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现代生物技术普惠万千农民

更新于 2018-1-8 19:58:57 364人阅读 0人回复 显示全部楼层 倒序浏览

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发表于 2018-1-8 19:58:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
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  民以食为天,与其他物种一样,如何获取食物维生,是人类最重要的事。最早,人类祖先通过渔猎、游牧获取食物。逐渐,随着人口增加,人类需要更稳定和高产的食物来源,人类开始尝试驯化植物和动物,使它们按照人类需求生长和繁殖。这便是最早的农业和畜牧业,使定居生活成为可能,更使人类文明得以发展。

  促进发展,回馈自然。时至今日,现代农业遵循自然界的规律,向大自然学习,开发先进技术,保护大自然的馈赠,减少资源消耗。

  大自然的杰作:天然存在于红薯中的农杆菌DNA

  一篇发表在《美国国家科学院院刊》上的文章表明,在农民种植的全部291种红薯中均发现农杆菌基因,包含至少4个外源基因以及T-DNA分子(T-DNA,Transfer DNA,即转移DNA,农杆菌Ti质粒中的一段DNA序列,可以将外源基因转移到受体植物的基因组中,是分子生物学中广泛应用的载体),而所有这些外源基因以及T-DNA分子的插入都是在自然状态下发生的。这意味着,在人类开始食用红薯之前,农杆菌就已经把它的基因插入作物野生祖先的基因组中了。转入到红薯体内的农杆菌基因帮助植物产生了两种激素,从而使植物的根部发生变化并产生了一些可食用的物质。这些外源的农杆菌DNA帮助人类实现对红薯的驯化,而这一自然驯化过程经历了上千年的时间。

  向大自然学习:将农杆菌DNA用于现代生物技术育种

  随着现代分子生物学的发展,植物科学家和育种家通过向大自然学习,发挥T-DNA分子可转移的特性—T-DNA分子可以将外源基因转入到植物细胞中,将具有重大价值的外源基因插入到植物细胞中,使植物具有特定功能。这一方法被称为生物技术育种。植物科学家和育种家将选定的优良基因通过T-DNA导入植物中,获得具有特定性状的植物品种。而这只需要5至6年左右的时间,不用再经过上千年的自然选择。生物技术育种大大提高了育种的精确度,显著缩短了育种时间。

  生物技术作物的全球首次大规模商业化种植始于1996年,种植面积从1996年的170万公顷上升到2016年的1.851亿公顷,实现了110倍的增长。目前全世界78%的大豆、64%的棉花、26%的玉米和24%的油菜都是生物技术品种。

  现代生物技术育种的中国实践:抗虫棉在中国的商业化种植

  生物技术育种的中国实践之一是抗虫棉的商业化种植。科学家将来自苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt)的抗虫基因转入棉花,即为Bt棉花,使棉花获得抗虫特性,有效防止棉铃虫对作物的危害。

  棉铃虫是中国棉花的主要害虫之一,严重时导致减产甚至绝收。20世纪90年代初,中国棉业过量使用化学农药防治害虫,大量杀虫剂的使用导致棉铃虫产生抗药性,棉铃虫大爆发,同期棉花总产下降43.2%,造成大量人畜中毒死亡事故,中国棉纺企业因缺乏原料纷纷停产,工人待业。而抗虫棉很好地解决了这一问题,恢复并提高了棉花产量。

  1997年,抗虫棉在中国开始商业化种植。抗虫棉平均产量从1997年的1.02吨/公顷增至2014年的1.46吨/公顷,平均增产43%(图1)。

  

  图1:整理自国际农业生物技术应用服务组织 (ISAAA) 报告

  增产的同时,抗虫棉还显著减少了杀虫剂的使用。棉铃虫和红铃虫是中国棉花生产的主要害虫。种植抗虫棉之前,棉农防治棉铃虫一年需打药10-20次。种植抗虫棉后,由于品种本身就具有良好的抗虫效果,一年只需打药2-5次,即可有效控制这两种主要害虫。以1999年的河北和山东为例,抗虫棉较非抗虫棉农药用量减少约70%(图2)。

  

  图2:整理自转基因微问答《转基因棉花:最大受益者是农民与消费者》

  值得一提的是,种植抗虫棉在减少杀虫剂施用同时,也为种植地带来显著的环境效益,增加棉田及周边生物多样性。由于减轻了农药对害虫天敌和有益昆虫的伤害,瓢虫、草蛉、蜘蛛和寄生蜂等害虫天敌和有益昆虫的数量成几倍到几百倍增加,抗虫棉田及其周边生物多样性更加丰富多样,有利于农田环境保护。

  据统计,中国除了直接受益于Bt 棉花的农民外,还有1000 万农民间接受益于2200 万公顷棉铃虫轮换寄主作物的种植和因种植Bt 棉花导致的虫害减少。因此,实际受益于Bt 棉花的中国农民远远超过了1700万人。

  

  图3:整理自ISAAA 报告

  成本方面,因种植抗虫棉大量减少杀虫剂的施用,节省了农药购买成本和喷施劳动力的投入,降低了棉花价格,也为消费者带来了收益(图4)。中国抗虫棉利益分配收益显示,中国棉农(65%)和消费者(30%)是抗虫棉的最大受益者,而种子公司和研发者(5%)是获益最少的。

  

  图4:整理自转基因微问答《转基因棉花:最大受益者是农民与消费者》

  中国的抗虫棉是植物科学家和育种家向大自然学习作物驯化之法、用于农田生产之道的实践。取之自然,回馈农田。现代农业使生物技术棉花通过可持续的方式降低生产成本,提高产量,改善农民收入,保护自然环境,使消费者有机会买到价格更低、质量更好、更环保的棉制品。
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