累，最后中毒死亡。但是动物和人可以通过其他方法代谢多余的氨，因此对动物和人没有毒性。

Basta 抗性的研究比草甘膦顺利得多，Basta 是来由细菌分泌出来的，为什么对自身却没有毒性？带着这个问题，科学家很快就在链霉菌的 NDA 片段里找到了对抗 Basta 的片段，称为 bar 基因。和抗草甘膦基因工作原理完全的不同，bar 基因抵抗 Basta 是通过分解 Basta，以达到解毒的目的。随后霍斯特和和植物遗传系统公司合作，成功将抗 Basta 的 bar 基因导入烟草，时间是 1986 年，这比孟山都发现耐草甘膦的 EPSP 合成酶早了将近 4 年。

在随后的日子里这两个基因，两家巨头企业，每走一步都会爆发剧烈的冲突。但是最终 Basta 还是输给了草甘膦。因为草甘膦掌握在那些像盖茨比一样怀揣着典型美国梦，对技术和创新能力的过度自信的美国人手里；而 Basta 则是掌握在谨小慎微，甚至自我拆台的欧洲人手里。

天下无草

草甘膦从 1974 年开始商业化，仅仅过了十年，大自然便创造出来了抵抗这种超级除草剂的基因。沉浸在喜悦中的孟山都高管们当然不会在意这背后的意义，便急不可耐的投入商业 生产。20 世纪 90 年代初，孟山都的生物工程研究人员面对的要求是，公司最终得从生物技术的投资上获得回报，否则相关项目将被停止。很快抗草甘膦基因成功导入美国最有价值的 农作物——大豆，玉米和棉花。

以大豆为例，抗草甘膦大豆同草甘膦一起席卷了美国，从 1996 年推出抗草甘膦转基因大豆，到 2009 年抗草甘膦大豆已经占美国的大豆总面积的 90%，而且草甘膦的销售伴随着大豆的扩张也是一路飙升，而同时期其他除草剂比例则是逐年下降（数据来源：USDA-NASS, 2001, 2003, 2005, 2007, 2009a, 2009b）。

可能会有人疑问，为什么美国的农民都会选择草甘膦。毕竟市场上还有很多高效的除草剂。土壤水肥以及杂草管理对农民来说是一个至关重要的问题，一直以 来传统耕作是控制杂草的最有效的方式，通过深耕破坏杂草的生长周期以便控制来年杂草的数量，但是传统深耕会加大水肥的流失，而且会增加成本。除开化工厂和 有毒废弃物堆积场，地球上对环境破坏最大的人类活动就是农业，对大多数地方来说，清理土地不啻于一年一度的生态灾难。于是在 1985 年，水土保持政策纳入食品安全法案，要求降低耕作力度，保持水土，至少 30%的土壤表面要求覆盖作物的残留枝梗，促进能量循环利用。

相较于其他除草剂，草甘膦的特性是非选择性地消灭所有绿色植物，而对动物，水质，土壤几乎没有实质性的副作用，而且易于降解。因此和传统品种相比， 种植抗草甘膦转基因作物可以大大节约传统耕作耗费的成本，几乎不需要进行耕作，或者进行保持性耕作，便可以直接播种。（数据来源：Fernandez- Cornejo and McBride, 2002）。但是由于草甘膦效应周期短，农民通常加通过加大剂量或者提高频率来控制杂草的生长。于是在北美的转基因农田里，农民不需要人工小心翼翼地喷施 除草剂，经常会看到低空呼啸而过的飞机洒下成吨的草甘膦，留下一片寸草不生的农田。这也许是无数农业的工作者梦寐以求的景象。

进化的魔力

尽管孟山都的基因工程师意识到转基因作物将会给农田生态系统带来的巨大的变化，但是没有料到，杂草抗性产生的频率超出了想象的范围。也许他们早已经 忘记了现在所有抗草甘膦转基因作物农田里所有的 EPSP 合成酶都来自草甘膦工厂周围的淤泥里的一个细菌。转基因农田就像一个巨大的草甘膦工厂。

转基因作物彻底改变了传统农业的面貌。深耕方式改变杂草种群的过程会被打断；以前作物轮作方式被单一物种所取代，长期施用单一除草剂以及杂草管理方 式的改变等这些因素改变了农田杂草种群的选择压，造成杂草抗性的产生和加速了农田杂草类群的更替。如果说喷施草甘膦是对杂草种群成熟期进行的选择；那么耕 作方式的对杂草种子萌发时期进行选择，对杂草种群转变的贡献更明显。

从草甘膦 1974 年商业化到 1996 年，第一个自然进化出草甘膦抗性的杂草硬直黑麦草(Lolium rigidum) 便出现在澳大利亚，随后又陆续发现了多种抗草甘膦的杂草。截止到 2010 年，全世界统计发现了 18 种抗草甘膦的杂草，仅在美国独立的进化出来 10 种抗草甘膦的杂草（数据来源：Heap, 2010）。这些产生抗性的杂草并不一定是在转基因农田产生的，基因漂移假说并不能解释这些杂草的抗性来源，因为在美国的农田里，并不存在大豆，玉米或棉 花的野生近缘杂草类群，生殖隔离阻断了基因漂移。因为草甘膦抗性是一种耐受机制，长期施用草甘膦，这种巨大的选择压加速了杂草种群的进化，因此产生了抗 性。

第一个由转基因作物引起的抗草甘膦杂草加拿大飞蓬(Conyza canadensis)在 2000 年首次被报道后，随后被风携带的种子像病毒一样扩散到整个美国的转基因农田里，尤其是在没有耕作的农田里，更加难以控制。随着时间的推移，越来越多的杂草 在转基因农田里出现了对草甘膦的抗性：如苋科的长芒苋和水麻，菊科的豚草和三裂叶豚草，藜科的地肤，禾本科的意大利黑麦草和假高粱。但是农民不愿意放弃转 基因作物，毕竟草甘膦可以杀灭大部分的杂草，对于这些产生抗性的杂草，农民是深恶痛绝，一般是通过加大草甘膦的使用量和提高施用频率，或是与其他除草剂混 合喷洒，或者加大耕作力度，随之而来的成本也会增加。

如果草甘膦的施用以及耕作方式改变了农田的杂草生态系统，那些帮助杂草传粉或者寄生在杂草上的昆虫也必然受会到牵连，进而也会改变农田的节肢动物生态系统，那么病虫害的防治手段也要相应改变（由于这方面的数据比较缺乏，在此不做详述）。

基因漂移

转基因作物和非转基因作物之间的基因漂移受很多因素影响。狭义上的基因漂移一般指的是花粉漂移，不同的作物传粉性质（包括自花和异花授粉，风媒或虫 媒传粉，花粉的大小，沉积速度，漂移距离等）对基因漂移的作用也不一样，需要区别对待。在实际生产过程中，花粉漂移只是一部分，从种子运输，播种，萌发 ，生长到收获，包装，销售都有可能出现基因漂移。（这个问题需单独详述）

以大豆为例，大豆属一年生草本，高度自花授粉的作物。一般受精发生在花蕾时期或花瓣完全打开之前，而且大豆花粉偏重，不易于传播。因此，自然状态下 通过花粉发生基因漂移的概率很低。而且大豆是在于东北亚驯化，野生大豆主要分布于中国东北以及华北，俄罗斯远东地区，朝鲜半岛和日本也有分布。在北美没有 野生亲缘种存在。因此在美国的农田，不会发生转基因大豆与野生大豆的基因漂移。但是与常规大豆还是会发生基因漂移，相邻行之间的异交率在 0.03%-0.44%，隔离达到 10 米异交率为 0.01%，14 米以外只有 0.004%（CE Caviness，1966），理论上在转基因农田做好防护工作，发生花粉漂移的概率很低。但是实际生产过程中不可避免还是会通过其他方式发生交叉污染。

2004 年 UCS（the Union of Concerned Scientists ）曾经做过一项研究，系统地调查了美国常规的大豆，玉米和油菜品种中转基因污染的的情况，结果发现在抽样的 6 个品种中，至少 50%玉米，50%的大豆和 83%的油菜品种检测到了污染情况，污染程度在 0.05-1%，尽管比例很低，但是在种子数量基数如此之大的情况下，污染情况已经是很严重了。至于这些污染是怎么发生的，还不得而知（Gone to Seed: Transgenic Contaminants in the Traditional Seed Supply）。

说到这里，不得不提一下今年 6 月份农业部批准发放了巴斯夫农化有限公司申请的抗除草剂大豆 CV127、孟山都远东有限公司的抗虫大豆 MON87701 和抗虫耐除草剂大豆 MON87701×MON89788 三个进口用作加工原料的农业转基因生物安全证书。

其中明确规定是用作原料加工。但是如果原料是以种子形式运输过来，大量的种子装载，运输，转基因大豆种子泄露出来还是存在可能性，毕竟在美国这样监 管比较严格的地方还是出现了转基因大豆污染的情况。假如转基因大豆混入到了农民的常规大豆里面，农民是无法分辨出来的。一旦转基因大豆进入市场流通，很可 能会波及到主要的大豆产区：东北和华北，而这恰恰也是野生大豆分布的区域。我国具有最丰富的野生大豆资源，不论是物种的多样性，还是从大豆的育种角度来 说，这才是最宝贵的资源。在北美，南美或欧洲，这一套安全检测和管理方案也许没问题，但是在中国便不能照搬，需要因地制宜。

说来我们中国人既有像美国人那样对技术自信和狂热，也有似欧洲人那样保守谨慎，喜欢亦步亦趋。也许还是儒家的中庸之道最适合我们。

亡羊补牢

面对逐渐失控的局面，首先想办法延缓杂草抗性的进化。在此之前，首先必须要弄清楚杂草抗性产生的遗传机制。除草剂抗性一般是单基因作用，包括 EPSP 合成酶和 bar 基因。而且杂草产生进化产生的的抗性基因很少是隐形基因（因为突变同时发生在两条染色体的同一个位置几乎不可能，如果是携带隐形的抗性基因，杂合的杂草也 逃脱不了除草剂的杀害，而不能将抗性基因传递给后代）。大部分杂草的抗性基因都是加性或显性作用。因此一旦抗性基因进化出来了，便有机会可以传递给下一 代。

延缓杂草的进化有两个方向：一是降低已经存在的抗性基因在杂草群体中的频率，慢慢将抗性基因淘汰；二是降低杂草的选择压，减缓新的抗性基因产生。

首先想到的是庇护所。但是抗除草剂和抗虫的庇护所策略还是有区别的，草是死的，虫是活的。就算在转基因田旁边种上非转基因作物，两边杂草受到的选择压是一样的。

混合池策略 将两种或多种除草剂混合使用，携带有草甘膦抗性的杂草不能抵挡其他除草剂的杀害，这样就能平衡抗性基因在群体中的选择压，降低抗性基因在目标杂草中的频率。这个方法一般适用具备两种或两种以上抗性的作物，成本比较低，更受生物技术公司的亲睐。

除草剂和耕作除草结合，破坏杂草的生长周期，以达到同样的效果，但成本较高。

不同作物的轮作，通过除草剂的更换，改变了杂草生态系统，可以诱发杂草群体的竞争，能够大大降低抗性基因的频率。一般情况下，对一种除草剂有抗性的杂草会对其他除草剂产生超敏显性，在竞争中处于劣势。

在美国，这些管理策略不是强制执行，结果很多农民不愿意实行，因为这样通常会增加成本。而且大部分化工企业也不愿意开发新的除草剂，过度依赖某几种 有转基因作物的除草剂。而生物技术公司也是将不同的抗性基因聚合在一起，用于抵抗多种除草剂。然而这样的后果就是产生了具有多种抗性的杂草，有报道称在美 国伊利诺斯州和密苏里州发现了抗三种除草剂的水麻（Patzoldt et al., 2005;Legleiter and Bradley, 2008）。如果不加以控制，抗性杂草很快会蔓延开来。到时候就需要花更大的成本来解决杂草管理问题。

不能说生物工程师的盲目自信，商人投资者的急功近利，或是农民的目光短浅造成了现在的局面（另外政府或许也参与其中，不管是里根，还是克林顿时期对 基因工程管制的松懈，失去了公众信誉的保障）。毕竟农业自始至终是关乎所有人的事情。和其他人类活动诸如药品，化学产品不同，农业是与众不同的，农业对谦 虚，忍耐需求更甚。对待新技术时需要谦虚，期待公众的接受和资金回报时更需要耐心。生物技术的资金毕竟多数来自私人投资者和公司的董事会，而且谦虚和忍耐 确实不是他们的特色。如果人们，不论是科学家还是投资者，同生物技术打交道时连忍耐和谦虚都做不到的话，那他们一开始就不应该接触这门技术。