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转基因与食品及粮食安全

  • 日期:2019-10-22 15:43
  • 作者:逸农
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近年来围绕转基因食品安全问题,争议不断,难以定论。但如果能从物种进化、自然选择、基因突变、基因工程、传统育种和转基因育种等多角度来综合地看转基因和食品安全问题,或许会变的简单一些。转基因食品是转基因技术在作物育种中的应用产物,在这个角度讲,转基因技术仅仅是一种育种技术。转基因食品的安全风险更多来自于转基因技术的不当应用,而非转基因技术本身。本文试图从科普的角度使读者对转基因食品、食品安全以及国家层面上的粮食安全问题,有所认识。

一、食品安全是一个生物学的、宗教的和文化理念的动态概念。

人类对卫生的概念是一个动态和变化的过程。生物学和医学上的卫生概念与生活中的卫生概念是不相同的。生物学和医学上的卫生概念是无毒、无菌、无异物,生活中的卫生理念则是还要符合传统文化、宗教信仰和视觉审美,不同的背景下对干净卫生有不同的理解。比如,有些地区认为老鼠、猫和蛇是不能吃的,而另一些地区却当作美味,这是文化的;饭碗里的食物是干净卫生的,但洒在衣服上却成为污秽,需要尽快清洗掉,这是视觉审美的。很多民族把猪肉当作主要肉食,而穆斯林认为猪肉不洁,这是宗教的,又是文化的。在荷兰显微学家安东尼·列文虎克十七世纪就发现了微生物之前,人类对微生物的不洁性毫无认知,直到1928年英国细菌专家弗莱明发现了抗菌素后,才真正认识到病原微生物的危害性。微生物和抗菌素的发现是医院发展最重要的里程碑之一,并因此而创立了现代医学。很多过去被认为是安全的食品添加剂后来被证实是对人类健康有害的,比如苏丹红和味精。由于缺乏对医学和生理学的认识,美国华盛顿总统据说尽然是因为过度放血治疗而导致死亡。现在我们认为是安全的东西,将来或许将被证明是不安全的;相反,现在认为对人类健康有害的东西,或许将来将被证实是有益的。人类从来没有停止过对生命奥秘和医学的探索,人类也从来没有停止过对食物的开发,而且还将继续探索下去,还有更多的未知需要去探索和发现。转基因技术和转基因育种及其安全性,就是人类探索和发现的重要内容,有很多问题要现在就下定论,或许还为时过早。

二、物种的进化和自然选择并不需要考虑人类食品安全问题。

达尔文进化论认为,物种是为了适应环境生存压力,采取不同的生存应对策略,通过自然选择,物竞天择,适者生存并繁衍后代,形成我们得以见到的形形色色的物种,构成了丰富多彩的生命世界。比如生活在不同海岛的鸟类,由于选择的食物不同,分别演化出了以植物种子为食的粗短的喙和以昆虫为食的细长的喙;生活在北方寒冷地区的动物由于保温和减少热量损失的需要,趋向于使个体长的更大,被毛更厚,耳朵和四肢更为短小和粗壮,而生活在南方温暖湿润地区的动物则相反,被毛单薄,个体较小而纤细。植物也存在生存压力和应对策略,干旱地区的植物叶片进化出有保水作用的蜡质保护层,以减少水分蒸发;有些植物会演化出尖锐的刺或有毒化学物质,用来抵御食草动物的啃食等。

自然选择的基础材料来源于遗传变异及其相应的性状多样性。动植物在紫外线、射线等环境因子的作用下,其遗传物质在分子水平上会发生突变,也就是基因突变。基因突变会导致外形和生理形状的改变,从而对环境的适应能力表现出差异。在恶劣环境下,具有更强适应能力的个体具有更强的生存能力,有更多的生存机会而得以生存下来,适应能力弱的个体则被选择性地淘汰,从而把具有具有较强适应能力的遗传特性逐代累积下来产生不同的亚种,当差异累积到产生生殖隔离后便形成了新的物种。

一般性讲,基因是利己的,不是利他的。自然选择和进化的根本动力在于物种自身生存的需要,而不是作为食物奉献给其他物种或人类,所以自然界绝大多数物种对其他生物或人类是有害、有毒的,甚至是天敌,动物和植物均如此,他们在进化时并不会考虑人类的食品安全问题。蛇、蝎、有毒植物、毒蘑菇等等形形色色的有毒动植物、微生物比比皆是,品类繁多的中草药很多也是有毒性的。俗话说“是药三分毒”,人类正是利用了中草药中某些独特性的生物学毒性在治病救人。

三、传统作物育种主要选择产量、口感和抗逆性作为评价标准。

原始人类由于狩猎的困难、危险和猎物的稀缺,采食植物野果、籽实、枝叶和根茎一直是获得食物的重要途径,并逐步把野生的植物进行人工栽培驯化。在食补短缺的时期,对食物优劣评价的主要标准是能吃、好吃、有的吃,只要能帮助度过食物缺乏时期,不明显表现出毒性即可。随着农业的发展,生活水平和认知水平的提高,才把注意力转向追求营养、保健和安全。

理论上讲,任何新选育的品种都有可能有潜在毒性的隐忧,但很少有人会担心像小麦、大米、玉米这样经过人类长期选育种植的作物会有毒性,通常认为高产和好吃的品种就是好品种。人类对传统栽培作物的未知和潜在的毒性并不特别予以关注,通常对传统育种手段、甚至杂交育种手段培育的作物新品种,也并不进行安全性鉴定,只要产量高,口感好就行。传统育种更关心的是产量、口感和抗逆性问题,而不是食品安全问题。事实上,即使是用传统育种手段培育的作物新品种,也可能存在未知的毒性问题,只是人们认为小麦、大米、玉米这些人工栽种几千年的粮食作物不可能有毒性。但为什么对转基因品种就会有安全风险的担忧呢?

四、转基因技术发展兴起源于农业生产的实际需要。

杂草是作物种植的头号问题。清除杂草和病虫害防治耗时、费力、劳动强度高,无论是欧亚小农经济还是北美集约化农业,清除杂草都是令人头疼的问题。如有能有一种化学药剂能代替人工除草,那该多好,于是美国人把越战战场上用的落叶剂开发为农用除草剂。但除草剂是庄稼和杂草一起除,如果能有一种只除杂草不除庄稼的选择性除草剂,那不是更好!

1987年,比利时的德布劳克等用生物化学技术使一种能够分解膦的基因在马铃薯、烟草和番茄植株中得到表达,由此产生的植株具有抗除草剂的能力,甚至当除草剂喷施量超过正常用量的10倍时,该转基因植株也不受影响。同年,美国卡尔金公司的托普森等人从鼠伤寒沙门氏杆菌中分离出一种基因(aroA基因),它的产物能有效地分解甘草膦,利用此基因转化番茄,获得草甘膦植株;同时,孟山都公司把抗甘草膦的另一基因(EPSP合成酶基因)转入大豆,使大豆对甘草膦的抗性大大增加,并投入商业化应用抗除草剂转基因作物诞生了。

五、转基因育种只是一种技术手段,本身无所谓有害无害。

19世纪60年代,奥地利遗传学家格雷戈尔·孟德尔就提出了生物的性状是由遗传因子控制的观点,但这仅仅是一种逻辑推理1909丹麦遗传学家维尔赫姆 路德维希 约翰逊提出“基因”概念。20世纪50年代以后,随着分子遗传学的发展,尤其是沃森和克里克提出DNA分子的双螺旋结构以后,人们进一步认识了基因的本质DNA携带有合成生物体基础物质蛋白质所必需的遗传信息,是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子物质,而基因DNA具有遗传效应的功能片段。每个DNA分子上有多个基因,每个基因成百上千个脱氧核糖核苷酸碱基对组成。由于不同基因的脱氧核糖核苷酸的排列顺序(碱基序列)不同,不同的基因就含有不同的遗传信息农作物的生产性能、抗逆性、颜色、口感、粗壮、高矮等特性是由基因所含的遗传密码控制的。1966年,美国科学家尼伦伯格等破译了组成生物蛋白质的全部20中氨基酸的遗传编译密码,揭开了遗传物质DNA控制氨基酸合成的机理,宣告分子遗传学的诞生。随着DNA限制性内切酶和DNA连接酶等工具酶的相继发现,为体外遗传操作提供了便利的工具,这使基因工程和转基因育种成为可能

转基因技术是指利用DNA重组、转化等技术将特定的外源目的基因转移到受体生物中,并使之产生可预期的、定向的遗传改变使获得优良基因的生物的遗传特性得到改善并能进行表达和遗传,进而使生物获得优良性状如抗药性、抗虫性、抗倒伏、抗盐碱性等。但事物总是一分为二的,转基因技术的正确使用是有益的,错误的使用便是有害的。毫无疑问,转入优质、高产、抗旱、抗倒伏基因是有益的,也不存在安全风险问题。但转入有毒、有害的基因和用危险的方法应用与农业生产则是有害的、危险的和可能暗藏杀机的。

转基因只是一种技术,转基因食品的安全风险并非来自转基因技术本身,也不是源于技术的成熟不成熟问题,而是来自于转基因技术的不恰当和错误的应用。

六、当前转基因食品的危害性主要来源于杀虫剂和Bt毒蛋白等,与转基因技术本身无关的有毒有害化学成分和有害的经营目的。

目前最有争议的是抗草甘膦转基因作物和Bt抗虫转基因作物。抗草甘膦转基因作物种植可能的危害性来自于大量使用的草甘膦毒性,而Bt抗虫转基因作物可能的有害性则来自于Bt毒蛋白的毒性。

草甘膦一直被认为对非靶标生物具有低毒性,也未在任何动物的组织中富集,没有对人类健康产生危害的记录。但国内外也有不少研究报道称草甘膦对蟾蜍、黄鳝、鼠类等动物有害,对人类也有直接危害,表现为肝毒性、免疫毒性、内分泌毒性和遗传毒性 【窦建瑞等,草甘膦对人体的毒性研究进展江苏预防医学201311月第246期】

抗草甘膦转基因作物被广泛种植引起草甘膦大量使用还会导致其在土壤中的积累,对土壤化学过程和生态系统造成影响,破坏生态环境平衡,危害生态环境安全人类及其他生物的健康调查研究发现,土壤中残留的草甘膦会破坏土壤微生态,影响微生物数量和土壤酶的活性,尤其会抑制放线菌数量和脲酶的活性,而且残留的草甘膦会随地表径流进入水体,影响水质,造成水生生态的失衡【王军华等,《江苏农业科学》2016年第04期】

种植抗草甘膦转基因作物的目的显然是为了使用草甘膦,不大可能有人种植抗草甘膦除草剂的转基因作物而不使用草甘膦的。而大量使用草甘膦有可能还会选择出具有抗草甘膦的超级杂草,使杂草最终无法控制,影响到物种间的公平竞争关系,使原有某些优势物种转为劣势物种或甚至直接灭绝,破坏生态平衡

所以,尽管转基因学家认为草甘膦低毒,但毕竟还是有毒,草甘膦对人畜和其他生物还是有害的,草甘膦在土壤和水体的累积会影响到人畜健康。草甘膦也对害虫及其动物甚至微生物群落产生影响,产生抗草甘膦的害虫、病毒、细菌,导致生物群落、生态系统和生物区系的结构性改变,破坏生态系统的平衡和稳定。

至于Bt转基因,则是控制植物产生内源杀虫化学物质的一种转基因。Bt基因即苏云金芽胞杆菌基因,由美国孟山都公司1995年把苏云金杆菌基因插入棉花植株获得转基因棉花植株,并培养获得Bt抗虫棉品种。因其表达产物Bt毒蛋白杀虫效果好、安全、高效等优点而成为应用最为广泛的抗虫转基因。其生化机理是转入到棉花组织中的Bt杀虫蛋白基因能够表达、控制、合成一种叫σ-内毒素的伴胞晶体,鳞翅目等敏感昆虫的幼虫吞食后,在其肠道性条件和酶的作用下,或单纯在碱性条件下,伴孢晶体水解毒性肽,并很快发生毒性Bt抗虫棉使棉株能产生一种内源毒素,使棉株具有杀死棉铃虫幼虫的能力。喷施棉花吨田宝可以通过调节Bt基因的表达,调控σ-内毒素的合成,从而调节Bt抗虫棉的抗虫性。研究认为,Bt抗虫棉的毒性具有很强的选择性,专门破坏棉铃虫等鳞翅目害虫的消化系统,导致其死亡,而对人畜无害。Bt抗虫基因可以用在棉花上,也可以用在玉米、马铃薯及其他作物上,用来对付鳞翅类害虫,具有较为广泛的用途。

Bt抗虫转基因作物的危害性,主要来自Bt毒蛋白的毒性。尽管Bt抗虫转基因表达的毒蛋白选择性高,但还是有人担心对人体、其他生物和环境有害。尚未有关于Bt基因产物蛋白对人畜有危害性的报道,但仍有人担心,既然bt毒蛋白对鳞翅目有毒,那会不会对人畜也有害呢?棉制品服装虽然只是穿在身上而并不作为食品,但畜牧养殖业却会把Bt转基因棉籽蛋白(棉粕)添加到饲料里供禽畜鱼饲用,所产出的肉蛋奶会不会对人体有害呢?而且Bt抗虫转基因玉米和马铃薯则是直接供人畜食用的,其有害性不是更直接吗?到底对人畜和其他生物有多大毒性?会不会带来生态安全风险?

这些问题应该由科学家、医学家和政府有关部门来回答。但可以肯定,随着经济和生活水平的提高,已经不再是食物短缺时代,人们对食品安全的意识和要求越来越高,转基因食品的安全问题已成为社会共同关注的问题和讨论的热门话题。

此外,还有人担心,由于转基因的操作工程不是用钳子、镊子这样的机械工具把一个一个的基因“卸下来”再“装上去”,而是在水溶液里完成的分子水平上的生物化学操作过程,肉眼不可见,用手不可拿捏,所以在操作工程中有可能会有未知的有害产物、甚至某种“杂质”的生成,或许会危害人类和其他生物。目前还没有这样的发现,还只是一种怀疑和担心。当然,出于军事目的的转基因,那是可怕的,但这不属于本文科普的范围。

七、转基因不仅涉及食品安全问题,也涉及国家层面上的粮食安全问题。

随着生活水平的提高,消费大众的食品安全意识日益增强,对安全食品的要求越来越高。消费者需要的是安全、健康、口感好、营养丰富的食品,不仅当下安全,还要长期食用安全,无有害物质累积。不仅直接食用安全,还要无公害、无污染、无食物链富集、无隐形的潜在危害,还要生态安全,对害虫的天敌及生态系统的食物链没有影响,不破坏生态平衡和生态系统稳定。

另一个问题是国家层面上的粮食安全问题。我国农业具有小农经济的特点,农户自古就有自己留种自己种的传统,但这局限在传统作物种子。杂交种子由于子一代不育或低产,农户无法自己留种,只能每年从专业育种机构购买种子。尽管我国注册的种子公司有近三千家,但由于转基因育种的复杂性,对育种技术的要求高,中小型种子公司没有实力进行转基因育种,只能依靠为数不多、有足够实力和规模的专业育种公司进行转基因育种,具有垄断经营的特点,育种基地相对集中,甚至部分种子还要从外国公司进口。由于不能自己育种,原有遍布全国的基层种子站和中小型育种基地已经失去原有的育种和扩繁能力,只能单纯的经销种子。试想,如果发生战争、敌对势力进行人为破坏或遇到突发性的自然灾害,为数不多的大型育种公司的育种基地和种子仓库遭到破坏,外来种子输入渠道也同时被切断,只要一年断绝种子供应,会产生什么样的后果是不言而喻的。庆幸的是国家已经建立了种植资源库,专门用来保护珍贵的种植资源,但库里的种子数量不足以直接用于大面积种植,必须进行扩繁才能用于生产一线大面积种植的需要,而这个扩繁过程有可能是一年、两年甚至几年,无法满足紧急状态下的种子需求。所以相应的种子安全对策措施必不可少。

八、转基因育种是现代育种技术发展的重要方向之一,这门技术不可不研究、不掌握。

转基因技术可以有效提高作物生产性能,提高产量,改善品质,提高抗逆性和对环境的适应能力,降低生产成本,提高经济效益,缓解环境压力和经济压力。转基因技术一经问世便受到科学界和农业产业界的广泛关注。转基因技术是现代农业生物技术的前言领域和核心组成部分,正在得到了深入的研究和开发应用。目前全世界进入田间试验的转基因植物已超过500种。我国是人口大国,解决吃饭问题始终是重中之重的根本问题,国家一直在积极探索如何提高粮食产量和农业生产效率,关注粮食安全问题,千方百计满足国民对粮食消费的需求,不可能不关心转基因技术在育种领域的基础研究和开发应用。近年来我国在基因工程和转基因育种基础研究和应用研究领域已经有突破性的进展,逐步缩短与世界先进技术的差距,并在局部领域达到领先水平。问题的关键并不在于是否研究和开发应用基因育种技术,而是在于要有风险意识和危机意识,需要加强对育种产业的行业管理和风险管理,使转基因育种技术能在化解食品安全风险的前提下,有效应用于农业生产,发挥生产效能,提高生产效率,解决粮食安全问题,造福于民。

习近平总书记十分重视粮食安全问题,2018年末在黑龙江省考察时说:“中国人要把饭碗端在自己手里,而且要装自己的粮食。”只要能胸怀国家,为人民谋福祉,选择正确的方向、原则和方针政策,加强基础研究、应用研究和技术手段开发,便一定能趋利避害,使转基因技术为不断实现人民对美好生活的向往服务。(20191018日)


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