转基因农作物增产的科学原理

徐政龙 原创 | 2018-04-07 13:28 | 收藏 | 投票

 

转基因农作物增产的科学原理

 

近日反转基因斗士hillstream3在凯迪社区发表了《请专家来解释,转基因增产的原理》一文,用于质疑转基因科技的有用性和先进性。其实,这不是第一次质疑。提出转基因不能增产的著名反转基因斗士是佟屏亚。

本人不是转基因专家,当然不可能完全精准地回答hillstream3的提问。但也可以粗略地回答一部分。答复如下:

1.到目前为止,世界上尚未有专门为增产而设计的转基因农作物投入应用。然而,目前出现的转基因农作物是抗性农作物,即可以抗虫、抗病、抗倒伏、抗盐碱(包括抗海水)、抗旱涝、抗草甘膦等。抗性农作物不是直接通过转入增产基因来增产,而是通过提高抗性的间接途径来达到稳产高产,减少损失。这个效果跟增产是一样的。

2.直接转入增产基因的技术正在研究中,现介绍几种:

    (1)转入碳-4基因水稻

    简单地说,一个调节光合作用效率的基因,在水稻中是碳-3基因,在高粱中是碳-4基因。研究发现,高粱光合作用效率比水稻光合作用效率高出大约30~40%。如果把碳-3基因从水稻中敲除然后转入碳-4基因。那么,水稻的光合作用效率就提高30~40%,相应的,水稻产量也随之提高这么多。

    (2)给非豆科作物装上根瘤菌以固氮

 众所周知,豆科作物不需要施氮肥,原因是豆科作物有根瘤菌。根瘤菌是豆科作物的寄生菌,一般的农作物上不长根瘤菌。根瘤菌给农作物吸收空气中的氮气,然后固定下来,输送给作物。如果水稻、麦、玉米、马铃薯等等常见农作物也长根瘤菌,那该多好啊!可是,这些农作物不接纳根瘤菌,也即这些作物上的基因与根瘤菌不匹配。这就好比一个U盘插不到电脑上,现在只需要改造一下电脑,使得电脑能够安装U盘。如果把常见农作物改造一下,也即通过转入、转出、沉默、激活、修改、编辑一下这些农作物的基因,使得农作物能够接纳根瘤菌,那么农作物就能够自动吸氮、固氮,农作物就不需要施含氮的化肥了。而根瘤菌存在于土壤中。

这个改造意义重大,一方面,人类可以关闭几乎所有制造化学氮肥的化工厂,节约劳动,保护环境。另一方面,作物自己固氮,需要的氮肥与作物发育成长同步,农民不需要关心何时施肥和施多少肥,节约了劳动和成本,提高了农作物的产量。多好啊!

    当然,不一定要通过转基因技术给作物安装根瘤菌,还有许多技术通过基因修改可以提高作物的固氮效率。转基因技术是其中的一种。

    (3) 直接转入增产基因或修改基因组

增产基因是存在的,但不仅仅是一个基因,而是多个基因或一个基因组。例如,水稻中至少发现了一个基因(组)控制谷粒的数量,也发现了一个基因(组)控制谷粒的大小。如果把这两个基因(组)找出来,经过修改,要求水稻谷粒又多又大,然后转入水稻,不就提高了水稻的产量了吗?

    (4)转生长激素基因

如果给植物或动物转入生长激素基因,使得发育和成长快一些,不就提高了产量了吗? 

    例如朱作言院士的转基因黄河鲤鱼,就是在黄河鲤鱼中转入了草鱼生长激素基因。草鱼分泌生长激素旺盛,长得快,而鲤鱼分泌生长激素弱,长得慢。朱作言把草鱼中的分泌生长激素的基因取出来,转入鲤鱼。结果,鲤鱼象草鱼一样快速生长。这就提高了产量。美国刚上市的转基因三文鱼就是拜朱作言为师研究而成的。

农作物也一样。通常,农民为了提高一些农作物的产量,要给农作物喷洒生长激素。例如蔬菜、果树、桑树等作物经常这样。如果给这些作物转入生长激素分泌高的基因,农民就可以不给作物喷洒生长激素农药了。 

    (5)基因模块组合提高农作物的产量和质量

仅仅靠转入或转出一两个基因对作物的改良效果有限。未来的分子生物技术,不仅要采用转基因技术,基因修饰(例如基因沉默、基因激活)技术,也要采用基因编辑技术,使农作物的性状按照农民和消费者的需求愿望来改造。例如,人们需要水稻既高产稳产,又有各种人体所需的营养素,口味好,就要把相应的基因转入水稻,或经过基因编辑,使水稻具有人类所需的性能。

目前,李家洋团队的基因模块拼装技术,使得水稻性状具备许多优良性能。至少在产量上能够达到一吨以上。

结论

到目前为止,提高产量的转基因技术有转抗性的基因、转提高光合作用效率的基因、转接纳固氮根瘤菌的基因、转控制果实数量或控制果实大小的基因、转控制生长激素基因、转入和组装功能基因模块等技术,都可能提高作物产量。分子生物技术方兴未艾,未来,人类能够把生物改造成为生物化工厂,多快好省地为人类生产所需的药物和食物。

个人简介
1.中学高级教师,理学学士,教育硕士。爱好天体物理学、理论物理学等;喜欢在宇宙学、教育、政治、哲学等方面发表见解。 2.到2018年8月,已经在价值中国网发表日志350多篇,读书评论4200多篇。个人爱好是理论物理,尤其对天体物…
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