害蟲、雜草，以及各種農作物疾病對殺蟲劑、除草劑的耐藥性問題已經讓我們無計可施了。不過也許最新的生物科技能夠幫上忙。

Broc Zoller每天早上都要做的一件事就是看天氣預報。近5年來，像他這樣的美國加利福尼亞州農民都在和罕見的大型乾旱作鬥爭。現在，他們又多了一項棘手的問題，那就是雨水過多。Zoller在加利福尼亞州萊克郡的凱爾西維爾種植了釀酒用的葡萄和核桃，同時也把部分土地租給別人用於種梨，但是在2017年的1月，當地的降雨量超過了過去5年降雨量的總和。大量降雨導致土地變得泥濘不堪，從而極大地妨礙了他們修剪樹枝的工作，並給噴洒農藥帶來了不便。就這樣，這些工作不得不推遲。如果雨一直這麼下下去，等春天到來的時候，溫暖的氣溫和濕漉漉的天氣會讓真菌和細菌大量繁殖，進而嚴重危害農作物的生長。因此，Zoller不得不考慮使用幾種傳統農藥了。

但是，他的選擇範圍非常窄，這主要是因為嚴重的耐藥性問題。火疫病（Fire blight）是一種由細菌引起的農作物病害，會使梨樹的樹榦下垂、潰爛。通常對其使用抗生素會有一定的效果，但是如果使用過度，就很容易產生耐藥性。梨黑星病（pear scab）則是一種由真菌引起的農作物病害，它會在梨的表面形成難看的黑斑。因此，在梨的生長期里，需要用到多種抗真菌藥物。Zoller的另外一個身份是農業病蟲害防治諮詢專家，他會在這些藥物失效之前偶爾用一次這類藥物。據他介紹，耐藥性會突然產生，他們只能希望雨早點停，從而得以在細菌產生耐藥性之前，再多灑幾次葯。

耐藥性問題是困擾全世界農民的一個大問題。總部位於比利時布魯塞爾的農業組織——國際農作物生命組織（CropLife International）已經收錄了586種對農作物有害的節肢動物（arthropod species）、235種對農作物有害的真菌和252種對農作物有害的雜草。所有這些「榜上有名」者至少對一種殺蟲藥（或除草劑）耐葯。而這些，僅僅只是科學家們已經發現和記錄的名單，還有很多已經產生了耐藥性的有害細菌是我們目前還不知道的。

數十年來，農藥企業只是不斷地推出新產品。但是對於很多農作物而言，已經沒有農藥可用了。據專門關注新興技術的美國波士頓Lux研究公司（Lux Research in Boston， Massachusetts）的高級分析員Sara Olson介紹，近十年來，新開發抗蟲藥物的速度已經降到了0。開發新的化學製品非常困難，而且成本昂貴。而且一旦該藥物大量投入使用，就會快速形成耐葯，除非我們能夠非常合理、有計劃地使用這些藥物。

因此，科學家們開始尋找替代方案，以減少，或者不再使用這些人工合成的化學殺蟲藥。科研人員們對生物技術，比如微生物（microbes）、遺傳工程學（genetic engineering）和生物分子學（biomolecules）等技術尤其感興趣。即使是最大的那幾家化工公司也都在這個領域投入了重金。不過這並不意味著傳統的化學殺蟲劑走到了盡頭，我們選擇生物技術只是為了減緩病害對傳統殺蟲劑產生耐藥性的速度。我們有很多方法都能夠幫助農民們降低生產成本，保護他們不受殺蟲劑的傷害，而且還能夠讓對化學殺蟲藥持抵觸態度的公眾更加放心。

Olson指出，不斷出現的耐藥性是推動他們繼續開發新型生物殺蟲劑替代產品的動力。但是最重要的一點不在於選擇化學殺蟲劑還是生物殺蟲劑，而是讓我們意識到，在更多技術的幫助下，我們還可以在很多方面做得更好。

微生物殺蟲劑

20世紀初，日本的養蠶業經受了一次不明原因的打擊。1901年，日本細菌學家Ishiwata Shigetane解開了這個謎題，他在病死的蠶體內發現了一種未知的、源自土壤的細菌。十年之後，德國圖林根省的生物學家Ernst Berliner又在麵粉蛾的幼蟲（flour-moth caterpillars）體內發現了這種細菌，於是將其命名為昆蟲殺手——蘇雲金桿菌（Bacillus thuringiensis， Bt）。

Bt分泌的蛋白質能夠在多種昆蟲的腸道上形成穿孔，因此數十年來一直被當作殺蟲藥使用。科學家們也受到Bt的啟發，不斷地尋找更強的殺蟲微生物。據美國華盛頓大學（Washington University in St. Louis， Missouri）的植物學家及病理學家Roger Beachy介紹，這可不是一個新興的研究領域，在他上研究生時就已經有了這個研究方向了，那都是45年以前了。

但是殺蟲微生物直到現在才走到了殺蟲劑舞台的中央。2012年，德國拜耳農業科技公司（Bayer CropScience）為美國加利福尼亞州的生物殺蟲公司AgraQuest投入了4.25億美元。近幾年來，包括杜邦（DuPont）、孟山都（Monsanto）和先正達（Syngenta）等公司在內的多家大型跨國公司也都在這方面投入了巨資。

Beachy是開發轉基因糧食作物（genetically modified food crops）方面的開拓者，他也早就和美國波士頓附近的初創公司Indigo Agriculture一起，進入了殺蟲微生物這個研究領域。Indigo公司的科研人員選擇了一些微生物來改善農作物的內在微生物組（endobiomes，即生活在植物組織里的所有微生物，類似於人體的腸道菌群概念）。此外，他們還將這些微生物制在了一種包膜里，用來包裹植物的種子。種子發芽時，新生的幼苗在「破殼而出」時就會被堅硬的種子外殼擦傷，包裹在種子外面的微生物就會趁機進入幼苗里，從而提高幼苗的某種抗病蟲害和抗自然災害能力，比如獲得抗旱能力。去年，Indigo公司獲得了1億美金的資金資助。

關於他們用到了哪些微生物，Indigo公司閉口不言。目前美國農民已經在2萬公頃的玉米地和8000公頃的小麥地上播種了他們公司的這種細菌包裹種子。不過與全美去年共400萬公頃玉米和2100萬公頃的小麥種植面積相比，這個數字並不算什麼，但這至少說明，大家還是願意嘗試這種新鮮事物的。作為Indigo公司的前首席科學官，目前仍然擔任該公司科學顧問委員會主席的Beachy表示，Indigo公司一直都在積極地想辦法利用他們的種子包膜技術來解決農作物殺蟲劑的耐藥性問題，他們的方案是利用這些包膜賦予農作物抗蟲的特性。他希望在5年內，公司能推出一系列抗蟲轉基因農作物產品。

其他一些公司也都在積極地開發微生物殺蟲劑。比如美國加利福尼亞州戴維斯市的Marrone生物創新公司（Marrone Bio Innovations in Davis）也在培育微生物，將其與化學製劑一起製成殺蟲劑。該公司已經完成了1.8萬個微生物基因組的篩查工作，並向市場推出了5款殺蟲劑產品。其中一款用到的就是布克氏菌（Burkholderia），這種微生物能夠根據自身生長環境的不同，產生多種化學產物。該細菌可用來製造殺蟲劑、殺線蟲劑和除草劑。

據Marrone生物創新公司的CEO及公司創始人Pamela Marrone介紹，布克氏菌具有一套能夠產生多種不同化學產物的遺傳系統，這可能是因為該細菌需要依靠這套系統來應對各種不良的生存環境。

從歷史經驗來看，農民們對於生物殺蟲劑一直都持比較謹慎惕的態度，其中有部分原因是因為生物製品與化學製品相比，有一些自己的特點。比如，有些生物製品在太陽下或高溫環境中容易降解。而且生物製品往往不如化學製品效果好。但是Marrone指出，用生物製品替換化學製品並不是他們的目的，他們是希望用生物製品來減少化學殺蟲劑的用量。微生物殺蟲劑不需要做得和化學殺蟲劑一樣好（雖然有一些的確也一樣好），只需要在加入生物殺蟲劑之後，比單獨使用化學殺蟲劑的效果更好就可以了。

利用CRISPR技術來開發殺蟲劑

強大的CRISPR–Cas9基因編輯技術又給科研人員提供了一個新的武器。雖然之前的轉基因技術也能夠直接殺死農作物病蟲，或者讓轉基因農作物擁有抗除草劑等特性，但用這些技術還是很難開發出抗蟲的轉基因農作物。

其中一個原因就是我們還不了解抗病基因在植物細胞里是如何調控的。據美國康奈爾大學（Cornell University in Ithaca，New York）的植物病理學家Adam Bogdanove介紹，在自然界，抗病基因都是受到嚴格控制的。如果這些基因過度活躍，就會損傷植物自身。在傳統的轉基因農作物里，科學家們並不能很好地控制這些基因的位置，或者說將其精確地插入靶位置。可這些抗病基因如果不能正確就位，就無法正常表達。不過有了CRISPR–Cas9基因編輯技術，這一切都不再是問題了。

Bogdanove正在嘗試藉助CRISPR 技術對水稻進行改造，使其具有抗條斑病（leaf streak ）和凋萎病（blight）的特性。這兩種疾病都是嚴重危害水稻生產的細菌 性疾病。Bogdanove的合作夥伴——美國科羅拉多大學（Colorado State University in Fort Collins ）的植物病理學家Jan Leach 正在對CRISPR 技術和傳統的基因編輯技術進行實驗，並對植物的免疫系統進行靶向改造，希望通過這種方式培育出抗多種病害，而不僅僅只是抗一種病害的品種。

科研人員們除了對水稻進行改造之外，也在利用CRISPR 技術對其它農作物進行基因改造，重點針對的就是之前很難利用傳統轉基因技術進行改造的品種。比如美國羅格斯大學（Rutgers University ）的科研人員就正在利用CRISPR 技術對釀酒葡萄進行改造，以避免其染上霜霉病（downy mildew）。美國還有一個科研小組正在對土豆進行基因改造，希望培育出抗多種假單胞菌（Pseudomonas）和黃單胞桿菌（Xanthomonas ）的馬鈴薯新品種。中國北京的科研人員們也培育出了抗白粉病（powdery- mildew）的小麥新品種。

培育新型小麥是一項非常困難的工作，因為這種植物含有3套幾乎一模一樣的基因組。因此，中國北京的科研人員們必須改造3個抗性基因。據該課題組的成員、中國科學院遺傳與發育生物學研究所（Chinese Academy of Sciences』 Institute of Genetics and Developmental Biology ）的植物生物學家高彩霞介紹，有了CRISPR技術，她們現在可以同時敲除好幾個不同的基因。

企業界的科研人員們同樣深受震撼。比如去年9月，孟山都公司（Monsanto Company）就與美國博大研究院（Broad Institute in Cambridge， Massachusetts ）簽署了一份非排他性協議，讓他們在今年2月獲得了一項有爭議的CRISPR技術專利。據孟山都公司生物技術副總裁Tom Adams 介紹，他們正在研究如何更好地利用CRISPR技術來開發抗病農作物新品種和耐旱農作物新品種。

CRISPR技術同樣也可以用於殺蟲劑領域，以提高殺蟲劑的用量。據 Adams 介紹，利用基因編輯技術可以培育出抗除草劑的新品種，這類似於孟山都公司現有的、耐草甘膦（glyphosate）除草劑的轉基因農作物。但是這些產品仍然頗具爭議，因為有了這些轉基因農作物，農民們就會大量使用草甘膦除草劑，甚至對這種模式產生依賴。

基因干擾技術

在CRISPR技術出現之前，科研人員們對另外一項遺傳改造技術寄予了厚望，那就是RNA干擾技術（RNA interference， RNAi ）。這是一種利用雙鏈RNA分子高效關閉特定基因表達的技術。

大多數時候，使用這種RNA干擾技術很容易對某些病害進行干擾。據美國農業部（US Department of Agriculture ）資助機構、美國國家食品與農業研究院（National Institute of Food and Agriculture）的院長Sonny Ramaswamy 介紹，只要有了精確的遺傳序列信息，他們就可以設計出相應的干擾RNA分子，從而對其進行「精確打擊」。Ramaswamy 等人也資助了好多項RNA干擾研究工作。

開展RNA干擾實驗，最關鍵的就是如何讓干擾RNA分子在恰當的時候，進入其靶點位置，完成干擾任務。比如，干擾RNA分子需要遍布植物全身各處，才能夠發揮抗蟲功效。雖然利用遺傳工程學技術可以實現這一點，但是成本非常高，而且該技術也和轉基因作物一樣，面臨同樣的監管，以及來自公眾的同樣的質疑。另外，如果害蟲對干擾RNA分子也產生了耐藥性，那就得重新再培育一個全新的抗病品種了。

不論是科研界的科研人員，還是企業界的科研人員，都在思考如何更好地利用RNA干擾分子，使其直接作用於植物的葉子或者根部等容易遭受病害的部位。中國上海生命科學研究院植物生理及生態學研究所（Institute of Plant Physiology and Ecology at the Shanghai Institutes for Biological Sciences in China ）的植物昆蟲相互作用研究專家苗雪霞認為，這才是更加方便，更加靈活的轉基因策略。

2015年，苗專家的課題組就利用RNA干擾技術對水稻和玉米的根部進行了改造，並且成功地抵禦了害蟲的侵害。但是灌溉系統卻成了另外一個難題，富含微生物和各種酶的土壤會快速降解RNA干擾分子，因此很難讓這些抗病藥物抵達農作物，發揮作用。因此，目前她們正在研究如何採用噴洒方式來給葯。

包括孟山都、先正達（Syngenta）等公司在內的諸多大型企業也都對RNA干擾技術非常感興趣。據孟山都公司介紹，他們的第一批RNA干擾產品將於2020年代中期上市。這包括一款抗蜜蜂病害——狄斯瓦蟎（Varroa destructor）的產品和一款抗加拿大油菜（canola）病害——跳甲蟲（flea beetles）的產品。據先正達公司專門負責RNA干擾產品監管及產品安全策略事物的StevenWall 介紹，他們公司也將在2020年代初期推出第一款RNA干擾產品——抗馬鈴薯甲蟲（Leptinotarsadecemlineata）產品。

不過RNA干擾技術也面臨一些問題。比如該技術似乎只對甲蟲等特定的病蟲害比較有效，而對於飛蛾（moth）及其幼蟲的作用就很差，不過目前我們還不是非常清楚具體原因。而且甲蟲這類對RNA干擾技術比較敏感的病蟲也很快會發展出耐藥性。Wall指出，大自然總是會找到應對的辦法的。因此，即便使用噴洒式的RNA干擾產品，我們也應該像使用農藥一樣，一定要慎重，不能濫用。

還有一些科研人員認為，雖然與廣譜的殺蟲劑相比，RNA干擾技術可能更加具有針對性，但它同樣會產生附帶損害（collateral damage）。比如也會在殺死害蟲的同時誤傷攜帶有類似基因的益蟲。2013年，人們曾經就此問題發表過一篇綜述。美國農業部的科學家們就指出，雖然RNA干擾技術在農作物保護方面非常有潛力，但是在使用這項技術的時候，也需要考慮風險收益比，要權衡可能帶來的收益與對環境可能帶來的影響。

傳統種植模式的作用

就在我們不斷開發各種新技術、新產品的同時，傳統的殺蟲劑產品線正在不斷地萎縮，耐藥性問題正變得越來越嚴重，農民們也需要更多的幫助。雖然每一種農作物，每一個農田的問題都不一樣，但是最終只有一種殺蟲劑可供選擇。據Zoller 介紹，其實你正在幫助害蟲對最後僅剩的那一種殺蟲劑產生耐藥性。而且正因為你也意識到了這一點，所以你會在這種殺蟲劑失效之前，拚命地多用一點。到頭來，你將無葯可用。

Zoller 正在測試他的生物殺蟲劑，雖然這也不是長久之計。他們每年都在做這些測試，因為他們還抱有希望。其中有一些產品在第一年效果很好，可是到了第二年，就明顯不行了，雖然它們和傳統農藥聯用很不錯。

至於使用遺傳工程學技術，Zoller 認為農民們會比較謹慎，這主要還是因為大家對轉基因農作物的擔憂。不過也有一些農民比較樂觀。美國馬鈴薯培育公司DiMare 的副總裁Tony DiMare 認為CRISPR技術一定是未來的潮流。這項技術對於環境、害蟲和病害控制而言，都非常重要。

但是僅靠技術的進步是不能挽救農業的。農民們還是需要依靠傳統的農業操作模式和土地管理辦法。比如植物輪作就可以幫助我們打破害蟲的生命周期。如果我們不採用輪作的方式，每年都種植同一種農作物，那麼就會讓某種害蟲大量繁殖。密集種植可以讓雜草沒有太多機會接受日照。恰當的剪枝則有利於空氣和陽光的流通，幫助植株乾燥，避免黴菌繁殖等。（www.bioeg.cn）

在美國加利福尼亞州梨子園被一個個鏟掉的時候，農民們又種上了當地原有的品種，比如野生的燕麥（wild oats）、黑麥草（rye grass）和牽牛花（morning glory ）。這些植物都為害蟲的天敵提供了良好的生存環境。Zoller 表示，有必要使用各種手段（包括最新的科技和最傳統的種植模式），來共同保護農作物和他們的收成。

對任何一種農作物而言，害蟲防治都是重中之重。我們當然期盼最新的科技，但是老的方法也不能丟棄，手段是越多越好。

來源：生命奧秘

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