真知灼见
1982年,基因工程师帕梅拉·罗纳德开发了一种新的水稻品种,可以防止全球洪水易发地区的饥荒。
在孟加拉国北部的小村庄拉贾哈拉特,雨下得很大,以至于无法看到田野的另一边。季风带来的洪水正在上涨,泥泞的水流沿着土路倾泻而下。村民们焦急地看着洪水淹没了土堤,吞没了他们新种的水稻。当然,水稻是在水中种植的,但如果水稻被完全淹没超过三天,它就会被淹死。如果这些植物死了,孩子们和村里的其他人都会挨饿。
年复一年,热带风暴威博体育亚洲各地的农民带来灾难,他们的水稻作物在被水淹没的田地里腐烂。仅在印度和孟加拉国,每年的洪水就摧毁了大约400万吨大米,造成了饥饿和贫困的永久循环——许多亚洲农民每天的生活费不到一美元。
然而,今年,拉贾哈拉特的农民有了一个对抗季风的新盟友:由遗传学家Pamela Ronald ' 82和植物育种家David Mackill及其同事开发的一种耐涝水稻。经过多年的研究,罗纳德和她的实验室成功地分离出一种基因,这种基因可以使水稻抵御长达两周的淹没,然后培育出耐涝的新品种,产量是现在的三到五倍。
七天后,雨终于停了。水慢慢退去。天一亮,农民们就冒着深及脚踝的泥泞,跋涉到地里去。他们不敢相信自己的眼睛。细长的绿芽仍然直立着。他们幸存了下来。
“基因技术在农业中的潜力是不可思议的,”罗纳德说,她是加州大学戴维斯分校的植物病理学教授,也是《明天的餐桌:有机农业、遗传学和食品的未来》一书的合著者,这本书是她和她的丈夫、有机农民拉乌尔·亚当查克合著的。
罗纳德在她明亮的校园办公室里领导着一个30人的基因实验室,她的工作有可能以更健康、更少毒性和更可持续的方式帮助世界人口——当然,前提是你接受基因工程可以可持续发展的观点。她的办公室周围是超大的电脑显示器,显示着令人眼花缭乱的数据列。
在基因工程中,科学家从一种生物的DNA中“剪切”或移除一个特定的基因,然后将该基因“粘贴”或切片回另一种生物的DNA中,例如,将一个抗冷基因从一个物种转移到另一个物种,使改变后的物种更耐寒。
在罗纳德的实验室里,技术人员使用一种叫做农杆菌的普通土壤细菌作为一种生物“骡子”来转移基因。在自然界中,农杆菌侵入植物,然后用自己的DNA片段感染它,指示植物发展成冠瘿病。在实验室中,农杆菌DNA的致病部分被移除,取而代之的是携带所需特征的基因。
她解释说:“我们将感兴趣的基因放入细菌中,并将其与水稻胚胎混合。”“然后细菌将基因转移到植物中,我们用新基因培养细胞,因为植物具有从单个细胞产生整株植物的惊人能力,我们可以将‘转化’的细胞再生成整株植物。”
穿过大厅,罗纳德进入了厂房,这是一个比步入式衣帽间大不了多少的地方,由全光谱灯泡照亮,散发出超凡脱俗的光芒。金属烤架上摆满了微小的幼苗,这些幼苗是由基因改变后的细胞长成的,产生了各种各样的特征。在前往植物遗传学实验室之前,她拿出一个托盘来检查样本,这是一个摆满烧杯和试管的洞穴房间,研究人员在那里进行复杂的实验,以识别特征,并将其转移到目标植物中。
就是在这样一个实验室里,威博体育的生物学教授海伦·斯塔福德第一次向罗纳德解释说,植物通过微生物相互交流。罗纳德对威博体育探索植物的内部世界非常着迷,并为之着迷。
现在,一位年轻的泰国女性,一位植物遗传学博士候选人,把罗纳德叫过来讨论一个实验的方向。他们开始对协议和变量进行高度技术性的讨论。罗纳德温和地刺激、质疑和挑战学生的假设。这种苏格拉底式的反复探究也是罗纳德在里德中学到的。虽然她友好、威博体育APP式的态度鼓励员工进行威博体育探索,但很明显,她规划了研究的进程。就像一个管弦乐队的指挥,她把看似不同的威博体育探索路径引导成一个和谐的知识威博体育探索。
正是在这个实验室里,抗洪基因第一次被分离出来——这一发现有可能防止全球一些最贫穷和人口最密集地区的作物歉收。
60年前,东印度的农民开发了一种可以抵御洪水的水稻,但产量很低,更糟糕的是,味道不好。植物育种家试图用口感更好的品种杂交耐涝水稻,但没有成功。
1996年,国际水稻研究所(International Rice Research Institute)植物育种部门的负责人戴维·麦基尔(David Mackill)问罗纳德,她的团队能否分离出具有抗洪能力的基因。这是真正的大海捞针:一条微小的基因线与成千上万的其他基因线错综复杂地编织在一起。经过8年的艰苦工作,罗纳德的实验室分离出了一个他们称之为sub1的基因。他们将sub1放入几个水稻品种中,并在受控环境中进行测试,将嫩芽浸入水中的时间逐渐延长。
罗纳德还记得去泥泞的稻田的情景,在那里,植物被完全淹没了两个星期,却活了下来。“我简直不敢相信,”她笑着说。“这就好像水稻能够屏住呼吸,直到水消失。这是魔法。”
“这种基因现在掌握在育种者和农民手中,”罗纳德说。“我觉得我的孩子已经长大了,并开创了自己成功的人生。”
罗纳德在水稻方面的工作赢得了同行科学家的广泛赞誉。加州大学戴维斯分校(UC Davis)教授、种子生物学中心学术主任肯特·布拉德福德(Kent Bradford)说:“帕姆的研究重点是世界上最重要的作物之一的重要性状。”“她的研究对许多小农及其家庭来说将意味着营养不良与健康,甚至是生与死的区别。”
罗纳德的工作意义重大,美国农业部最近授予她“发现奖”,该奖项旨在表彰解决关键农业问题的杰出研究人员。她的发现在未来可能会变得更加重要。加州大学伯克利分校植物与微生物学系的教员Peggy Lemaux说:“全球气候条件的变化和更多的洪水将使稻农难以种植和照顾他们的稻田。”“耐涝水稻将在提供充足食物方面提供一个安全边际。”
当然,并不是所有人都高兴。
抗议的风暴
基因工程有很多批评者。包括塞拉俱乐部(Sierra Club)和绿色和平组织(Greenpeace)在内的各种组织都认为,转基因植物可能会带来生态灾难。有些人就是不喜欢玩弄自然生物。反对者写了一些反转基因的书,比如《杀手食品》、《基因轮盘赌》和《潘多拉的野餐篮》。
罗纳德对这种批评很熟悉,但他认为这是基于误解。她所从事的基因工程基本上是一种高科技形式的植物育种,这种育种已经进行了12000年。
“我们吃的东西都不是在自然界找到的,”罗纳德说。“人们操纵环境和食物,使其口感更好,产量更高。这叫做驯化。这是一个浪漫的想法,种子从野外采摘并种植在农场,但事实并非如此。”
她承认:“有些人担心转基因作物会使附近的物种异花授粉,入侵原始生态系统,破坏当地人口。”另一些人则担心转基因食品不安全或不健康。到目前为止,这些担忧更多地是由技术焦虑而不是科学驱动的。科学界有一个广泛的共识,即基因工程的过程并不比传统育种带来更多的风险。许多同行评议的研究都记录了这一点,并在美国国家科威博体育APP的一份报告中进行了总结。”
她指出,过去十年种植的数十亿英亩转基因作物的环境记录是一尘不染的,而传统的耕作方法却没有。传统农场使用的有毒农药污染了空气、土壤和地下水,据估计,每年有30万人因此丧生。她说:“许多公众接受使用有毒农药,这是一个奇怪的悖论。”“即使是支持有机农业的人最终也会吃喷洒了有毒农药的食物。他们被接受是因为他们很熟悉。”
她很快表示,虽然目前的转基因作物是安全的,但这并不意味着未来所有的转基因作物都是安全的。她解释说:“我们必须具体情况具体分析。”“重要的不是引入基因的过程——不管你是通过繁殖还是基因工程来实现。关键的方面是你威博体育植物添加了什么特性。我们要如何利用这项强大的技术来创造一个更可持续的农业?”
罗纳德是一位热情的倡导者,不仅支持生态农业的基因方法,而且支持使用正确的工具来解决具体问题。在《明天的餐桌》中,她和她的丈夫Adamchak认为,可持续农业的未来在于基因技术和有机农业的结合。
有机农业约占美国农业的2%,它努力与某些害虫和疾病作斗争。有机作物的产量也往往比传统作物低得多,这使得有机作物的利润更低,价格更高,需要更多的土地和水,并限制了它们养活世界上迅速增长的人口的能力。
Adamchak是一名有机农民,拥有国际农业发展硕士学位,并管理着加州大学戴维斯分校的学生有机农场,他看到了基因工程的潜力。“有机农民采用可持续发展的做法,”他说,他和一个学生在炎热的太阳下锄了一长排菠菜。
“但我们有难以对付的病虫害。基因技术可以使植物更能抵抗病虫害,并能抵抗洪水、干旱、盐和寒冷。通用电气可能在帮助我们维持收益方面发挥巨大作用。它可以让有机农业变得更好。”
这在短期内不太可能发生。在美国,法律禁止种植有机作物的农民出售转基因作物。早在1990年,《有机食品生产法案》就为标有“有机”标签的食品制定了国家标准。由于公众的压力,基因工程生物构成了一种“被排除在外的方法”,是不被允许的。
(公平地说,值得记住的是,美国法律并没有要求转基因食品必须贴上这样的标签。实际上,购买有机食品是消费者避免无意中食用转基因食品的唯一途径。)
作为两个孩子的母亲,罗纳德理解许多父母对基因工程的担忧;她认为这是实现可持续农业目标的一个工具。她说,专注于工具而不是目标,就像专注于锤子而不是建造房子一样。她更倾向于关注可持续农业的大目标:减少肥料流失和有毒农药的使用;采用促进表土保留的做法;生产有营养的食物;为穷人和营养不良的人提供食物。
“我希望我们使用最合适的技术来解决我们的农业问题,”她说。“有时是转基因作物;有时它不会。”
这种创造性思维是罗纳德在威博体育的岁月培养出来的。她提到了彼得·罗素、劳伦斯·鲁本和海伦·斯塔福德教授等导师,他们“真的抓住了我的想象力”。威博体育的许多有才华的人让我相信个人的力量——一个人可以改变世界。”
罗纳德把这个教训牢记在心。她正在为全世界的农民带来改变,一次一粒米。
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