互动科普

良种培育依赖转基因

根据联合国粮农组织（FAO）的研究表明：国际粮食总产增长的80％依赖于单产水平提高，而单产提高的60%～80%来源于良种的贡献。在20世纪60年代，育种学家们通过杂交技术，成功研发了矮秆型小麦和水稻，使得这两种作物的单产提高了20%～30%，被称为“第一次绿色革命”。其代表人物诺曼·博洛格（Norman Borlaug）因其增加食物供给的贡献而获得1970年度诺贝尔和平奖。在中国，袁隆平发展了三系法杂交水稻，使得我国水稻单产也提高了20%～30%，并获得国家最高科学技术奖。如今，我国粮食生产的良种覆盖率达95%以上，良种对粮食增产的贡献率达40%。

杂交育种的本质是从其他生物中获取优良基因，育种学家先是从品种间开展杂交，然后发展到物种间、属间乃至族（属与亚科间的分类单元）间，不断打破自然界原有的生殖隔离。例如同样获得国家最高科学技术奖的李振声，花了20年时间，开展不同属的偃麦草（Elytrigia repens）和小麦（Triticum aestivum）的杂交实验，终于将偃麦草的抗病和抗逆基因转到了小麦的基因组中，培育出杂交小麦品种“小偃6号”。

但是，随着重要基因资源的不断挖掘，杂交育种的局限性也逐步显现。特别是杂交必须建立在有性繁殖的基础上，无法引入不能与作物杂交的物种的优良基因。这使得近十多年来，我国主要农产品的单产一直无法更进一步。                                         

2006～2009年世界大豆主要生产国的单产水平（单位：千克/亩）

而由现代分子生物学发展出来的转基因技术，完全突破了杂交育种的局限，引领着“第二次绿色革命”。美国的玉米种植面积（5.5亿亩）和我国（5.45亿亩）相近，但总产量却比我国高50%以上，主要原因就在于美国采用转基因育种等一系列科学手段，在十多年间，就让玉米单产提高了30%。而大豆的对比更是明显，美国的单产水平比我国高70%，同样使用转基因良种的阿根廷、巴西等国也较我国高50%以上。这样就使得这些国家的大豆万里迢迢运到中国后的到港价格，还要低于我国的大豆的装车价格，使得国产大豆竞争力大减。国外推测，到2030年，我国的粮食缺口将达1.4亿吨，这意味着需要将粮食单产从目前的每亩344千克提高到430千克，增长25%。从目前的技术手段来看，转基因育种是必须的。

基因转移并不神秘

基因决定了生物体是什么，以及具有什么性状。狗有狗的基因，人有人的基因；动物有动物的基因，植物有植物的基因。即使同样是人，基因还会有所差别，导致每个人的高矮胖瘦甚而性情都不一样。一般认为，基因是具有相对稳定性的，能够一代一代地遗传下去。

基因的载体是一种称为DNA（脱氧核糖核酸）的生物大分子，它是4种脱氧核苷酸（含有4种碱基）拼接起来（碱基两两相对）的像盘旋的梯子一样的结构。DNA中4种碱基的排列顺序蕴藏着生命的绝大多数信息，在真核生物里，DNA一般卷缩于细胞核中，指挥着所在细胞乃至整个生命体的运行。DNA中某一段按一定顺序排列的碱基序列，能够编码某种特定功能产物，就称为基因。

尽管不同生物体的全部基因（基因组）各不相同，但它们都是从最原始的共同祖先演化而来的，因此基因的运作也都遵循着相同的规则。这就有可能通过某种途径在不同生物体之间发生基因转移，在自然界，这种现象被称为水平基因转移（horizontal gene transfer，HGT），它甚至可以跨物种发生。比如现在的研究发现，缓步动物（俗称水熊）基因组中就有17.5%来自于其他生物，包括细菌、真菌、植物等。不过，自然界的这种基因转移是随机发生的。

如今，人类掌握了使基因在生物体间转移的技术，也就是将一种生物的DNA中的一段功能序列插入到另一种生物的DNA中。这样就可以将人们期待的目的基因，经过人工分离、重组后，导入并整合到所需生物体的基因组中，从而改善生物原有的性状，或者赋予其新的性状。除了转入外源基因，对原有基因使用敲除、加工等方法，也可以改变生物体的遗传特征。这就是转基因技术，一种能快速改变生物体某种性状的技术。

（本文发表于《科学世界》2016年2期）