农业生物技术是一门精确科学,它使我们能够从补充营养物质、提高安全性和增强抗病虫能力方面发现最有利的品质,并将这些品质体现在各种生物上。利用生物技术可分离出一生物的某一基因或品质,将它取出,然后转移到另一生物体内,同一基因在这里自我复制,从而产生更强壮、更适应环境的新品种。
全世界迅速采用农业生物技术
生物技术方面的发现使一些主要作物对病虫害有自我防护能力,因此能在少用化学杀虫剂情况下生长。有两个新品种由美国及其他国家的农民以历史上未有的速度采用。现在全世界种植这两个品种1亿英亩(1英亩约合6亩)以上。在美国仅经过5年,所种植的65%的大豆、近70%的棉花和25%的玉米,是经由生物技术改良了的品种。
其他国家的采用率也这样迅速。2000年,加拿大65%以上的葵花、近50%的玉米和约20%的大豆,种植了用生物技术改良的品种。在阿根廷,几乎全部大豆作物都是Roundup__Ready大豆,墨西哥30%以上的棉花是Bt棉花。澳大利亚35%的棉花是Bt棉花。Roundup__Ready大豆在巴西仍未经正式批准,但种植面积已占大豆种植总面积的20%。Bt棉花已占中国棉花种植面积的10%。
一个明显的问题是,这些新品种为何被世界各地的农民迅速接受。答案很直观:农民的经济收入得到改善。不是产量提高就是投入成本降低,或者两者兼之。最明显的是杀虫剂减少。据调查,棉花需要的杀虫剂减少了一半。研究也表明,肥料效果提高,杂草控制更灵活,而且技术促进了保护性耕作,保护了水质,并有助于土壤保护。
生物技术通渠
今后五年的重点将是改善“第一浪潮”作物的农艺品质,如使作物抗虫害的Bt品种。例如,玉米根虫每年使农民蒙受上千万美元的损失。有预定品质的新品种将被培育出来,使农民可选出为对付一特定害虫而需要表达的那种品质。例如,若出现玉米根虫害,农民就可以给植物注入一种无毒性化学物质,以激活一基因去表达此害虫易感染的蛋白质。今后五年内,利用生物技术将培育出更多使美国农业改观的产品。我们将目睹重点向“第二浪潮”加值产品的转变,包括改良的食品、牲畜、工业产品和药品。
牲畜产品
生物技术应用于牲畜及相关产品正在使三个前沿向前推进:(1)畜牧卫生改进;(2)药物生产;(3)产品改良。畜牧卫生改进包括疫苗开发,如已用于猪的假性狂犬病疫苗和用于牛的TickGard疫苗。没有生物技术方法,那些技术不是不能迅速进入市场就是不灵验。
一个十分激动人心的研发领域是,将动物用于药物生产。迄今最有前景的研究是在奶和蛋方面。尤其是,绵羊奶已用于治疗囊性纤维变性,山羊奶已用于治疗癌症,鼠奶已用于治疗类风湿,鸡蛋已用于治疗流感。治疗用蛋白质的生产不致使相关动物生病。
一项极有希望的生物技术研究集中力量于从营养质量和环境方面改进牲畜生产。减少肉中的脂肪是研究的一个主要目标。为此已用两种方法。一种研究是往动物注入重组成长激素,生长激素重新分配营养物质,并使该动物长出更多的肌肉,而减少脂肪。另一方法强调动物基因组学及生物信息学的利用。
改良食品
粮食方面的许多研究集中于食物营养价值提高以及新疫苗的改进和生产。
在营养价值方面,近来最大的发现之一是对番茄的。番茄是类萝卜素番茄红素和黄酮醇的一个重要来源,前者防前列腺癌,后者是有效的抗氧化剂,可使患心血管病的危险降低。通过遗传物质从牵牛花向番茄的移植,可得到黄酮醇明显增加的转基因番茄种类。正在进行的类似研究旨在增加植物油中的维生素E,减少食用油中有害的饱和脂肪,提高蔬菜中蛋白质的质量。
另一个例子是“金稻”的培育。稻米中缺少维生素A,每年使数十万儿童致盲,并使更多的人患各种疾病。正在培育稻米含β胡萝卜素的水稻,β胡萝卜素是维生素A的一个来源。给水稻植入水仙的两个基因和细菌的一个基因,使它产生呈金黄色的、营养更丰富的稻米。金稻是解决维生素A缺乏及其致盲致病的一个潜在方法。
食品安全。许多人不能吃花生、奶品和面包,因为他们对这些食品产生过敏反应。进行中的研究意在找出并除去某个基因,这个基因产生使敏感人群发生过敏反应的蛋白质。
疫苗。极有前景的研究可望终有一天生产出含疫苗的食物。转基因土豆可以含乙肝疫苗,香蕉可以含霍乱疫苗,莴苣可以有麻疹疫苗。这在发展中国家尤为重要,在这些国家里,购买、运输和贮存疫苗是很费钱的。将食品转变成疫苗的一个来源可能是向发展中国家提供这些必需疫苗的有效而省钱的途径。
林业
生物技术在农业中的应用不限于粮食和饲料作物。一些有关林业和树木的研究也紧锣密鼓。研究人员正在设法让树木长得更快,更有抗性。例如,科学家们正在致力于改变树木木质素含量。木质素帮助提供刚性,减少木质素可使造纸更加方便和有效,而增加木质素使木材更理想,如木头作燃料,也可给能源生产以优势。
植物生物制品
植物是开发药品和工业化工产品用的蛋白质的一个重要来源。进行中的转基因植物研究包括对人畜治疗可能有价值的蛋白质。许多实验室已表明,植物产生的蛋白质可以像用其他方法制造的蛋白质一样纯而有效。植物生物制品有巨大优势:成本大幅降低,生产能力空前巨大,资本需求下降,生产速度较快,无潜在的病毒和动物蛋白质污染。研究表明,这些植物生物制品对治疗诸如癌症、炎症、自身免疫性疾病和心血管疾病等有广泛的潜在应用价值。
研究表明,植物经过遗传修饰,可以产生种种蛋白质,用之作为洗涤剂、尼龙、粘胶、润滑剂和塑料等的原料。