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取之自然回馈农田

现代农业2018 年 01 月 5 日

民以食为天，与其他物种一样，如何获取食物维生，是人类最重要的事。最早，人类祖先通过渔猎、游牧获取食物。逐渐，随着人口增加，人类需要更稳定和高产的食物来源，人类开始尝试驯化植物和动物，使它们按照人类需求生长和繁殖。这便是最早的农业和畜牧业，使定居生活成为可能，更使人类文明得以发展。

促进发展，回馈自然。时至今日，现代农业遵循自然界的规律，向大自然学习，开发先进技术，保护大自然的馈赠，减少资源消耗。

大自然的杰作：天然存在于红薯中的农杆菌DNA

一篇发表在《美国国家科学院院刊》上的文章表明，在农民种植的全部291种红薯中均发现农杆菌基因，包含至少4个外源基因以及T-DNA分子（T-DNA，Transfer DNA，即转移DNA，农杆菌Ti质粒中的一段DNA序列，可以将外源基因转移到受体植物的基因组中，是分子生物学中广泛应用的载体），而所有这些外源基因以及T-DNA分子的插入都是在自然状态下发生的。这意味着，在人类开始食用红薯之前，农杆菌就已经把它的基因插入作物野生祖先的基因组中了。转入到红薯体内的农杆菌基因帮助植物产生了两种激素，从而使植物的根部发生变化并产生了一些可食用的物质。这些外源的农杆菌DNA帮助人类实现对红薯的驯化，而这一自然驯化过程经历了上千年的时间。

向大自然学习：将农杆菌DNA用于现代生物技术育种

随着现代分子生物学的发展，植物科学家和育种家通过向大自然学习，发挥T-DNA分子可转移的特性—T-DNA分子可以将外源基因转入到植物细胞中，将具有重大价值的外源基因插入到植物细胞中，使植物具有特定功能。这一方法被称为生物技术育种。植物科学家和育种家将选定的优良基因通过T-DNA导入植物中，获得具有特定性状的植物品种。而这只需要5至6年左右的时间，不用再经过上千年的自然选择。生物技术育种大大提高了育种的精确度，显著缩短了育种时间。

生物技术作物的全球首次大规模商业化种植始于1996年，种植面积从1996年的170万公顷上升到2016年的1.851亿公顷，实现了110倍的增长。目前全世界78%的大豆、64%的棉花、26%的玉米和24%的油菜都是生物技术品种。

现代生物技术育种的中国实践：抗虫棉在中国的商业化种植

生物技术育种的中国实践之一是抗虫棉的商业化种植。科学家将来自苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis，简称Bt)的抗虫基因转入棉花，即为Bt棉花，使棉花获得抗虫特性，有效防止棉铃虫对作物的危害。

棉铃虫是中国棉花的主要害虫之一，严重时导致减产甚至绝收。20世纪90年代初，中国棉业过量使用化学农药防治害虫，大量杀虫剂的使用导致棉铃虫产生抗药性，棉铃虫大爆发，同期棉花总产下降43.2％，造成大量人畜中毒死亡事故，中国棉纺企业因缺乏原料纷纷停产，工人待业。而抗虫棉很好地解决了这一问题，恢复并提高了棉花产量。

1997年，抗虫棉在中国开始商业化种植。抗虫棉平均产量从1997年的1.02吨/公顷增至2014年的1.46吨/公顷，平均增产43%（图1）。

图1：整理自国际农业生物技术应用服务组织 (ISAAA) 报告

增产的同时，抗虫棉还显著减少了杀虫剂的使用。棉铃虫和红铃虫是中国棉花生产的主要害虫。种植抗虫棉之前，棉农防治棉铃虫一年需打药10-20次。种植抗虫棉后，由于品种本身就具有良好的抗虫效果，一年只需打药2-5次，即可有效控制这两种主要害虫。以1999年的河北和山东为例，抗虫棉较非抗虫棉农药用量减少约70%（图2）。