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在基因工程构造的跑步机上加速奔跑的作物生产
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前不久，一篇以“美国遗传工程作物对杀虫剂使用的影响——第一个16年”（见参考文献）为题的文章在《欧洲环境科学》发表了，并被标注为“Highly accessed”的文章。今天就想在介绍该文的同时，穿插一些我的看法。
毋庸置疑，通过基因工程手段产生的抗除草剂和抗虫作物在美国已经取得巨大的商业利润，但人们一直也在担心，如果过度依赖这种技术是否会产生抗性驱动的问题，不过能找到的有用佐证数据并不多。当然，一些独立的研究已经计算出基因工程对单位杀虫剂使用量或整体杀虫剂使用量所带来影响的情况，特别是考察了抗草甘膦杂草的快速扩散所产生的影响。
过去，人们一直以为，当今的遗传工程作物的种植正在减少农药的使用量。但该文的结果显然与这个看法相反，在抗除草剂的杂草管理系统中，抗草甘膦杂草的出现带来了除草剂在数目和量上的实质性增长，这在很大程度上是因为草甘膦抗性杂草蔓延的结果。例如，如果能耐受2, 4-D的新遗传工程形式的玉米和大豆被批准使用，2, 4-D的喷撒量在2019年会增加2.2 kg/ha。过去16年，在抗除草剂使用的土地中，除草剂使用量增加的幅度，使得Bt作物在减少杀虫剂使用量方面相形见绌，而且在可预见的未来这种情况还将继续。
这篇文章通过模型对作物产量在年代上进行量化，探讨了具有抗害虫特征的六种主要转基因作物在过去16年（1996 – 2011）来对杀虫剂的使用所造成的影响。这六种主要转基因作物包括：具抗除草剂性状的玉米、大豆和棉花；针对欧洲玉米螟的Bt玉米，针对玉米根虫的Bt玉米和针对鳞翅类昆虫的Bt棉花。该文的研究结果表明：在这16年间，抗除草剂作物技术已经导致除草剂使用量增加了2.39亿公斤，另一方面，Bt玉米和Bt棉花减少了5600万公斤杀虫剂的使用，但一些主要的目标昆虫正在产生抗性，大量Bt Cry内毒素也产生了，这矮化了杀虫剂使用量减少的效果。全方位分析Bt-转基因植物中Bt Cry蛋白生物合成对环境和公共卫生方面的影响仍然是一个挑战，这其实在很大程度上也被忽略了，尤其是考虑到最近的多Bt蛋白、混合型基因改造（stacked-trait）问题。扣除Bt作物使得杀虫剂用量的减少，总的来说遗传工程技术导致杀虫剂的使用量增加约1.83亿公斤，约占7%。
估算遗传工程作物对杀虫剂使用的影响是非常麻烦的。美国国家农业统计局（NASS）对三大主要作物的农药使用数据收集方面几乎是个空白，比如每公顷种植遗传工程作物平均增加了多少，对抗除草剂（不仅仅是草甘膦）作物的登记情况，对杂草群落所造成的打击，以及许多农田中耐草甘膦杂草的存在情况等等方面。目前很难确定，如果过去16年没有抗除草剂技术，那么杂草的分布、种群水平和表型又会是怎样的呢。在过去16年没有抗除草剂作物的情况下，杂草管理系统与技术必然会沿着其他的轨迹进化，比如，至少需要在播种前和萌发后采用多种不同的低剂量除草剂。
美国大豆、玉米和棉花的种植已经进入一个怪圈，种植者被强行放在了必须付出高额代价的除草剂与杀虫剂构造的加速跑步机上，大家都必须跟着其速度跑动并加速。首先，种植者并没有什么选择，他们被告知去购买具有抗多种活性成分的抗除草剂作物品系，以及用Bt玉米来一劳永逸地替代玉米杀虫剂。这个种子农药产业销售记录良好，利润颇丰，在当前的商业模式中，抗性杂草和昆虫的活性又为他们开辟了另一个新的获利机会，一环套一环，进入开发-生产-销售-再开发的“良”性循环。其次，监管机构面对这样的情形，也显得毫无作为：他们无法限制先前已获批的抗除草剂技术的使用，因为这样可能会增加杀虫剂的使用量并让害虫产生抗性；另一方面，他们还无法拒绝新的抗除草剂或bt转基因性状的申请，因为不跟着跑步机运动的话，很可能就加速了抗性杂草或昆虫的传播。所以，在当今抗性杂草问题不断恶化的背景下，美国农业部是否拥有法定权限来否定对批准抗除草剂作物的请求，是一个极富争议的问题。
如何打破这种僵局和怪圈呢？论文给出了自己的建议。对主要的遗传工程作物来说，如果需要进行杂草管理系统的改造，首先必须使得这个跑步机逐步稳定下来，而不能继续加速，之后再慢慢减速。在农业生产实践中需要尽量减少除草剂的使用和杂草管理的成本，以及减少除草剂对人类健康和环境的影响。杂草管理专家在这个问题上的态度基本上是一致的，他们认为在农田种植针对草甘膦的抗除草剂作物必须大幅度降低（至少减少1/3到1/2），以便农民有机会来阻止某种抗性的产生。但令人遗憾的是，在增加非抗农达（草甘膦）或非Bt转基因种子生产的时候，提供种子的生物技术行业对此几乎没有什么兴趣。任何时候，种子生产行业所做出的某些决策以及他们所提供的种子性状，决定了下一季农民所种植作物的性状。所以，为了能帮助农民扭转这种局面，转向更可持续的杂草与害虫管理系统，种子生产行业必须率先行动起来。显然这种理念目前尚未充分得到农民、杂草管理专家和决策者的认识。这就是该文的重要意义之一。
参考文献：
Benbrook: Impacts of genetically engineered crops on pesticide use in the U.S. – the first sixteen years. Environmental Sciences Europe 2012 24 :24. （http://www.enveurope.com/content/24/1/24/abstract）
更多关于Benbrook发表的相关文章和报告，可参考：http://www.nlpwessex.org/docs/benbrook.htm
毒杀西部玉米根虫的Bt（Cry3Bb1)转基因玉米，在美国伊利诺伊州一些农场连续种植三年后，因为Bt 蛋白杀不死的西部玉米根虫而被毁坏。
https://blog.sciencenet.cn/blog-502444-641179.html
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