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转基因生物并非一定破坏生态平衡
时间:2012-01-20 23:01:51  来源:南方周末  作者:颜旸   字体:【
核心提示:转基因生物的大量商业性应用,会对种植地的生物多样性以及生态平衡造成一定影响。但我们不能因噎废食,禁止商业性使用转基因生物。对待转基因生物,科学的态度不是禁止,而是扬长避短,严格监管,合理使用。

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2011年9月29日,墨西哥墨西哥城,一名打扮奇异的活动者在墨西哥国家玉米日抗议在农业中使用转基因技术
 基因资源 生物遗传资源
毒杀西部玉米根虫的Bt(Cry3Bb1)转基因玉米,在美国伊利诺伊州一些农场连续种植三年后,因为Bt 蛋白杀不死的西部玉米根虫而被毁坏

转基因生物对生态环境的影响,从转基因技术诞生开始,就备受人们关注。为此,国际生物技术界还曾在十几年前自行停止转基因生物研究一年,以便大家冷静下来,认真思考这些影响到底有多大,以及对可能的不利影响有什么防范措施。

转基因是人为地让一个基因在其非自然的时间、地点、环境进行非自然的表达。因此可以说,任何一个转基因生物都有可能对其所在的生态环境产生一定的影响。这个影响可能是有害的,但也可能是有益的。

转基因生物对生态环境的影响一般经由转基因本身的表达,转基因的意外逃逸,对目标物种施加强大的非正常选择压力,或者是对非目标物种的意外伤害等途径而实现。转基因生物本身也可能脱离管控进入自然界,进而成为杂草或其它侵袭性生物。

那么,转基因生物对生态环境究竟有什么具体影响呢?这个问题既简单又复杂。

说它简单,是因为就绝大多数转基因生物而言,其对生态环境的影响,都可归结于两点:一是对种群内基因型频率的影响,二是对其生长地的生物多样性以及生态平衡的影响。

说它复杂,是因为只有对每一个转基因的性质、对每一个转基因生物的生物习性、对每一个转基因生物的具体生长环境、对每一项就该转基因生物所做的配套生产措施等等,都要进行个案分析,才能得出相应的答案。因此,我们今天也只能主要就目前已经在生产上大量应用的转基因生物来进行讨论。

“超级”杂草或昆虫

现在一说起基因生物对生态环境的影响,就不可避免地谈到所谓的“超级”杂草或昆虫,这是因为目前在生产上使用最多的,是抗虫的Bt转基因和抗除草剂的转基因作物。

所谓“超级”,是指它们具有其同类本不具有的抗特定除草剂或杀虫剂的能力。也就是说,本来可以杀死它们的除草剂或杀虫剂对它们再也无效。由于它们的一般同类都被该除草剂或杀虫剂消灭了,无其它草或虫与它们进行生存竞争,可以取得尽量多的营养和生存空间。于是,它们就可自由生长,而且长得特别快也特别大。

这些“超级”杂草和昆虫的产生,其实同生物进化的方式有着直接的关系。它们是在一个地方长期大量使用单一抗除草剂或抗虫转基因的必然结果。任何一个生物种群里,由于遗传变异的积累,都存在一定的基因型多样性。这种多样性,是生物种群适应不同生长环境,抵抗灾难的法宝。生物进化的基础是物种本身基因型的多样性,而生物进化的推动力是环境对这些基因型的选择。

如果使用转基因生物的目的是对另一种生物(一般称为“目标生物”)进行直接(如抗虫)或间接(如抗除草剂)的伤害,就等于是对该目标生物的基因型进行一种选择,从而使目标生物朝向抵抗伤害的方向进化。这就是人们常说的选择压力。也就是说,目标生物中,能被杀死的都被杀死了,只剩下杀不死的。结果就是使原本在群体中并不占优势的抗性基因型变成了优势基因型。该转基因的表达强度越高,表达的时间越长,该转基因生物的群体越大,这种选择力度就越大,具有抗性的目标生物就会越早出现。

例如,Bt杀虫剂在Bt转基因棉花问世以前就在棉田使用了很多年。但由于成本原因,施洒强度有限,没有对棉田周围生物多样性造成明显影响。

但是,在Bt(Cry1Ac)棉花于生产上大规模应用六年后,在美国的密西西比和阿肯色州的数十个Bt棉田里,就陆续发现该Bt蛋白杀不死的螟蛉虫。而且,这些抗Bt的螟蛉虫的群体增长迅速,很快就蔓延开来。在印度古吉拉特邦的Bt棉田里,2010年也出现了抗Bt的螟蛉虫。

另外,毒杀西部玉米根虫的Bt (Cry3Bb1) 转基因玉米,在美国爱荷华州和伊利诺伊州一些农场连续种植三年后,田里就出现了Bt蛋白杀不死的西部玉米根虫。同样,近年来在美国不少地方,抗除草剂的“超级杂草”也因大量施洒同一除草剂,而在连续几年种植抗除草剂转基因大豆或棉花的地里出现。

有危害,也有益处

抗虫转基因和抗除草剂转基因在生产上的大量应用,从生物多样性和生态平衡的角度来看,既有危害,但也有促进作用。

就危害而言,这些转基因生物对目标物种的大量杀害,其本身就是对当地生物多样性和生态平衡的一种破坏(虽然这是为了农业生产的需要)。另外,这些转基因生物也可对非目标物种产生伤害。例如,有些Bt转基因玉米所生产的Bt蛋白,除了能杀死欧洲玉米三化螟、西南玉米三化螟和玉米穗虫等等目标昆虫外,也能伤害像帝王斑蝶这样的非目标昆虫。这些伤害又可扩及到以这些昆虫为食物的野生动物。

在应用抗除草剂转基因以前,虽然也大量施用各种除草剂,由于作物轮种,不同年份或季节,种不同作物,用不同的除草剂,杀不同的杂草。田间各种杂草因此就有间息生长的机会,所以对生物多样性虽有影响,但不大。抗草甘膦和抗草铵膦等转基因在各种作物中的大量应用后,可能前后茬作物含的是同一转基因,从而促进了含草甘膦或草铵膦的同类广谱除草剂被长时间大量地施用。这会导至田间的各种杂草因很长时间无机会结种籽而最后消亡(除非突变成“超级杂草”),再加上这一消亡对以这些杂草为食的野生动物的影响,结果就是大大降低了当地的生物多样性。

草甘膦和草铵膦这类除草剂,在植物体内和土壤中,通常可以在不长的时间内被生物降解掉,所以残毒很小。对土壤及水的污染也就很小。由于大面积种植抗草甘膦和抗草铵膦等转基因作物,促使草甘膦和草铵膦这类除草剂的超量施用,大大超过土壤微生物对它们的解毒能力。结果就是这类除草剂及其部分降解产物在土壤中的超量非正常残留,并进而对水资源造成污染。美国地质调查局(USGS)最近的调查研究已证明了这种可能性。

另一方面,转基因作物的大面积应用,只要配套措施得当,也能有助于保护生物多样性。比如,在作物生产中必须防虫,而施撒化学杀虫剂是最有效从而最常用的防虫措施。栽种含Bt的抗虫转基因品种,其实是等同于在田里施洒Bt蛋白杀虫剂。所不同的是杀虫剂是就地生产的。不用Bt转基因防虫,很可能就会施用其它广谱杀虫剂。而施用广谱杀虫剂就会杀死田里,如果不是全部的话,也是绝大多数昆虫。

美国环保局积累的十几年的数据表明,在Bt棉花和玉米地里的非目标生物,无论在种类还是在数量上,一般都比施行化学杀虫的非Bt棉花和玉米地里的要多得多。从这个角度来看,Bt转基因对昆虫的选择性杀害有利于保护非目标昆虫,使它们免于被广谱杀虫剂杀害。这同时也有益于它们的捕食者,如一些昆虫、鸟类等的生长繁衍。

意外逃逸的后果

转基因意外逃逸是指转基因意外地进入到同一物种的非转基因种群或其它物种中去,从而使转基因失去控制。它可以通过转基因生物与非转基因生物间的有性生殖而实现,也可经由微生物的侵染来完成。

转基因意外逃逸的可能结果也能是出现“超级杂草”“超级害虫”等“超级”生物。例如,北美是向日葵的原产地。美国中西部许多地方都有不少野生向日葵或向日葵的近源物种生长。这些野生向日葵或近源植物同栽培向日葵能直接经窜粉杂交,产生可育或部分可育杂种。

美国俄亥俄州立大学等机构的研究人员所做的实验表明,Bt转基因能很容易地通过花粉逃逸,从Bt转基因向日葵飘移到田边生长的野生向日葵中。含有Bt转基因的野生向日葵,由于虫害减少因而产种量激增,从而能迅速建立并扩大其群体,成为优势种群。事实上,几年前,在加拿大和英国就都发现有抗除草剂转基因从栽培的转基因油菜向田边野生近源杂草转移的现象。

转基因意外逃逸还指转基因生物本身在从监控环境中逃逸。造成它们从监控环境中逃逸可能的途径,可以是在运输、收获或其它处理环节中的疏漏,也可以是头年遗漏在地里的种子。转基因生物从监控环境中逃逸打野后,如果生长环境适当,有可能成为侵袭性生物。

美国公路边发现的野生转基因油菜就是极好的例子。美国的不少公路维修商都习惯用打碎的油菜秸杆来覆盖刚修整过的路肩,以防止裸露土壤的流失。这就给转基因油菜逃逸提供了方便。

美国阿肯色大学的一个研究团队,最近在美国生态学会的一个会议上就报告说,他们在2010年夏天,从美国长约5600公里的公路路基上,随机采取了231株油菜。经测定,发现有约百分之八十是抗除草剂转基因油菜。其中有些还同时含有抗草甘膦和抗草铵膦两种转基因的。这表明分别含有这两种转基因的油菜,在打野后,又相互进行了杂交。在加拿大也曾发现过,相邻而种的不同抗除草剂油菜,相互窜粉杂交,形成抗多种除草剂的新种群。

这些案例表明,即使是在美加这样的对转基因监管甚严的国度,也有百密一疏的时候。

“横向转移”无实例

从理论上讲,转基因意外逃逸的途径还有一个,那就是通过侵染性微生物进行所谓的“横向转移”。也就是说,转基因生物被细菌真菌或病毒等侵染后,这些微生物就有可能将转基因整合到自己的基因组或质粒里,甚至进而传递给下一个被它们侵染的生物体。欧美各国对此也已做了大量研究。不过,目前还没有发现发生了这种“横向转移”的可信的实例。

虽然目前还没有发现转基因向微生物的横向转移,但有研究表明,因种植抗草甘膦的转基因大豆而过多施洒含草甘膦的除草剂,对大豆根际微生物群体间的复杂相互作用和生化活动有负面影响。这些负面影响不利于大豆根系的发育,进而妨碍大豆植株的生长并降低其生产力。

严格监管,而非因噎废食

虽然转基因生物对生物多样性或生态平衡有上述这些可能的负面影响。但是,并不是说大量使用转基因生物一定就会破坏生物多样性或生态平衡。关键是如何对其进行正确使用,以及如何对其使用进行严格的审批和有效的监管。要掌握这些关键,我们首先应该做的,就是去了解一个转基因生物的生活习性,去了解它对生态环境的各种可能影响。有了这些知识,我们就可对症下药,采取适当措施来避免或至少是极大地降低这些影响。这些措施应该包括批准商业使用前的严格审批和批准后的严格监督两方面。

目前,在不少国家,在批准一个转基因生物的商业使用前,都要就它对生态环境所有可能的潜在影响,进行深入细致的调查研究,力争有最大限度地了解。比如,对于Cry34Ab1转基因蛋白,美国环保局先将其定位为在植物中生产的杀虫剂。在批准含这种Bt蛋白的转基因作物进行商业应用前,首先按一般含Bt的杀虫剂来监管。除了要弄清它对人类的可能危害外,还要对生活在其目标使用地的空中、地面及地下的各种微生物、昆虫、鸟类和其它野生动物进行详尽的测试。

比如,与非转基因杂交是转基因意外逃逸的主要途径。为了防止这种事件发生,如果当地生长有与一个转基因作物属于同一个或近源的物种的野生植物,就不要种植该转基因作物。加拿大目前就规定,转基因油菜就不能在其东部地区种植,因为那一地区有不少油菜的近源野生种生长。墨西哥也严禁转基因玉米种植,因为当地是玉米的起源中心,有不少玉米的近源野生种生长。

为了防止转基因经由花粉飘扬而意外逃逸,根据转基因作物的生殖习性,可在外围种植一定宽度的非转基因品种作为安全隔离带。例如,因为玉米是异花授粉植物,欧美各国都要求在转基因玉米地外围种植20-50米宽的非转基因玉米。防止转基因经由花粉飘扬而意外逃逸的安全隔离措施,也可以是让转基因作物与非转基因作物在同一地区的种植时间安排上有一个时间差。比如,在美国的甜玉米生产实践中,就是让非转基因甜玉米比其毗邻的谷用转基因玉米晚种十天半月,从而在开花期上相互避开。

防止或减少因大面积种植转基因作物而造成的对目标生物的选择压力,可采取建立目标生物避难地,以及转基因作物与非转基因作物间,或者含不同转基因的作物间进行轮种等措施。例如,对Bt转基因作物,美国就规定,同一农场,在种植Bt转基因作物时,必须在离该Bt转基因作物一定距离内(依不同Bt转基因和作物而异),同时种植不少于该Bt转基因作物总面积的20%-50%(依种植地区而异)的非Bt转基因作物。另外,为防止“超级杂草”的产生,还规定一块地不能连续两年或两季种植含同一抗除草剂转基因的作物。对某些转基因作物,比如对Bt甜玉米,还规定在收获后,必须彻底清除遗留植株,以便尽量减少该转基因的作用时间。

总之,转基因生物的大量商业性应用,会对种植地的生物多样性以及生态平衡造成一定影响。但我们不能因噎废食,禁止商业性使用转基因生物。对待转基因生物,科学的态度不是禁止,而是扬长避短,严格监管,合理使用。而且,这个监管并不仅仅是政府的事,也是每个公民的责任和义务。

(作者系美国南达科他州立大学生物及微生物系教授)

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