轉基因水稻技術解密：原理清晰操作嚴謹

光照培養室，轉基因水稻幼苗在白熾燈模擬的日照環境下生長

水稻實驗田剛收獲的黃金大米

　　近期，關于轉基因食品的新聞層出不窮。61名院士聯名上書請求盡快推進轉基因水稻產業化;上千噸轉基因菜籽油流入國儲庫風波乍起;崔永元稱年內計劃再赴美國拍攝轉基因紀錄片;國產非轉基因大豆種植區九成豆企虧損停產;張掖一紙禁令喊停種植轉基因作物。轉基因食品猶如待嫁新娘，或許是由于打扮得與眾不同，大家都在猜測她蓋頭下的模樣。轉基因實驗究竟如何操作?轉基因工程的原理是什么?我國目前的轉基因水稻技術達到什么程度?記者走進華中農業大學轉基因水稻研發團隊，一探究竟。

　　華農生科的福利糧

　　在華中農業大學，林擁軍有一塊20畝的實驗田，栽有幾十種轉基因水稻。時至立冬，田里還有一部分未收割。幾名項目組的研究生正在做著收割、分裝、編號、留種、移栽、稻蔸移栽溫室等后期工作。再過幾天，這批水稻的一部分將被移到海南，度過下一茬生長期，直到明年5月回歸華農。

　　兩個學生把不同編號、不同性狀的稻穗裝進不同網袋中，捆扎好放在空地上，作為明年重要的實驗材料。另外兩人將部分性狀穩定的水稻割下莖葉，剩下的稻蔸移栽到小盆中。這些稻蔸將在溫室中過冬，同時完成它們中間實驗的使命。雖然水稻是一種自花授粉植物，但是為了防止小概率花粉飄移，轉基因水稻實驗田一邊筑起三米高的墻，一邊修繕了近60畝的隔離池塘，內部采用循環水利系統，以保證封閉的實驗環境。

　　1999年，水稻團隊研發出的“華恢1號”和“Bt汕優63”兩種轉基因水稻也產自這片實驗田。他還記得第一批大米收獲后科研人員迫不及待品嘗的場景：當時就做了一大鍋，雖然因是老品種口感不好，但大家還是吃得很香。那一年，距離農業部給兩種水稻頒發“安全證書”還有10年，可是實驗富余的大米已進入了林擁軍家的餐桌。“我對自己的產品最清楚，很安全。”

　　吃華農轉基因水稻的，不只是林擁軍。兩種轉基因水稻2009年獲頒農業部安全證書，開始生產性試驗后，被作為福利發給生科院的老師們。從那一年開始，林擁軍家幾乎頓頓都吃這種大米。算下來，他已吃了14年。

　　林擁軍的放心，基于對轉基因的認識。他說，現在爭議最大的是轉Bt基因水稻，從作用機理上來說，Bt蛋白是蘇云金芽胞桿菌產生的一種伴胞晶體，本身沒有毒性，是一種原毒素。當鱗翅目昆蟲取食這種蛋白后，其在昆蟲腸道內會被一種堿性蛋白酶切割，降解為對昆蟲具毒性的活性肽，這才是“毒蛋白”。它能夠和昆蟲腸道細胞外膜上的特異性受體結合，在外膜表面穿孔，破壞細胞滲透平衡，最終導致昆蟲厭食，繼而死亡。對水稻造成最大經濟損失的3種害蟲：二化螟、三化螟和稻縱卷葉螟都是鱗翅目昆蟲，處于Bt蛋白的殺蟲譜中。

　　有人擔憂“蟲吃了要死，人吃了怎樣”。林擁軍解釋，人類和昆蟲是完全不同的物種。番茄堿、辣椒素都能殺蟲，但并不妨礙番茄和辣椒成為人們喜愛的食物。又有人提出轉入的基因可能進入人體造成危害，他又澄清說，人每天都要食入數以億計的外源基因，如果基因都能進入人體，那人現在都變成什么樣了?林擁軍說，人類和絕大多數動物既沒有可以激活原毒素的蛋白酶，也不存在能和Bt蛋白特異性結合的受體。更何況鱗翅目昆蟲體內是堿性環境，而人體消化道呈強酸狀態，這種蛋白最多只能存活15秒。

　　原理清晰的轉基因

　　1995年，華農水稻團隊啟動轉基因抗蟲水稻培育工作，此前國內已有學者從事相關研究，國外也成功研制出了抗除草劑水稻。原理清晰，實驗過程卻是在一次次的嘗試和碰壁中朝前推進。即使一個很小的實驗或步驟，如酶切、構建載體、配制培養基，由于數量龐大，也需要很長時間。更何況，原理說起來簡單，但操作起來卻需要十分嚴謹和繁瑣的步驟。

　　實驗第一個需要攻克的步驟是要選擇合適的目的基因。自1981年第一個殺蟲晶體蛋白基因被克隆以來，已有近300個不同的Bt殺蟲晶體蛋白基因被克隆，并被廣泛應用。從中選擇出對靶標害蟲殺蟲效果好的，就需要大量前期選擇。

　　具體到轉基因過程上，實驗室面對當時秈稻難以轉化的瓶頸，采用了不受受體植物范圍的限制基因槍介導轉化技術。經過林擁軍改良的適用于秈稻的培養基和培養方法，也保障了研究進展的相對順利。

　　林擁軍的團隊共30多名師生，主要工作就是不斷重復上述實驗，篩選出基因成功轉移的細胞，通過細胞和組織培養技術，分化成苗子，種到實驗田中，然后在水稻抽穗期用鱗翅目昆蟲做實驗。用于后期安全評價的材料，則是穩定的第八代遺傳材料。

　　“當時，限于技術能力，基因轉入的位點是隨機的。首先從一兩百個獨立轉化體中選擇抗蟲性狀最好的。再通過分子生物學手段分析它們各自外源基因插在哪個位置，會不會導致內源基因的失活，會不會產生新的基因。”林擁軍說，“隨著2002年水稻基因組測序完成和隨后功能基因組研究的深入，整個基因組大致編碼多少基因，哪些序列是編碼的漸漸明朗，也就是說我們能比較清楚地知道每個轉化體實際插入序列的詳細資料，并預評估其可能造成的問題。”

　　經過預評估，選擇理想基因插入位點的轉化體做進一步檢測試驗，最終選定1到2個穩定純合轉化體做后期一系列的農藝性狀測試，隨后開始探索外源基因定點插入。項目另一位負責人、華中農業大學副教授陳浩介紹：“定點插入技術2000年就有，但效率較低，后期我們還在不斷更新技術，提高效率。”

　　云里霧里的黃金米

　　黃金大米是華中農業大學的另一個轉基因水稻項目，解決維生素A缺乏的問題。缺乏維生素A，輕則導致眼部干燥，嚴重會導致失明甚至死亡。

　　2002年中國居民營養與健康狀況調查結果表明：維生素A、鐵等微量營養素缺乏，在我國城鄉普遍存在。3至12歲兒童維生素A缺乏率為9.3%，其中城市為3.0%，農村為11.2%;在西南貧困地區，比重高達50%。這種營養缺乏的問題，華中農業大學教授嚴建兵幼時也經歷過：“我小時候傍晚看書感覺眼睛模糊，其實就是維生素A缺乏導致輕微夜盲癥的表現。”

　　維生素A可以靠食補，嚴建兵說：“最簡單的辦法就是吃肉，增加膳食多樣性。可營養缺乏的群體大多比較貧困，最直接有效的方式還是在主糧中添加。”

　　玉米中雖然不含維生素A，但可產生多種類胡蘿卜素，在人體內可以轉化為維生素A。2008 年，嚴建兵通過多年基礎科學研究，找到了一個控制玉米籽粒維生素A合成的關鍵基因，“能解決59%的維生素A缺乏問題。”嚴建兵憑借此項發現獲得了 2010年日本國際青年農業科學家獎。

　　“玉米中有這個優良基因，之后通過雜交、回交等方式就能獲得這種優良性狀。可是水稻中不含類胡蘿卜素合成的關鍵基因，要想產生類胡蘿卜素，就必須通過轉基因。”嚴建兵說，黃金大米僅是通過轉入類胡蘿卜素合成途徑中的兩個基因改良了其營養性狀、口感、種植方式等，其他方面與普通大米一樣。

　　對于媒體此前對黃金大米的報道，嚴建兵難以接受：“美國塔夫茨大學在湖南做的不是人體實驗，而是類胡蘿卜素的轉化效率試驗，是為了證明這樣食入的類胡蘿卜素在體內能否轉化成維生素A。黃金大米在美國早就拿到了安全證書，來中國做試驗前，在美國也做過成人的轉化效率試驗。至于這次為什么不在美國做實驗，是因為美國孩子不缺乏維生素A，沒法測出轉化效果。”

　　10月19日，全國300余名轉基因農產品支持者齊聚華中農業大學，參加“全國首屆黃金大米品嘗會”。10公斤黃金大米被做成稀飯和米糕，分給每人一小碗和一小塊。面對作秀的質疑，組織者之一的嚴建兵把活動意義總結為“一次科普”。“黃金大米的技術2000年就成熟了，即將進入菲律賓市場。”

　　從未停止的質疑聲

　　轉基因水稻到底好在哪?林擁軍說，他沒做過實驗，但根據2005年4月29日《科學》雜志發表中美科學家合作完成的論文《轉基因抗蟲水稻對中國水稻生產和農民健康的影響》，轉基因抗蟲水稻比非轉基因水稻產量高出6%至9%，農藥施用量減少 80%，每公頃為農民節省212元農藥費用，同時，農民無一中毒。“這僅是2005年的數據，現在伴隨著植物抗藥性上升和轉基因技術的革新，數據還要上升。”

　　輿論對轉基因水稻的質疑從未停止。1999年轉基因水稻項目通過農業部組織的專家驗收;2005年農業部完成安全性評價，華農為轉基因水稻申報安全證書;2009年，兩個品種完成第三方盲測，獲安全證書。每一次都伴隨著爭議，而且反對聲浪愈發強烈。許多反對者高呼：“全世界的主糧都沒有市場化，為什么中國水稻要放開?”

　　2010年，有“轉基因水稻第一人”之稱的中國科學院院士、華中農業大學生命科學技術學院院長張啟發在中國農業大學演講時，突然沖進一群手持橫幅的人。在提問環節，他們搶話筒，扔杯子，對轉基因大米提出異議。報警后，反對者才散去。張啟發不擔心別人反對，但害怕這種情緒持續下去會釀成惡果。他在10月19日舉辦的黃金大米品嘗會上透露，今年7月，61名兩院院士已聯名上書國家領導人，請求盡快推進轉基因水稻產業化。其中寫道：“不能再等，否則將誤國”。

　　林擁軍有些納悶。“美國每一項轉基因食品被批準都是全世界第一個，為什么中國就不可以當第一?”他介紹，美國已批準6個轉基因水稻品種市場化，只是美國人很少吃水稻，沒有經濟效益;伊朗抗蟲水稻2005年就投入了商業化生產，2006年的種植面積超過6000公頃;至于小麥，“主要蟲害是后期的蚜蟲，及病害、干旱、寒冷等，這些問題目前還沒解決，轉基因小麥沒有商業價值。”林擁軍補充說，轉基因玉米在美國也早就商業化了。在墨西哥、南非等以玉米為主糧的國家，每年也從美國大量進口轉基因玉米食用。