文|觀察未來科技
如今，越來越多的轉(zhuǎn)基因食品正出現(xiàn)在人們的餐桌上。轉(zhuǎn)基因和傳統(tǒng)育種之間的關(guān)鍵區(qū)別在于，轉(zhuǎn)基因技術(shù)中生物體獲得的新基因可以來自任何其他生物。在傳統(tǒng)的雜交育種中，新等位基因的引入必須通過同物種或者親緣相近的物種的交配，而現(xiàn)在，只要我們有明確的需求，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以把魚的基因轉(zhuǎn)移給植物，或者把細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移給哺乳動物。
不論是從提高糧食產(chǎn)量，還是提高糧食質(zhì)量，甚至是創(chuàng)造一種更健康的新食品，轉(zhuǎn)基因都是非常好用的工具，轉(zhuǎn)基因食物的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人們的想像，而轉(zhuǎn)基因食物的明天，也是一個色彩豐富的未來。
“反自然”食物的選擇
在過去，對于轉(zhuǎn)基因食物最大的反對聲音，就來自于“非自然”的誤解。顯然，人們更加認(rèn)可吃純天然的食物，所以，這些經(jīng)過改造的，種植過程中用了化肥、農(nóng)藥的糧食，就經(jīng)常受到詬病。但實(shí)際上，自從上萬年前人類開始農(nóng)耕起，糧食就不再是純天然的了。
比如玉米，跟現(xiàn)在的玉米相比，純天然的遠(yuǎn)古玉米有以下三個重要的特征：玉米粒外面包裹著一層厚厚的外皮；每株玉米有很多分杈，每個分杈上都有一個雄蕊和若干個雌蕊，直到最后變成玉米棒；并且，玉米棒很小。
這三個特征對于遠(yuǎn)古玉米的種植非常重要。因?yàn)橛衩琢Ｉ嫌泻窈竦耐馄?，所以在被動物吃了之后，種子不會被消化掉，被排泄出來后還能發(fā)芽。一株玉米上有多個雄蕊和若干個雌蕊，保證了總有雌蕊能夠成功受粉，也不容易被外來的病蟲或者采食的動物全部消滅。而玉米棒多了，自然每根就會小。
但玉米的這些特征來說，對于人類卻并不方便——厚外皮去掉就太麻煩，不去掉又難以消化；玉米棒多而小，采摘起來則很不方便。在這樣的背景下，就開始有了人類對食物的“馴化”。
要知道，自然界的物種總是會發(fā)生各種各樣的突變，遠(yuǎn)古玉米也是如此。有的突變使它們失去了玉米粒上的厚皮，有的突變使它們的分杈減少，還有的突變使得每株上不再生長那么多玉米棒。因此，人類總是選擇那些他們喜歡的植株，收集它們的種子以便來年種植。經(jīng)過一代又一代的“選種”，最后人們逐漸培育出了現(xiàn)在我們所常見的玉米——馴化后的玉米每株通常只有一根玉米棒，所有的營養(yǎng)都集中在它身上，因此它能長得更大。另外，馴化后的玉米容易采摘，撕開苞葉，里面就是易于食用的玉米粒。
當(dāng)然，人類“馴化”玉米的過程依然是個非常漫長的過程，為了加快對于糧食的“馴化”，雜交成為了獲得新品種的好方法。相對于選種馴化，雜交則可以有目的地把不同品種的優(yōu)良特性集中到一個品種上，于是新品種出現(xiàn)的速度越來越快。再到現(xiàn)代的誘導(dǎo)突變育種，則是通過化學(xué)試劑、離子輻射等處理，讓種子發(fā)生隨機(jī)突變，再挑選出人類喜歡的突變體進(jìn)行培育。
在過去的一個世紀(jì)里，這些育種方法取得了巨大的成就，誕生了大量優(yōu)秀的品種。而現(xiàn)在，現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，為育種提供了能力更強(qiáng)、效率更高的方法，即直接針對目標(biāo)基因進(jìn)行操作——可以把其他物種的某個優(yōu)秀基因轉(zhuǎn)入，也可以加強(qiáng)或者抑制某個特定基因的表達(dá)，這就是所謂的轉(zhuǎn)基因食物培育。
很長一段時間里，轉(zhuǎn)基因食物的“反自然”，確實(shí)讓許多人感到恐懼。但事實(shí)證明，人類對于事物的選擇從來都不是一個順其自然的過程，而現(xiàn)在，越來越多的人開始接受反基因食品出現(xiàn)在我們的餐桌上，并改變著我們對于食物的選擇。
轉(zhuǎn)基因土豆的過去和未來
土豆是世界第四大糧食作物，僅次于大米、小麥和玉米。在不同的國家，土豆的人均食用量相差巨大，比如美國年人均食用量為60多千克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平，也是大米和玉年人均食用量的數(shù)倍。而歐洲國家的年人均食用量則更高，許多國家甚至超過了150千克，比中國人人均大米食用量還要多得多。如果按照食用量來算，土豆大概可以算得上美國人在小麥之外的另一種主糧。
然而，土豆雖然被任務(wù)是營養(yǎng)全面的世界第三大主糧作物，卻缺乏有效的育種手段，并且，由于四倍體遺傳的復(fù)雜性，土豆的遺傳改良進(jìn)程緩慢，一些上百年歷史的土豆品種仍然在廣泛種植。于是，幾百年來，農(nóng)戶種下薯塊收獲土豆，卻不能像水稻那樣播下種子收獲稻谷。
在這樣的情況下，美國人首先開始了土豆轉(zhuǎn)基因的嘗試。最早拿到轉(zhuǎn)基因土豆商業(yè)化種植許可的是孟山都公司的一個抗病毒品種NewLeaf。1996年，這種轉(zhuǎn)基因土豆開始了種植。到1999年，種植面積達(dá)到了近40萬畝。然而，與非轉(zhuǎn)基因的品種相比，這個品種并沒有帶來經(jīng)濟(jì)上的好處。麥當(dāng)勞等美國最大的土豆消費(fèi)商對它完全沒有興趣。麥當(dāng)勞每天消耗的土豆多達(dá)400萬千克，當(dāng)它要求供應(yīng)商不要種植這種轉(zhuǎn)基因土豆，這個土豆品種就只能黯然退出了市場。
轉(zhuǎn)基因土豆研發(fā)的當(dāng)然不止孟山都公司。1996年，巴斯夫向歐盟申請了一個叫Amflora的轉(zhuǎn)基因品種。土豆的主要成分是淀粉，包括支鏈淀粉和直鏈淀粉兩類分子結(jié)構(gòu)。支鏈淀粉可以溶解于水中，大大增加黏度，在制造生物聚合物方面很有價值。而直鏈淀粉不溶于水，對于形成生物聚合物會幫倒忙。
對于吃土豆的人來說，哪種淀粉多或少沒有多大關(guān)系，但對于加工而言，單純的支鏈淀粉就要優(yōu)越得多。而這個Amflora品種就是通過調(diào)控土豆本身的基因，抑制它生成直鏈淀粉，從而得到支鏈淀粉土豆。這對于工業(yè)加工而言，自然很有吸引力。巴斯夫的申請只是用于工業(yè)產(chǎn)品和動物飼料，并非用于食品。而這個品種在經(jīng)過了十幾年的等待后，終于在2010年獲得了種植許可。
巴斯夫的長遠(yuǎn)目標(biāo)是將Amflora品種的土豆用于食品中。然而，在2010年的生產(chǎn)許可中，這種土豆的成分雖可以在食品中出現(xiàn)，但不許超過0.9%。
除此之外，巴斯夫還提交了幾種轉(zhuǎn)基因土豆的申請，比如抗馬鈴薯晚疫病的轉(zhuǎn)基因品種。馬鈴薯晚疫病是土豆種植中的第一大病害。而目前，除了培育抗病品種之外，對它的防治靠的是殺蟲劑與重金屬農(nóng)藥。
雖然這些轉(zhuǎn)基因土豆品種都很有價值，但是，歐洲的反轉(zhuǎn)基因聲音卻不可忽視，轉(zhuǎn)基因食物的反對者幾次三番破壞巴斯夫的試驗(yàn)田，同時，歐盟對轉(zhuǎn)基因品種的審批又充滿了不確定性?？床坏轿磥淼陌退狗蛑荒艹坊亓嗽跉W洲的申請，將研發(fā)中心搬到了美國。最終，Amflora土豆雖然獲得了批準(zhǔn)，但巴斯夫放棄了商業(yè)化種植的努力。
目前，世界上還有一些公司在研發(fā)轉(zhuǎn)基因土豆。其中，最有可能上市的應(yīng)該是當(dāng)年被麥當(dāng)勞要求不種轉(zhuǎn)基因土豆的辛普勞公司。辛普勞公司的土豆品種Innate可以減少天冬酰胺的含量，而天冬酰胺是生成丙烯酰胺的前身。所以Innate品種可以大大降低丙烯酰胺的產(chǎn)生。雖然也叫轉(zhuǎn)基因，但I(xiàn)nnate土豆跟通常說的轉(zhuǎn)基因作物有很大的不同。轉(zhuǎn)入的Innate基因來自其他種植或者野生的土豆，本身仍是土豆基因。在對物種基因的改變上，這其實(shí)跟雜交水稻差不多。
從轉(zhuǎn)基因土豆的過去和現(xiàn)在就可以看到，轉(zhuǎn)基因食物所具備的潛力，可以預(yù)見，在未來，針對不同問題的轉(zhuǎn)基因土豆的大規(guī)模應(yīng)用將會給土豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來一場革命性的變化，不僅運(yùn)輸和儲藏成本大大削減，還有可能催生以制種為主的研發(fā)型企業(yè)等，從而改變現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
土豆的生長季長短也會受到影響，進(jìn)而影響和其他作物的接茬連作種植方式。這將可能導(dǎo)致整個作物的布局和耕作方式發(fā)生變化。
轉(zhuǎn)基因食物能做什么？
顯然，轉(zhuǎn)基因是一種非常好用的工具，它的應(yīng)用潛力無限。
轉(zhuǎn)基因食物最吸引人的一個原因就是它的效率。新DNA的導(dǎo)入只需數(shù)小時或者數(shù)天。而經(jīng)過修飾的個體通常只需要幾周或者幾個月就能生長成熟，隨后就可以接受必要的測試。傳統(tǒng)選育技術(shù)達(dá)到同樣的效果則需耗時數(shù)代，前后加起來常常需要10年的時間。
除了讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)變得更容易和更高效，而且還能提高食物的品質(zhì)。比如，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以提升豬肉和牛肉的瘦肉含量，減少油脂。再比如，單位牲畜的產(chǎn)量也可以得到提升：奶?？梢援a(chǎn)更多的奶，母雞可以生更多的蛋，或者小麥可以結(jié)出更多的穗。
另外，還有些轉(zhuǎn)基因食品的研究目標(biāo)是讓作物擁有自己的固氮基因?？諝庵杏?9%的氮?dú)?，而氮元素則是蛋白質(zhì)和核酸的關(guān)鍵組成元素之一。盡管如此，植物卻只能利用已經(jīng)被固定的氮元素。所謂“固定”，是指氮元素由游離的氮?dú)庾兂砂睔夂拖跛猁}。生成氨氣的化學(xué)反應(yīng)式為：3H2+N2→2NH3，這個反應(yīng)主要發(fā)生在固氮細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)。
固氮細(xì)菌通常存在于豆科植物——黃豆、豌豆以及榿木根部的瘤狀物里。工業(yè)生產(chǎn)中也可以通過氫氣和氮?dú)獾幕戏磻?yīng)制備氨氣，但是這種人工的固氮方式需要耗費(fèi)巨大的能量。不僅如此，就保護(hù)自然土壤生態(tài)而言，施用氨氣和其他含氮化肥的效果也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)遜色于有機(jī)氮肥。按照從前增加土壤氮肥肥力的傳統(tǒng)做法，農(nóng)民會先種植一輪固氮作物，隨后把它們犁埋進(jìn)土里用于培育其他作物。
不過，人們更希望的是所有作物都能有自己的固氮基因nif。有一種名為肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）的細(xì)菌，它的nif基因成簇地堆疊在一起，我們可以把nif基因從細(xì)菌中提取出來，然后轉(zhuǎn)入希望改造的目標(biāo)作物體內(nèi)，讓它們在其中進(jìn)行功能性的表達(dá)。
此外，對作物的改良還包括讓它們獲得抵抗毀滅性災(zāi)害的能力，比如對抗真菌感染和蟲災(zāi)。每年全世界的蟲災(zāi)都會讓種植農(nóng)作物的農(nóng)民損失慘重。已經(jīng)有許多企業(yè)嘗試過把抵抗蟲害的基因加入農(nóng)作物中。這些公司最常用到的目標(biāo)蛋白是Bt毒蛋白，它是蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringensis）中一系列昆蟲毒性蛋白的統(tǒng)稱。獲得這些毒性蛋白基因的轉(zhuǎn)基因植物可以擁有一整套抗蟲機(jī)能。
還有一種轉(zhuǎn)基因應(yīng)用是通過改良植物，令其獲得抵抗特定除草劑的基因，這些基因通常來源于某些細(xì)菌。比如草甘膦，種植了抵抗這種除草劑的作物后，農(nóng)民就可以給整片農(nóng)田噴上除草劑，而不用擔(dān)心把農(nóng)作物和雜草一同殺死了。
轉(zhuǎn)基因食品讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)變得比從前更高效，但是它們在提高效率的同時也帶來了爭議。有許多人覺得，人類健康和自然環(huán)境都受到了“基因污染”的威脅，而且這種威脅“不可預(yù)知，不可控制，沒有必要且不受歡迎”。就理論而言，把制藥用途的轉(zhuǎn)基因動物從非轉(zhuǎn)基因種群中孤立出來，防止兩者發(fā)生配種繁殖在技術(shù)上是可行的，但是轉(zhuǎn)基因技術(shù)的反對者擔(dān)心隔離技術(shù)的實(shí)現(xiàn)沒有那么容易，基因污染在所難免。完全斷絕轉(zhuǎn)基因生物與同種個體之間的生殖聯(lián)系非常困難。
盡管目前轉(zhuǎn)基因食物的商業(yè)化還需要面臨諸多的限制，以及人們對于轉(zhuǎn)基因食物的爭議，但從轉(zhuǎn)基因食物展現(xiàn)出的未來潛力來看，轉(zhuǎn)基因食物的“反自然”終將成為“自然”，未來食物也將為之一新。