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物理学论文生物安全的现状与对策1对GMOs持截然不同的观点所谓的GMOsGeneticallymodifiedorganisms,是指经遗传修饰了的生物体。转基因作物就是GMOs中的一种。目前在国际上对GMOs存在下列截然不同的观点。一种是赞同大力发展GMOs的观点,其理由是基于下列几点。1具有明显的经济效益下面有几个数字能说明问题。如美国,1996年时70的转基因Bt棉花不再喷洒杀虫剂,产量提高70,每公顷节约140~180美元美国原来每年约有一半的玉米田3200万hm2受棉铃虫危害,丧失金额达10亿美元,但种植转基因Bt玉米后,产量提高9,而经济效益1996年是190万美元,1997年达1900万美元在加拿大,在1996年种植了1200万hm2耐除草剂油菜后,产量提高9,经济效益达600万美元中国种植转基因抗虫棉花,从1997~2000年的4年,总的经济效益达3亿3千7百万美元。全世界2000年转基因作物产品的价值为30亿美元,预计到2010年时价值可达300亿美元。由此可见,经济效益是十分明显的。2解决发展中国家人民的饥饿问题世界人口,特别在发展中国家,会不断增长是肯定的,而粮食如何能随着增长的人口同时增加,是一个全世界关心的严重问题。不少人认为,基因工程技术,特别是转基因技术,将是解决21世纪不断增加人口对粮食需求的唯一途径。1999年,在英国皇家学会曾召开过一次世界上有关科学院共同讨论GMOs问题的会议,会议上一个发展中国家科学院院长认为我们与欧洲的一些发达国家不一样的是他们国家人口少,已经有足够的粮食,可以不发展转基因技术。而我们是发展中国家、人口多,需要大力发展转基因技术来解决我国的粮食问题。转基因技术不仅能提高粮食或作物的产量,并可提高其品质。全球每年由于维生素A缺乏症导致50万人失明,100万儿童死亡,这类事件多数是发生在以稻米为主食的发展中国家的贫困人口中,特别是非洲。瑞士科学家IngoPetrykus领导的研究组用基因工程技术培育出一种称为金稻的水稻,这是一种具高含量维生素A原物质的水稻,有可能解决维生素A缺乏症问题。3可能大大缩短作物生长期西班牙科学家从拟南芥菜中提取一种基因插入柑橘树中,使原来要5~6年才能成熟的柑橘树,在一年内就开花结果(Penaetal.,2001)又如德国科学家培育的马铃薯在栽种后15周就能收获马铃薯,比普通马铃薯块茎收获时间要提早7周之多,这种新品种并能产生一种细菌酶,可以把能使马铃薯萌芽的焦磷酸盐分解而阻止其出芽(Farreetal.,2001)。2001年7月联合国开发计划署UNDP发布的第12期2001年人类发展报告中对基因改良技术的可利用性的一面也是充分肯定的。报告指出,尽管充满争议,基因改良生物GMOs是一种翻译方式可能成为发展中国家的突破性技术。在承认需要面对基因改良技术所带来的环境和健康等方面风险的同时,仍要注意到这一技术在生成抗病毒、抗旱和富有营养的作物方面具有的独特潜力,这些作物能够大幅度减少目前仍困扰着全球8亿人口的营养不良现象。报告认为基因改良生物带来的风险可以得到控制。另一种观点是全面对GMOs持否定的态度。特别是绿色和平组织等一些非政府组织,他们不仅游行、抗议,有时甚至采取行动。2001年8月28日中央电视台新闻30分节目中播出了法国的反对GMOs的群众,拿起了镰刀大量的砍除已长得很大的转基因玉米,因为法国食品安全机构在递交给政府的一份报告中说,在受测试的玉米种子中,大概41的样品含有转基因物质成分。此外,一小部分油菜种子和大豆种子也含有转基因物质。报告还指出,我们观察到的一些现象使我们得出结论,常规食品含有转基因物质的现象并不仅限于我们所研究的种子。现在常规谷物的种子或作物含有微量转基因物质的可能性已成为现实。绿色和平组织在对一片赞扬声中上述的金稻也持截然相反的立场。当然他们对任何转基因产品都是反对的,他们认为转基因技术存在着不可预测、不精确、和不可逆转等问题。与其他基因工程技术一样金稻没有解决根本的安全问题,对环境有潜在的威胁。他们引用营养学家的意见说,贫困人口的饮食结构中缺乏脂肪,为之才影响了他们吸收大米中维生素A。因此金稻解决不了维生素A缺乏症。从营养学角度考虑,转基因技术能够解决饥荒的理论是没有充分依据的。他们甚至认为不论是在发达国家或是发展中国家,想仅仅凭借某一种技术力量解决复杂的社会和经济问题是不可能的。对上述能使传统产品大大缩短生长期的转基因技术,环境保护主义者也持强烈反对的态度,他们认为这些作物对环境和健康的长期影响还不得而知。在他们的强烈反对下,西欧目前实际上禁止对转基因作物作商品化的种植。2转基因作物的潜在生态风险关于转基因作物的潜在生态风险早在1992年公布的生物多样性公约条款中就已明确提出来,要求制定或采取办法酌情管制、管理或控制由生物技术改变的活生物LMO或GMO在使用和释放时可能产生的危险,既可能对环境产生不利影响,从而影响到生物多样性的保护和持续利用,也要考虑到对人类健康的危险。对环境产生不利的影响,包括了对农田生态系统的影响,以及自然生态系统的影响,影响是多方面的,我们已有文章报道(钱迎倩等,1998),在Kjellsson1997的基础上列了表1。表1中所列的不少是生态风险,转基因作物因为是人工制造的品种,我们可以把这些品种看作为自然界原来不存在的外来种。一般说来,外来种对环境或生物多样性造成威胁或危险会有一段较长的时间。有时需10年的时间,或更长的时间。转基因作物商品化种植至今最长也就是5~6年的时间,一些潜在风险在这么短的时间内不一定能表现出来。可是有些风险在实验室水平上已经证实。如Mikkelsen等证实抗除草剂转基因油菜的抗除草剂基因可以通过基因流在一次杂交、一次回交的过程已转到其野生近缘种中(Mikkelsenetal.,1996)。这就是表中所指出的在农田生态系统中可能产生新的农田杂草。没有预料到的是转基因作物自身变为杂草成为现实的时间来得如此之快。根据2001年8月的报道,在加拿大主要的转基因作物是耐除草剂的GM油菜,但它们正在变成杂草。农民们正在与他们农田里的一种新的有害植物作斗争。因为在他们农田里已出现了未种植过的GM油菜,而这种植物能抗常规使用的除草剂,要杀死它们还较困难。曼尼托巴大学的植物科学家MartinEntz说,GM油菜传播的速度要比我们想到的要快很多,而要控制它是绝对不可能的。加拿大食品检验署已劝告农民们用另外的药剂来杀死他们。可是其它的药剂能把农民种的作物杀死,在某些情况下,GM油菜对这些药剂却具有抗性。这些GM油菜真正成为所谓的超级杂草。表1转基因植物释放到环境后潜在的风险对环境有害的影响造成影响的过程农田生态系统Agroecosystem增加杀虫剂的使用抗性的选择和转运到可相容的其它植物中产生新的农田杂草基因流和杂交转基因植物自身变为杂草插入性状的竞争产生新的病毒不同病毒基因组和转基因作物的病毒外壳蛋白的重组产生新的作物害虫病原体植物相互作用食草动物植物相互作用对非目标生物的伤害食草动物的误食自然生态系统Naturalecosystem侵入到新的栖息地花粉和种子的传播干扰竞争丧失物种的遗传多样性基因流和杂交竞争对非目标物种的伤害改变了互惠共生关系生物多样性的丧失竞争环境的胁迫增加的影响基因、种群、物种营养循环和地球化学过程的改变与非生物环境的相互作用如转基因植物与N2固定系统初级生产力的改变改变了物种的组成增加了土壤流失增加的影响与环境、物种组成的相互作用再举一个例子是GMOs对生物多样性的影响。Losey等(Loseyetal.,1999)的实验结果在Nature上发表后引起了很大的轰动。他们在实验室中用加有Bt玉米花粉的马利筋叶片来喂饲大斑蝶幼虫,加普通玉米花粉及不加玉米花粉的马利筋叶片作为对照,结果说明喂饲加有Bt玉米花粉的马利筋的幼虫第二天死亡10以上,4天后死亡44,而对照全部存活。此外,对加有Bt玉米花粉的马利筋摄取量小,幼虫生长缓慢,重量只有喂饲无花粉叶片的幼虫的一半。从另外一角度也可能威胁大斑蝶的生存,在无转基因抗除草剂作物前,除草剂一般只能在作物种子萌发前喷洒一次。在种植抗除草剂作物后,就可在作物生长期多次喷洒除草剂,杀死杂草而对作物无威胁,随着多次除草剂的喷洒,马利筋就大量减少。由于大斑蝶的惟一的食物是马利筋,随着马利筋大量减少,也就威胁到大斑蝶的物种的生存。大斑蝶是一种非常漂亮的蝴蝶,深受美国人民的喜爱。还有另外几个对生物多样性造成威胁的例子,已在另外文章中报道了(钱迎倩等,2001)。GMOs对环境的其它方面影响,我们也作过报道(钱迎倩、马克平,1998),国际上近年来普遍重视生物安全的研究工作,随着时间的推延,会不断有新的报道。顺便也要提到关于对人体健康问题,据报道,美国市场上已有千种以上的食品是从GM作物来源的,因为至今还没有一个实验证据证明被政府批准作商品化种植的GM产物对人身健康造成危害。即使这种情况,美国农业部对某些GM产物还不允许作为人类的食物,只能作为牲口饲料。2000年美国曾发生一事件,StarLink公司培育的抗虫的Bt玉米,农业部担心一部分人可能对这种玉米内含有Cry9C蛋白质而引起过敏反应,因此只允许作为动物饲料。但是StarLink公司却把这种玉米出售给生产人类食品的工厂,从而在杂货店的食品架上就出现了含转基因玉米成分的煎玉米卷、玉米点心和其它玉米食品。美国农业部发现后,不仅迫使这些食品从货架上收回,把去年生产的所有玉米都作为转基因玉米来处理。因为转基因玉米的价格要比常规玉米的低,因此造成种植常规玉米的农民及中间商蒙受损失,也影响到整个玉米出口量下降。上面提到法国食品安全机构在普通玉米种子中已检测到转基因物质,其含量通常不超过0.1,安全机构负责人声称,食用这些谷物生产的食品对消费者造成危险的可能性非常小。3拟采取的对策生物技术这门高新技术在解决医药、农业、环境等各个方面问题确实是一条重要的途径,并会带来巨大的经济效益和社会效益,这一点是不容置疑的。但GMOs对环境及人体健康的安全性也是不能忽视的。UNDP2001年人类发展报告呼吁,人们应对基因改良生物的长期影响做进一步研究,并提倡对基因改良产品做标记,以便使顾客做出知情的选择。报告并指出,生物技术和食品安全问题往往是政策欠妥、法规不当和缺乏透明度的结果。提出下列几点对策1)2001年5月23日国务院总理朱镕基签署第304号中华人民共和国国务院令,公布了农业转基因生物安全管理条例,规定了国务院农业行政主管部门负责全国农业转基因生物安全的监督管理工作,并建立农业转基因生物安全部际联席会议制度还规定列入农业转基因生物目录的农业转基因生物,由生产、分装单位和个人负责标识、未标识的,不得销售。农业转基因生物标识应当载明产品中含有转基因成分的主要原料名称等等。条例的颁布,为转基因作物及其产品的安全使用打下了重要的基础。下一步有两个重要的工作可能应该重视的,一个是转基因作物的安全问题涉及的部门多,部门之间的合作与协调是一个重要而复杂的问题第二个是宣传、教育、贯彻落实问题,转基因作物将涉及到广大农民,目前中国农民对什么是转基因作物、转基因作物可能带来的潜在风险,为什么要采取标识制度等等方面的教育十分重视。2)切实加强生物安全的科学研究工作。发达国家,尤其是欧洲一些国家,在生物安全方面较早就开展了研究,而中国在这方面还处于刚起步或尚未开始的阶段。对农田及自然生态系统中一系列的生态风险的研究如何起步,如何切入,得到的结果往往既有正面效应、又有负面影响。对此又如何作分析等等一系列问题有待研究。在对人体健康影响问题,可能与生态效应一样,得到结论有一个时间问题。可能在短期内得不到结论。这些问题都是在考虑生物安全科研时可供思考的问题。3)提高粮食产量,解决饥饿问题有一个创新的问题。前面已经肯定,转基因技术是解决粮食短缺的一条重要途径,但应该说不是惟一的途径。中国育种家袁隆平培育出来的超级稻最高亩产可达1139kg,他的杂交水稻提高的产量可解决5000万人的吃饭问题。因此研究新的提高粮食产量及品质的途径,走创新之路是非常重要的。4)切实加强正确的全民宣传活动。尤其要注意媒体的报道。2000年12月,北京一个发行量很大的媒体作了如下的报道,题目为本报记者驱车百余里,寻找转基因草。记者在北京近郊见到6.67hm2由某农业科技有限公司从美国引进的转基因草,在宣传这草的一系列优点外,最后一句话是转基因,让小草也疯狂。这里最少有两个问题一是任何转基因植物种植这么大面积,必须经过政府有关部门的批准,可报道上并未提到一点二是我们虽然不知道这种转基因草是什么种,它在北京近郊是否有亲缘关系很近的近缘种一旦这种小草真的疯狂起来,上面我们提到的加拿大转基因油菜问题很快在北京近郊就会发生,有可能通过种子传播到大量的农田里成为杂草,如有近缘种,还可能通过杂交,让本来不是杂草的近缘种也到处疯狂起来。5)不能让中国的大地成为发达国家的实验场所。现在在一些发达国家,虽然进行大量的生物技术,包括GMOs的研究,但不允许作商品化的种植。如挪威等欧洲一些国家,GMOs作商品化种植要经过国王或国会的批准。目前国际上实验室已经成功的转基因作物是大量的,但真正被各国政府批准能作商品化种植的还极少。已有迹象表明一些发达国家通过各种途径把实验室的成果拿到中国来作大田试验,甚至大面积的种植,而我们多数人还缺乏这方面的知识。上述转基因草可能是一个很好的双方都愿意接受的例子。但如果大面积种植后真出现严重的生态负效应,后果将不可收拾。参考文献Farre,E.M.etal.2001.Accelerationofpotatotubersproutingbytheexpressionofabacterialpyrophosphatase,NatureBiotec.,193268272.Losey,J.E.etal.1999.Transgenicpollenharmsmonarchlarvae.Nature,399214.Mikkelsen,T.R.etal.1996.Theriskofcroptransgenespread.Nature,38031.Pena,L.etal.2001.ConstitutiveexpressonofArabidopsisleafyor
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