向大自然學習的現代生物技術

民以食為天，與其他物種一樣，如何獲取食物維生，是人類最重要的事。最早，人類祖先通過漁獵、游牧獲取食物。逐漸，隨著人口增加，人類需要更穩定和高產的食物來源，人類開始嘗試馴化植物和動物，使它們按照人類需求生長和繁殖。這便是最早的農業和畜牧業，使定居生活成為可能，更使人類文明得以發展。

促進發展，回饋自然。時至今日，現代農業遵循自然界的規律，向大自然學習，開發先進技術，保護大自然的饋贈，減少資源消耗。

大自然的傑作：天然存在於紅薯中的農桿菌DNA

一篇發表在《美國國家科學院院刊》上的文章表明，在農民種植的全部291種紅薯中均發現農桿菌基因，包含至少4個外源基因以及T-DNA分子（T-DNA，Transfer DNA，即轉移DNA，農桿菌Ti質粒中的一段DNA序列，可以將外源基因轉移到受體植物的基因組中，是分子生物學中廣泛應用的載體），而所有這些外源基因以及T-DNA分子的插入都是在自然狀態下發生的。這意味著，在人類開始食用紅薯之前，農桿菌就已經把它的基因插入作物野生祖先的基因組中了。轉入到紅薯體內的農桿菌基因幫助植物產生了兩種激素，從而使植物的根部發生變化併產生了一些可食用的物質。這些外源的農桿菌DNA幫助人類實現對紅薯的馴化，而這一自然馴化過程經歷了上千年的時間。

向大自然學習：將農桿菌DNA用於現代生物技術育種

隨著現代分子生物學的發展，植物科學家和育種家通過向大自然學習，發揮T-DNA分子可轉移的特性—T-DNA分子可以將外源基因轉入到植物細胞中，將具有重大價值的外源基因插入到植物細胞中，使植物具有特定功能。這一方法被稱為生物技術育種。植物科學家和育種家將選定的優良基因通過T-DNA導入植物中，獲得具有特定性狀的植物品種。而這隻需要5至6年左右的時間，不用再經過上千年的自然選擇。生物技術育種大大提高了育種的精確度，顯著縮短了育種時間。

生物技術作物的全球首次大規模商業化種植始於1996年，種植面積從1996年的170萬公頃上升到2016年的1.851億公頃，實現了110倍的增長。目前全世界78%的大豆、64%的棉花、26%的玉米和24%的油菜都是生物技術品種。

現代生物技術育種的中國實踐：抗蟲棉在中國的商業化種植

生物技術育種的中國實踐之一是抗蟲棉的商業化種植。科學家將來自蘇雲金芽胞桿菌(Bacillus thuringiensis，簡稱Bt)的抗蟲基因轉入棉花，即為Bt棉花，使棉花獲得抗蟲特性，有效防止棉鈴蟲對作物的危害。

棉鈴蟲是中國棉花的主要害蟲之一，嚴重時導致減產甚至絕收。20世紀90年代初，中國棉業過量使用化學農藥防治害蟲，大量殺蟲劑的使用導致棉鈴蟲產生抗藥性，棉鈴蟲大爆發，同期棉花總產下降43.2％，造成大量人畜中毒死亡事故，中國棉紡企業因缺乏原料紛紛停產，工人待業。而抗蟲棉很好地解決了這一問題，恢復並提高了棉花產量。

1997年，抗蟲棉在中國開始商業化種植。抗蟲棉平均產量從1997年的1.02噸/公頃增至2014年的1.46噸/公頃，平均增產43%（圖1）。

圖1：整理自國際農業生物技術應用服務組織 (ISAAA) 報告

增產的同時，抗蟲棉還顯著減少了殺蟲劑的使用。棉鈴蟲和紅鈴蟲是中國棉花生產的主要害蟲。種植抗蟲棉之前，棉農防治棉鈴蟲一年需打葯10-20次。種植抗蟲棉後，由於品種本身就具有良好的抗蟲效果，一年只需打葯2-5次，即可有效控制這兩種主要害蟲。以1999年的河北和山東為例，抗蟲棉較非抗蟲棉農藥用量減少約70%（圖2）。

圖2：整理自轉基因微問答《轉基因棉花：最大受益者是農民與消費者》

值得一提的是，種植抗蟲棉在減少殺蟲劑施用同時，也為種植地帶來顯著的環境效益，增加棉田及周邊生物多樣性。由於減輕了農藥對害蟲天敵和有益昆蟲的傷害，瓢蟲、草蛉、蜘蛛和寄生蜂等害蟲天敵和有益昆蟲的數量成幾倍到幾百倍增加，抗蟲棉田及其周邊生物多樣性更加豐富多樣，有利於農田環境保護。

據統計，中國除了直接受益於Bt 棉花的農民外，還有1000 萬農民間接受益於2200 萬公頃棉鈴蟲輪換寄主作物的種植和因種植Bt 棉花導致的蟲害減少。因此，實際受益於Bt 棉花的中國農民遠遠超過了1700萬人。

圖3：整理自ISAAA 報告

成本方面，因種植抗蟲棉大量減少殺蟲劑的施用，節省了農藥購買成本和噴施勞動力的投入，降低了棉花價格，也為消費者帶來了收益（圖4）。中國抗蟲棉利益分配收益顯示，中國棉農（65%）和消費者（30%）是抗蟲棉的最大受益者，而種子公司和研發者（5%）是獲益最少的。

圖4：整理自轉基因微問答《轉基因棉花：最大受益者是農民與消費者》

中國的抗蟲棉是植物科學家和育種家向大自然學習作物馴化之法、用於農田生產之道的實踐。取之自然，回饋農田。現代農業使生物技術棉花通過可持續的方式降低生產成本，提高產量，改善農民收入，保護自然環境，使消費者有機會買到價格更低、質量更好、更環保的棉製品。

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