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许智宏：依法审批的转基因作物是安全的
今天讲座的主题是转基因.我给北大学生讲的时候,很多学生不知道农作物是怎么来的,种子是怎么回事.所以今天我从农作物怎么来的讲起,对我们了解转基因更有用.
我们的主食
全球有3万多种可食用的植物,但是我们真正吃的没有那么多.养育这个世界人口的植物有30多种,其中有5种谷物,水稻、小麦、玉米、粟类、高梁.这五类谷物提供了人类所需能量的60%,所以这5种作物最重要.还有约10种作物为人和家养动物提供了所消耗食物的95%.到目前为止,我们全世界农民大规模种植的作物仅有几十种.
我们是产量最多的世界农产品国家.我们吃的主粮中,水稻、小麦、玉米这几类占了四分之三,还有四分之一的主食来自红薯、土豆、山药.
除了主粮外,看看我们所必需的油和蛋白质农作物.大豆是世界上最重要的蛋白质油料作物,也是我国最重要的粮油作物.人们食用最多的是大豆油,其他还有菜籽油、花生油等.在全世界植物蛋白中,大豆蛋白占了67%.大豆给我们中国人提供了很大一部分的蛋白质.
现在的农业主要依赖于少数几种的粮食作物,这虽然增加了食品生态系统的效率,但同时也减少了作物和食物的多样性.作物多样性的减少使全球食物生产面临着一些普遍存在的问题,如病虫害、气候变化等,我们的生态系统也变得更加敏感.
就拿水稻来讲,中国过去种不同的品种,现在种类大大减少了.单一的品种对病虫害和恶劣气候更加敏感,而化肥和农药的大量使用造成了严重的环境污染.
从1960到2015年,中国的谷类,特别是小麦跟水稻的产量在稳步增长,我们人均一天吃的粮食数量大大增加.我们的水稻、大米,人均需求量每个月18斤,我们的主粮是够的.
现在面临的问题是,我们粮棉油糖的供给库存水平高,畜禽产品供给也相对充裕,2015年库存达到6.21亿吨,总产12年连增,达到历史最高,但这也导致了结构性过剩.去年粮食进口1.2亿吨,客观上我们还存在着增产不增收的问题,每年国家对农业的财政补贴超1万亿元,但农民种粮的积极性仍是下降的.
中国还存在一个问题,农产品周期性暴涨暴跌.政府最紧张的就是猪肉蔬菜波动对老百姓生活的影响,这个问题涉及到社会稳定.根本来讲,我们的农业企业规模化、产业化、集约化、信息化以及创新的水平都不够.虽然这几年我国的蔬菜种植已经有很大的进步,但很多地区蔬菜大部分还是靠进口.中国最重要的蔬菜生产基地山东寿光,还有30%的蔬菜是靠进口.如果从全国范围看,比例就更大了.这个问题又给农业生产带来了很多的新问题.
随着收入的增长,我国口粮消费显著下降,其他的消费增加.据北大农业经济学家前几年做的统计,1995年是一个拐点,1995年人均每天吃的粮食还是保持着比较高的水平,1995年以后,我们吃的主粮大米、小麦及一些其他的谷物量就下降了,而每天吃的肉、蛋、奶、蔬菜、水果量大大增加.
根据45年来中国人食物消费结构,我们现在吃的水平非常高,高于世界平均水平.据国家三个部门的统计,我们前年人均消费63公斤肉,卫生部门规定人的健康饮食结构大概是20多公斤.我们现在吃的比国家要求的健康的营养结构多了一倍有余.与此同时,我们已经成为全世界最大的猪肉生产国.
联合国粮农组织预测2050年粮食需求翻番,作物产量需保持年增产2.4%以上.但是目前水稻、玉米、小麦和大豆年增产没有超过2.40/0.我们粮食的刚性需求还在增加,要养活这么多人口,这是严峻的任务.
从全球范围来讲,全球粮食贸易量每年约4800亿斤,不到我国粮食总产量的一半.在我国,稻谷每年的消费量约为3700到3750亿斤,占口粮消费的60%.国际大米贸易总量只有500到600亿斤,仅占我国大米销量的150/0.所以,我们可以利用国际市场适当进口,但不能依赖进口.中国人饭碗里的口粮必须牢牢掌握在自己手里.
农作物基因变化及生物多样性
我们今天吃的大多数农作物都是经过人类长期驯化与人工选育后基因转移的结果.过去野生水稻像野草一样披头散发,通过人工选育,那些不掉粒的,或者长得不那么披头散发的就被保留下来.
玉米和番茄,最早时非常小.最原始的番茄像水果一样,譬如醋栗番茄.我们今天的番茄比原始的大了100多倍.分析完番茄基因组以后,发现从小番茄到今天大番茄,一共有18个主要基因发生了变化.从最原始醋栗番茄,到现在吃的圣女果,这中间有5个基因发生很大变化.野生土豆在驯化的过程中,下面块茎比原来大了几十倍,形状变得更加规则.西双版纳的野生黄瓜,圆圆的,非常苦,但我们今天的黄瓜就变成长长的,也不再苦了,这个苦味是由一个bt基因决定的.
我们的科学家已经弄清楚了这是基因的关系.中国的黄瓜品种瓜不苦,但叶子还是苦,黄瓜叶子苦可以抵抗病虫害.西方的品种叶子也不苦了,但到了中国就会引起很多病虫害.把这些基因弄清楚了,我们就可以改良品种.
中国从明清开始大规模引进了很多国外品种.全球化进程中,农业是最早开始的.明清时期,玉米、马铃薯、花生、烟草等作物都先后传人中国广泛栽培,番茄、向日葵、辣椒、南瓜、西葫芦、菜豆、菠萝等果蔬也逐渐在中国推广种植.明清时期果蔬栽培种类比宋元时期增加约一倍.
据华南植物园专家的研究报告,今天绝大多数的作物是千百年前从外域引种驯化而来的,是近500年栽培植物全球化的结果.
生物多样性是非常重要的,中国是全球生物多样性最丰富的国家之一,我们的生物种类约占全球10%,中国有3万多种植物,被公认是世界上植物最多的国家.中国是全球重要的作物起源中心之一,农作物水稻、大豆、柑橘、梨、猕猴桃、茶及多种花卉都起源于中国.全球640多种栽培植物中,约400多种起源于亚洲,其中约300种起源于中国和印度.但是,中国也是生物多样性受到威胁最严重的国家之一,生物多样性消失速度高于全球.
猕猴桃有将近60种,大部分在中国生长,只有两种在国外,一种在尼泊尔,一种在越南.100多年前,猕猴桃从中国传到新西兰,在新西兰再开发成其他品种,而且把名字改了.以前中国对猕猴桃并不重视.改革开放以后,国内加强研究力度,猕猴桃有非常显著的发展,特别是武汉植物园建成世界最大的猕猴桃种子养植处,继而中国又重新成为全世界最大猕猴桃生产国.这说明野生作物通过人工的改良,能够为我们人类提供不同的新品种.我们利用野生作物的前景非常大.我们可以通过野生作物,再进行人工的育种,来培育更多不同的品种,以满足我们人类的需求.
中国科学院很早就跟政府提出要保护种子资源,现在农科院收集的农作物品种、品系及其野生近源种有33万多份.中国科学院昆明植物所成立了中国西南野生物种种子资源库,我国29%的种子植物物种得到了有效保存.最近深圳建立了国家基因库,很多人认为这是中国的诺亚方舟,国家希望建立起一个“三库两平台”.
我们再说一下现代育种的技术发展,品种至关重要.国际上粮食总产量的增长中80%依赖于单产水平的提高,其中大概60%到80%源于良种的推广.我国品种对粮食增产的贡献率也达到40%.美国玉米的单产这几年一直在不断增长,品种的更新是美国玉米持续增长的一个重要因素.中国玉米种植面积跟美国差不多,但是我们玉米的产量要比美国低三分之一.差距在哪里？由于美国这两年推广生物育种的产业化,特别是转基因的品种,使美国玉米保持了非常稳定的增产状态.
育种技术
育种技术由植物的引种驯化,过渡到传统的经验育种,再到遗传学原理和育种,一直到今天生物工程分子的育种.
这里有几个里程碑式的标志性事件,被誉为绿色革命之父的美国诺贝尔和平奖获得者,把高杆小麦变成矮杆.杆子太高,很多营养都在杆里面,如果变矮了,更多的营养就在麦子里面.中国过去水稻很高,现在高杆水稻也变成矮杆,并提高了产量.这是通过育种解决的问题.
我们今天的育种,不但要高产,要优质,要抗病虫害,也要对环境好,少用化肥和农药.中国科学院副院长李振声为了改良小麦,对小麦进行杂交实验.杂交以后第一代根本不像小麦,经过25年的杂交,终于得到了跟小麦一样的材料,其中一部分表现出了非常好的抗旱性.中国的小麦很多,但质量不行.改革开放初期,我们做法式面包,很多店的面包一拉,粒子都掉下来,因为它的面粉质量不行,蛋白质的组成不行.但有那么一家面包店做得特别好,因为它们的面粉是进口的.今天我们可以通过这些办法,培育中国的优质小麦来解决这个问题.
再举个例子,野生物种.我在北大读书的时候,发现北方的葡萄有一个很大的问题：葡萄不抗寒,在冬天被冻死.到了冬天就必须把葡萄用土堆起来,把葡萄放在地下再盖上,到春天发芽前再拿出来,这一系列的操作增加了60%的劳动力.当时我们的老师就想把长白山野生葡萄和我们吃的葡萄杂交,培育出能吃的抗寒葡萄.长白山野生葡萄可以在零下40多度生存.这个工作很艰苦,一直到本世纪才慢慢做出成果.现在北方的葡萄不需要埋在地下,第二年再拿出来了,这为我们华北推广优质葡萄打下了很好的基础.
野生物种对人类非常重要,它们的优质基因可以被我们利用.育种发展过程中,野生物种被驯化,农家品种经过选育到现代品种,很多优良的东西丢失了.现在我们想重新从野生物种中把优良基因重新捡回来.新品种培育一般需要10年以上,现在我们希望缩短时间,育种是不断的在发展.我们转基因需要更有目的性地来培育品种,以此缩短我们的时间.
传统育种类似于,爸爸妈妈很漂亮,但生出来的孩子未必漂亮.为什么？爸爸妈妈的基因是随机结合的.我们农作物也一样,你想把两个好品种性状放在一起,但结果可能恰恰把最不好的性状放在一起了.所以要经过漫长的挑选,得到需要的品种.今天的发展方向就是,追求更精确的方法把需要的基因提取并转移到需要改良的植物上.我们希望通过这种方式给未来的育种提供更好的基础,并以此来发展新育种体系.
生物工程和转基因生物
最后是生物工程和转基因生物.同志很英明,1988年讲将来农业问题的出路,最终要由生物工程来解决,要靠尖端技术.我们今天的农业问题,确实需要认真思考.
生物技术有很多不同部分,包括基因的操作、转基因技术等.今天在农业上用的生物技术,可能我们当年并没有想到.比如植物克隆,我们科学家早在上世纪50年代末就研发成功了.我们早就可以把西瓜变成胡萝卜.海南很多品种的香蕉不抗病毒,科学家尝试用克隆解决.植物的顶端一般没有病毒.科学家把顶端这部分切下来,在无菌条件下培养,得到了大量的香蕉植株,然后解决了农民香蕉的病毒感染问题.
再来谈谈,我对国际上转基因现状的看法.去年,全世界转基因作物耕种总面积都在不断增长,而且增长非常快.从1996年开始,全世界转基因面积是20年前的110倍,世界转基因植物的占比,大豆占78%,棉花占64%,玉米占33%,油菜籽占24%.而在美国,甜菜占99%,大豆占94%,棉花占94%,美国农作物转基因的比例最高.前七位分别是美国、巴西、阿根廷、加拿大、印度、巴拉圭、巴基斯坦,目前中国排在第八.中国原来是第二,现在退到第八,说明世界变化很大,排在前5位的国家种的转基因农作物约占全球的90%.
总的来讲,国际上农业发展方式正在发生深刻变化.近年来国际经济低迷,不少国家的农业非但没有削弱反而不断增强,这几年世界上大的农业公司重组兼并非常厉害.
举个例子,巴西怎么变成一个典型的出口型农业强国？过去巴西农业基本是自给型,在2003年才开始推动转基因作物,比中国晚很多.巴西环保部政策是不允许种植转基因作物,但是转基因作物性状优良,农民并不理会环保部的政策.总统了解这些情况以后,就宣布巴西转基因大豆合法,从而加大了转基因大豆的种植.他认为转基因大豆在美国和其他国家做了这么多年,巴西没有必要花很多功夫做研究.去年,巴西大豆种植面积占到了全球的2 6.50/0,排名世界第二.巴西分别在1998年、2005年、2008年批准种植转基因大豆、棉花和玉米.2000年以来,转基因大豆种植面积增加1.48倍,单产增加27%．总产量增加2.14倍,出口占总产54.160/0,转基因种植率96.50/0.2004年以来,转基因玉米面积增加47%,单产增加94%,总产增加1.84倍,出口占总产的29.17%,转基因种植率88.4%.2004年以来,转基因棉花面积在100万公顷左右,单产增加42%,出口占总产的43.250/0,转基因种植率78.3%.巴西已成为了典型的出口型农业强国.
简单说,转基因作物这么多年的应用,促进了可持续发展.增加了作物的产量.打农药并不会增加产量,它只是稳定了产量,不打农药产量就下去了.
据几年前的数据,几位科学家对使用转基因以后的作物效果做了详细统计.转基因作物平均增产22%,农药使用量降低37%,农药费用降低39%,生产成本增加了30/0,但利润增加了68%,发展中国家经费效果比发达国家明显,得益也更明显.
发展转基因生物育种是我国的国策.1986年,设立“973”项目,2008年国家科技重大专项《转基因生物新品种培育》正式把转基因列入到国家项目,物种包括水稻、小麦、玉米、大豆、棉花、猪牛羊.2%年,生物育种正式列入“战略性新兴产业规划”,国家的政策也很明确,研究大胆、自主创新,推广慎重、确保安全,管理严格、依法监督.今年1号文件强调,加强农业转基因技术研发和监管,在确保安全的基础上慎重推广.
我们国家有“973”“863”等项目来促进生物技术的发展.基因测序,是很重要的技术.中国水稻基因组参与国际测序,打下了很好的基础.中国跟国外合作完成30多种农作物的基因组测序,其中包括棉花、小麦以及油菜等果蔬.我们已经获得了大量不同的基因,比如：抗病虫基因、抗逆基因、高产性状基因、品质改良基因、养分高效基因等.我们打破了发达国家基因专利垄断,已经初步建立独立完整生物育种研发体系.
转基因棉花新品种的培育,从2008年到2015年,育成转基因新品种147个,累计推广4亿亩,占国内市场份额95%,减少农药用量40万吨.棉花用的农药最多.中国的科学家自主研发抗虫棉打破了美国的垄断地位,美国就退出中国市场,转向印度.
印度的棉花市场基本上用的是美国专利,很便宜.但是一旦现在大面积推广,棉花的种植费用就很高了,但印度没有自己的转基因棉花,市场没有办法脱离美国的专利,印度已经吃到了苦头.
棉铃虫不光吃棉花,也吃玉米、大豆、蔬菜.棉铃虫数量少了,也保护了玉米和其他作物.而且中国种棉花,不需要像美国那样,必须种10%到15%的非转基因棉花来作为避难所.理论来讲,即使全部是种抗虫棉,棉铃虫也可以去别的农作物上,野生的棉铃虫也是可以保留下来的,这对生态是有利的.
中国棉花纤棉比较短,目前中国很多科学家都在研究,能不能通过基因改良的办法,使棉花纤棉能够加强,从而生产出更多高档的棉纱.中国抗虫水稻研究开发,是我国在国际生物育种领域有重要影响的创新性成果.农科院研究高抗性淀粉转基因水稻.糖尿病人不能吃淀粉,要吃抗性淀粉.高抗性淀粉转基因水稻已经进入环境释放．成为糖尿病人专门的产品.
我们的血清白蛋白量很少,每年要大量进口,转基因水稻生产人血清白蛋白,水稻生产的血清白蛋白不用担心动物病毒的干扰,现在水稻生产的人血清白蛋白,蛋白质结构已经完全一样,最近已经批准临床实验.
猪、鸡对于磷元素的获取是很大的一个问题.我们中国缺磷,植物中的磷以植酸形式存在,不能被利用.如果有植酸酶基因来把植酸分子打断,使磷释放出来给动物使用,会增加它的利用效率.农科院的科学家就把植酸酶基因转到玉米中,使植物自己产生植酸酶,提高植酸的利用价值,提高饲料影响利用率,大大减少对环境的污染.这个项目已经得到国家的审批.
在中国,提高农作物的抗旱性、抗盐性是至关重要的.通过转基因技术来提高玉米的抗旱性,灌溉用水能够减少50%,产量也可以显著增加.小麦的很多病害很难对付,我们也培育了抗病毒的转基因小麦,还有抗干旱转基因大豆.
除了这些以外,日本科学家有抗过敏研究.现在中国人过敏越来越多,过敏源很多,有动物、植物,还有花粉,很多人对花粉过敏.中国现在优良的牧草很少,欧美国家牧草种植面积占耕地面积60%以上,草畜业产值占农业总产值60%到70%以上,而我们的优质牧草需要进口.2014年,美国的紫花苜蓿总产值超过200亿美元,而我国产值不到它的三分之一.我国进口了美国四分之一的紫花苜蓿,成为美国苜蓿的第二大进口国.美国批准培育更易消化、产量高、木质素含量低的苜蓿.
在森林生态和林业生产方面,“十二五”期间,中国商品木材总需求达到了3.6亿立方米.科学家也在做一个抗盐转基因树的研究.转基因杨树,种得比较多,不但好种,长得也快.除了转基因以外,这些年新的技术发展也越来越快,中国在这方面做得很出色.因为做这方面没有那么多顾虑,所以中国发展很快.基因组编辑精确,科学家能够精确地控制单个或多个基因,因而其产品与自然突变无差别.美国前几年有一篇文章,讲的是如何使用转基因、基因组编辑和微生物这三驾马车来提高作物生产率.
,是抗疟疾药,但是在国际上我国药品份额占的很低.另外一方面,外国也有很多专利,上海交大的老师也做了.转基因作物当中的含量可以提高一倍到两倍.我们可以用更少的土地种青蒿,得到更多.
我们还有很多的产品,有效成分比还要低,比如人参.我们中国人吃人参很多年,科学家也不清楚人参的有效成分,因为成分太复杂了.现在科学家认为人参当中最重要的活性物质是人参皂苷.这类物质在人参当中就有100多种,进行生物实验以后发现,真正有用的就五六种,含量都是非常少的.科学家可以把每种成分的基因全部弄清楚,再把这些基因整个搬出来,转移到酵母中,利用微生物来生产人参中最有用的东西.通过改良,来不断提高这些有效成分.从医学来讲,我们不需要那么多东西,只要其中某个发挥作用的成分.
再谈一下转基因鱼.中国人做转基因鱼比美国早了三年,先做的泥鳅,泥鳅很好做.后来很快做鲫鱼和鲤鱼,也非常成功.中国鲤鱼就叫吉鲤,它的生长速度非常快,比美国的三文鱼还要快.还有一种鱼,我们叫冠鲤,他们叫水优三文鱼.我们的在8个月里长到1到2公斤,美国18个月长到1到2公斤.很遗憾,在中国由于各种各样的原因,这项技术还不知道什么时候能够获得批准,美国已经批准了.
转基因生物安全需要严格管理,中国有一整套法规.如育种有很严格的审批标准,安全评价、品种审定、种子生产许可、种子经营许可、生产加工许可……转基因农作物的评定是有史以来最严格的评定,这些农作物还要通过食品安全评价,环境安全评价等.
市面上真正能够见到的转基因作物是很少的,常见的有棉花,还有少量的番木瓜.现在科学家把木瓜的病毒转到植物当中去,可以控制病毒,使其不在植物当中发展.原理跟人打了疫苗一样,植物会对这个病毒免疫.所以全世界吃的木瓜,基本上都是转基因木瓜.其他国家种类比我们多很多.
最后,我们被误导认为生活中的转基因农作物有很多,以前没有看到过的都觉得是转基因产品.比如圣女果小番茄、彩色甜椒、小南瓜、小黄瓜、胡萝卜、甜玉米.大家以为这些都是科学家通过转基因得来的,实际上不是,很多东西我们在过去没有很好地利用,是早就有的品种.
科学家也有自己的职责.科学院学部道德委员会组织过多次伦理研讨会,也发布了关于负责任转基因技术研发行为的倡议,还做了很多调研,开过很多会议.在科学家从事科学研究过程中,必须遵循共同的道德和伦理准则,包括保护研究对象、保护环境、安全性研究,确保科学的良性发展.科学家在这方面比公众有更多认知,他们必须以负责任的态度参与决策、提供咨询、科学传播,有责任向公众普及科学知识,提升公众对科学的认知,弘扬科学精神,理性对待科学技术发展中的不确定性.
2013年世界粮食奖颁给了三位种植转基因研究的杰出科学家,这说明了国际上对他们的认可.
基本的事实是,转基因国内外大规模应用20年,每年这么多人吃,没有发生有科学证据证明的转基因食品安全问题.经过严格的科学评价和管理,人们当初担心的某些风险问题已经澄清.我们可以证明,经过科学评估,依法审批的转基因作物是安全的,风险是可预防的.
美国乔治亚大学Parrott教授讲,转基因作物本质上不过只是作物,它们不是某些支持者声称的万灵药,更不是反转者叫嚣的洪水猛兽.
我们国家由于各种原因,除了棉花再没有批新的转基因作物,使我们跟国际的差距拉大.
回想诺贝尔奖得主诺曼·博洛格,他讲我们需要那些仍然别无选择地使用陈旧、低效方法进行种植的农民所在的国家及其领导人拿出勇气.绿色革命和现在的植物生物技术正帮助我们在满足对粮食生产需求的同时,为下一代保护环境做准备.总书记也讲过要大胆创新研究,占领转基因技术制高点,不能让转基因农产品市场都被外国大公司占领.国
（据中科院院士、北京大学前校长许智宏在2017年暑期院士专家系列科普讲坛上的演讲整理）
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