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许智宏院士等专家揭秘转基因那些事儿(上)——地瓜就是一种天然的转基因植物

许智宏院士等专家揭秘转基因那些事儿(上)——地瓜就是一种天然的转基因植物

编者按

时下,关于转基因食品,不少公众担忧其安全性。农村大众报作为中共山东省委主管主办的主流媒体,组织本次独家访谈,特邀中国科学院院士、北京大学原校长许智宏等专家和农业部有关部门负责人揭秘转基因的那些事儿。在过去30年里,转基因技术得到了国务院和相关部委的高度重视和大力支持。我国在作物基因组和基因功能解析的基础研究领域取得了一批原创性成果;在利用转基因对农作物进行遗传改良的应用研究领域也取得了举世瞩目的成就,其中转基因棉花的大面积推广产生了巨大的经济效益、社会效益和生态效益。以下是访谈实录,按照内容分为上篇、中篇、下篇三部分刊发。

 

◎访谈嘉宾:

 

许智宏

中国科学院院士、北京大学原校长

 

张宪法

农业部科技教育司转基因生物安全与知识产权处调研员

 

楚秀生

山东省农业科学院作物研究所研究员

 

 
 
  运用转基因技术,可把优异基因转入所需品种
 

农村大众报目前,社会各界关注转基因,但是并非人人了解转基因。请您给大家通俗地讲一讲:什么是转基因技术?

 

 

 

楚秀生:转基因技术是利用现代分子生物学的方法,将一个生物物种或品种的基因分离出来,在实验室里对其进行科学修饰、组装,然后借助基因枪、农杆菌等转化技术,将其转入另一个生物物种或品种的基因组中并使其稳定遗传,从而使这个生物物种或品种获得由目的基因赋予的优异性状的技术。

通俗地说,转基因技术就是把一个生物物种或品种中控制优良性状的一个基因拿出来,跟另外一个需要这种优良性状的生物物种或者品种进行杂交的技术。

 

农村大众报那它与传统育种技术有哪些区别和联系?

 

 

 

楚秀生:转基因技术是一种现代分子生物学新技术。它与传统育种技术既有区别又有联系,既有相同点也有不同点。

二者的相同点是:转入的都是基因;后代的繁殖方式相同,都是自交或杂交;后代的栽培管理相同;后代筛选目标相同,都是筛选对生产有益的后代;筛选后代的处理方法一样,标准相同。

二者的不同点:(1)转基因技术:转入的基因大小、结构、组成及功能已知,转入的基因数量可控;基因在受体生物(即接受所转基因的生物)基因组的插入位点可以追踪;这个基因需要借助技术手段才能进入受体生物的细胞内;基因转入受体生物中不受物种是否能够杂交的限制;受体生物细胞需要经过细胞组织培养和再生阶段;基因纯合速度快,如转入一个基因,在自交后的子二代中,就有25%的该基因的纯合个体;对目的基因控制的相关性状,可以在杂交后代中利用该基因的分子标记进行跟踪筛选。(2)传统育种技术:转入的基因是供体生物(即提供所转基因的生物)所有染色体携带的全部基因,基因大小、结构、组成及功能不够清晰,转入的基因数量不可控;供体生物基因在受体生物基因组中的插入位置无法检测;供体生物基因转入受体生物过程相对简单,只要能够杂交就可以完成;供体生物基因转入受体生物中受生物物种间是否能够杂交的限制;后代基因纯合速度慢,需要经过十几代的时间;对优异杂种后代的筛选主要凭借育种者的经验,受环境影响大,准确性差,效率低。

 

农村大众报运用转基因技术获得的农作物产品,与运用传统育种技术获得的产品相比,有差别吗?有哪些相同点和不同点?

 

 

 

楚秀生:运用转基因技术获得的农作物产品与运用传统育种技术获得的产品,既有相同点,也有不同点。

二者的相同点:总体来说,所有产品都是碳水化合物组成的。以增加产量为目标的产品如果实、种子,及其附属产品如油脂、蛋白、中间代谢产物等都是相同的,只是转基因技术提高了受体生物品种相应产品的数量;以抗病虫、抗逆(抗旱、抗寒、耐热等)为目标,获得的转基因产品与传统育种产品组成是相同的,但比传统育种的作物产量高。转基因培育抗虫棉新品种与传统育种技术培育的新品种,目标相同,都是产棉絮。

二者的不同点:如以营养为目标的转基因农作物产品,其质量优于传统育种产品,如蛋白质中必需氨基酸含量增加,更有益于健康的油料作物脂肪酸比例改变等;转基因抗虫棉的抗虫性明显比传统的常规棉强。

 

 
 
  基因 “转移”过程是精准的遗传改良,不会发生风险
 

农村大众报转基因中所“转”的基因来自何处?社会上,有些人因为不清楚它的来源而担心;还有人忧心忡忡,万一不小心“转”入一个坏基因,那可怎么办啊?

 

 

 

楚秀生:一般受体生物(即接受所转基因的生物)是植物的,其转的基因也来自于植物;同样,受体生物是动物的,其转的基因也来自于动物。如目前进行的小麦抗逆转基因育种,其抗旱基因主要来自大豆、小麦;转入小麦的高光效基因(它能提高农作物的光合作用效率,进而提高农作物产量),则来自于玉米。如转入鲤鱼的生长基因,来自于草鱼,基因转移之后,鲤鱼就长得快了。

其实,这些担心都是多余的。首先,要“转”的这个基因来自哪种生物哪个品种,它的结构怎样、功能如何,科研人员是十分清楚的,不会随便找个基因就去“乱转”。其次,转入的基因,肯定是优异的基因,也就是说,站在人类的角度讲,是有益的基因,比如抗干旱的基因、抗棉铃虫的基因、促进生长的基因等。

 

农村大众报这些基因,是如何“转移”的?请您详细说说,经过了哪些步骤?在“转移”的过程中是否会发生不可控的风险?

 

 

 

楚秀生:以植物转基因为例,首先从某一种生物组织器官(如根、茎、叶、花、果实)提取要转入的基因,然后在实验室里对该基因进行科学修饰、加工、组装以及功能验证等。利用基因枪、农杆菌等转化工具,转入另一种生物的未成熟胚或其它组织细胞,然后进行组织培养,通过细胞分化、植株再生等过程,获得转基因植株幼苗。对幼苗植株进行转入基因检测,筛选转入基因已插入受体生物基因组中的植株幼苗,并对阳性植株进行田间种植、扩繁,通过对优异性状的筛选、转入基因的检测,获得稳定遗传的植物转基因后代新品系,再经过安全评价、中间试验等一系列过程,一路顺利,最终才能通过审定推广。

转基因是在实验室里进行的,由受过专门训练的科研人员严格按照技术流程操作,其过程是可控的,不会对人类、其他生物和自然环境带来风险。

 

 

 
 
  转基因技术育种与传统育种一样,都是基因转移、重组的过程
 

农村大众报转基因技术育种和传统育种的区别在哪里?

 

 

 

楚秀生:传统的杂交育种是两个物种或品种进行杂交,是二者各自全套基因的杂交、混合,会引入成千上万个基因,而这些基因中有对人类有用的也有对人类或品种自身不利的基因,需要花费很长的时间才能从众多的杂种后代中筛选出好的品种来。而转基因技术育种,实际上是分子杂交育种,它不是全套基因的杂交,只是一个物种或品种的一个基因和另一个物种或品种的全套基因进行的杂交,引入的是唯一一个结构及功能非常清楚的基因,更精准、更高效。

通俗地说,转基因技术育种就是把一个优良性状的基因拿出来,跟另外一个所需要的生产品种进行的杂交。例如,我们把野生稻里的高产基因,或穗粒数多的基因,或籽粒饱满的基因,或抗旱(抗病)基因拿出来,跟现在我们种植的常规水稻杂交,培育出的优异后代既保持了现在种植的常规水稻的生产优越性,又只改变了它的一个缺点,例如不抗某种病害等;把一个胡萝卜素基因跟水稻杂交,培育出高胡萝卜素含量的高营养水稻品种;把一个作物抗旱基因拿出来,与小麦杂交,可以提高小麦的抗旱性,既减少了灌溉成本投入,又提高了小麦产量。

 

农村大众报与传统育种技术相比,转基因技术有哪些优点?

 

 

 

许智宏:用传统育种技术培育一个农作物新品种一般需要10年,甚至更长的时间。传统育种就像生儿育女,爸爸、妈妈很漂亮,但生出来的孩子未必漂亮。因为爸爸、妈妈的基因在孩子身上是随机重组的。农作物也一样,想通过常规杂交育种的方式,把两个品种的优良性状结合在一起,结果常常不好的性状也相伴出现。所以要通过与优良品种反复回交,经过漫长的选育过程,才能培育得到我们所需要的理想的高产、高抗、优质新品种。

现在我们希望缩短农作物新品种培育的时间,采用转基因技术就是一个好方法。而且所用基因不受物种的限制。大致步骤是,先找到一个所需要的基因,例如抗旱的基因,通过转基因技术就可以把这个基因转移到需要改良的品种中,得到能够抗旱的品种。这样的新技术之优点显而易见:按照特定的目标要求去做,精准,花费的时间又短。

 

 
 
  如果没有基因的突变、转移和重组,就没有如今丰富多彩的农作物。地瓜就是一种天然的转基因植物
 

农村大众报有些人认为,在运用转基因技术培育农作物新品种的过程中,人为改变了农作物的基因和性状,因此担心它的根茎叶花果实种子不再是自然的、原始的了,食用之后不利于身体健康。这一观点对吗?

 

 

 

许智宏:说到这个话题,首先有必要了解今天栽培的农作物是怎么来的。地球上最早的植物都是野生的。我们现在栽培的大多数农作物,就是野生植物经过人类长期驯化与人工选育的结果。从分子水平讲,在这个过程中,很多基因发生了突变、转移、重新组合。我们的祖先通过几千年的驯化选择和育种家上百年的遗传培育,才逐渐获得了现在种植的众多农作物新品种,有些甚至是新物种,例如小麦就是由三个不同的禾本科杂草天然杂交形成的六倍体新物种。

玉米,最早时果穗和籽粒都非常小。人类开始利用玉米之后,通过不断选育,逐步发生变化,成了现在的模样。在这个过程中,人类对自然发生的优良遗传突变加以选择与利用。今天的番茄比原始的大了几十倍甚至上百倍。科学家们发现,从原始的小番茄到今天栽培的大番茄,约有18个主要基因发生了变化。从最原始的醋栗番茄到樱桃番茄(现在吃的“圣女果”),这中间有5个基因发生了变化。从樱桃番茄到现在栽培的大型番茄,又有13个基因发生了变化。

现在你看一株野生稻,就像一株野草,披头散发,茎秆呈匍匐状,籽粒不光细小,而且易落粒,结实后还没等收获就掉了。通过人工选育,那些穗子不落粒的、茎秆挺立的稻子植株被保留下来,逐步演变成今天的水稻。

野生土豆在驯化的过程中,地下块茎比原来大了几十倍,形状变得更加规则。到西双版纳,还能找到野生黄瓜,圆圆的,非常苦。但经过反复杂交选育的黄瓜,就是我们今天常吃的黄瓜,已变成长长的,也不再有苦味了。

讲到这里,你可能就明白了,如果没有对野生植物的长期驯化与人工选育,没有大自然中基因的突变、转移、重新组合,就没有现在琳琅满目、多姿多彩的农作物。纯粹自然的野生植物物种不仅产量有限,质量也可能十分低劣,如黄瓜是苦的,土豆是很小且不规则的,稻子还没收获种子就掉落地上……现在的转基因技术育种,只不过比传统育种的基因转移和重新组合,目的更为明确,时间变得更短,从原理上讲二者没有什么本质上的区别。

其实,这种跨界的基因转移在大自然中也是存在的。科学家对全球的291个甘薯(山东俗称为“地瓜”)样品进行分析,在所有样品中都发现存在现在用于转基因的根癌农杆菌的基因(DNA)片段。说明人类食用的甘薯本身就是一种天然的转基因植物,可能已经有几千年了。与现代的转基因技术相比,大自然中发生的基因转移过程不受我们控制,而今天农作物新品种培育时的转基因是在科学家的严格控制下进行的。

 

农村大众报记者    陈建志

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