独家专访孟山都CTO:农业的未来不只属于转基因

2016-11-15 23:39 | 作者: 科研圈 | 标签: 转基因 孟山都CTO



谈起孟山都,很多人首先会想到的是转基因、草甘膦、剪不断理还乱的争议。但你无法否认的是,孟山都在农业科学领域几乎一直是标杆一般的存在。从过去的转基因、RNA 干扰,到时下火热的大数据、基因编辑,在其手中无不以惊人的速度转化为看得见摸得着的农业产品。

2050年世界人口将膨胀至100亿,为保证粮食安全,人类需要更绿色、更高效的农业技术。然而新技术面临的不只是科学难题,还有公众的质疑和误解。面对科技带来的巨大的变革,将信将疑者有之、埋头回避者有之、闭门造车者有之、强制推行者亦有之。农业的未来究竟在何方,技术又应该如何面对争议?

孟山都现任执行副总裁兼首席技术官罗伯特·傅瑞磊(Robert Fraley)出身于美国伊利诺伊州的一个家庭农场。他于上世纪80年代带领团队进行了世界上首次转基因农作物的大田试验,并于1996年推出了抗草甘膦的转基因大豆和转 Bt 基因的抗虫棉,获得了包括世界粮食奖(被誉为“农业诺贝尔奖”)在内的诸多奖项。身为科学家的傅瑞磊始终相信,我们要做的不仅是科研,还有真诚的沟通。沟通的过程或许漫长而曲折,但人们终将拥抱科技引领的美好未来。

撰文 科研圈记者 张士超

孟山都执行副总裁、首席技术官罗伯特·傅瑞磊。图片来源:孟山都

精准农业——于信息时代的风口起飞

科研圈:在您看来,哪项技术可以被评为2016年农业领域最大成就呢?

傅瑞磊:挺难回答的问题。这就像让我从孩子中选出一个最喜欢的来。事实上当今的农业领域有很多不错的新技术。一定要选一个的话,我想应该是精准农业——信息技术正在涌入农业领域,我们可以通过卫星拍照、传感器监测等手段为农民提供更详细的土壤信息,今年我们的数字化产品已经推广到全美一半的玉米和大豆种植地。这是一项很令人兴奋的成就。另外基因编辑这项强有力的技术会推动医疗和农业的进步,我们也非常看好。

科研圈:您刚才说美国一半的大豆和玉米种植地已经受益于精准农业,能否详细介绍一下?

傅瑞磊:精准农业集成了多项技术,也意在解决多个问题。农民在耕种过程中需要做出许多决定:哪块地要先种,种什么作物?选哪种型号的种子、化肥、农药?施肥、灌溉的频率如何把握?诸多决定林林总总有四五十项之多。现在,每一项决定都能通过电脑得到分析,更棒的是这些分析结果可以直接发送到他们农机上的电脑或手头的智能手机。这样一来,农民可以及时掌握田间变量信息,分析种子生长表现,高效做出农田管理决策,判断化肥和杀虫剂的使用量和施用时机,提高效率避免浪费,从而实现增产。另外很重要的一点是不论在美国、中国还是非洲,只要你有智能手机或对应的农机就可以从中受益。




孟山都旗下气候公司(The Climate Corporation)开发的精准农业软件 Climate FieldView™ 界面,自上而下依次是:农田卫星照片、农机实时监控、施肥助手。截至2016年已有约6亿亩农田注册,农户可通过软件挑选购买数据和服务。

科研圈:这种技术会在中国得到普及吗?对发展中国家来说会不会很昂贵?

傅瑞磊:我认为会普及,并且很快。中国的农业也在走向现代化,这项技术所需的基本设备中国都有。举个例子:你现在买辆车,车上就会有很多摄像头、传感器和控制系统,这些装备也会很快地应用到拖拉机等农机上。

精准农业其实相当于危机管理。大部分发展中国家的农民不会专门请农业顾问,所以有精准农业提供耕种建议、提高产量是件好事。

基因编辑——脚踏实地的摘星者

科研圈:刚才您还提到了基因编辑技术。据我们所知,孟山都将与博德研究所(Broad Institute)合作,将 CRISPR 技术用于新作物开发。基因编辑技术将为农业带来什么呢?

傅瑞磊:基因编辑是新一代生物技术中的明珠。转基因技术使我们可以引入几种基因,而掌握基因编辑技术后,我们将能改进所有基因,这为作物改良提供了无限可能。但要注意的是,这项技术的应用也基于我们的育种技术,只有培育出优秀的种质资源,转基因和基因编辑技术才能发挥作用,农民才能获得更好的种子。

近年来,我们尝试过许多基因编辑工具。从 TALEN、锌指核酸酶到 CRISPR,再到下一代基因编辑技术等,它们都有各自的优缺点。我们与博德研究所展开 CRISPR 上的合作,与陶氏(Dow)签订了锌指核酸酶技术的协议,另外我们自己的实验室也在开发新一代的基因编辑技术。

科研圈:之前的转基因技术中,我们是转入已知的基因,比如说这种基因会产生抗虫蛋白,向植物中转入该基因就能使作物抗虫。有了基因编辑技术,我们就可以把作物任意修改成我们想要的样子吗?

傅瑞磊:这也许是对基因编辑的误解。人类很早就开始选择表现优良的作物,再往后有了更先进的育种技术、转基因、基因编辑等等,这是一个连续的过程,其目的始终如一。基因编辑给我们带来更多机会,但并不代表它可以取代转基因或传统育种技术。事实上这些技术相辅相成,作物的几万个基因我们只会去编辑几个,剩下的大部分基因依然要靠传统育种来筛选。当然,基因编辑是一种精确度极高的技术,我们可以用它来修饰特定的基因,从而获得特定的性状。我们会利用这项技术改良作物,提高产量、营养成分含量、抗病虫害能力和恶劣环境的生存能力。


CRISPR 技术使我们可以修改特定位置的基因。图片来源:Nature

科研圈:但是 CRISPR 也存在脱靶现象。

傅瑞磊:所以说基因编辑技术虽然强大,但我们依然需要传统育种技术筛选淘汰。两相结合之下,脱靶带来的问题就微乎其微了。

科研圈:孟山都与许多机构进行过技术合作。在您看来,技术应如何向应用转化?

傅瑞磊:作为一家企业,我们的经验是积极寻求合作,建立伙伴关系。我们和许多大学、大公司、初创公司都有合作,也自己做风投。比如博德研究所的合作,我们注意到他们,是因为他们是 CRISPR 以及下一代基因编辑技术的领军队伍,但刚才提到,只有基因编辑技术还不够,还需要育种等方面的技术, 而孟山都在这些领域有着强大的优势。

RNAi——诺奖17年后的新篇章

科研圈:基因编辑技术刚刚诞生就大红大紫,而另外一项技术——RNAi 在十几年前就得了诺贝尔奖,如今这方面的进展如何呢?

傅瑞磊:我们在利用 RNAi 技术开发新的抗虫害产品,比如: 我们在研究玉米根甲,这是一种生活在土壤中以玉米根部为食的害虫。将 RNAi 技术引入玉米中,这种害虫取食后其特定基因就会被沉默。美国的监管部门正在审批这项技术,预计几年内就可以应用。


图为蜜蜂身上寄生的瓦螨。图片来源:https://goo.gl/images/dplGfC

另外一个激动人心的例子是将 RNAi 技术用于保护蜂群。有一种名为瓦螨的寄生虫会对蜜蜂造成威胁。如果直接喷洒杀虫剂,如何保证蜜蜂本身无恙呢?我们对蜜蜂和瓦螨的基因进行测序,设计了可以沉默瓦螨基因的 RNA 片段,再让蜜蜂进食这种 RNA。RNAi 使得特异性杀灭昆虫寄生虫成为了可能。

科研圈:杀灭瓦螨的 RNA 片段是通过进食进入蜜蜂体内的?从蜜蜂进食到作用于瓦螨基因的过程中,RNA 不会降解吗?

傅瑞磊:是通过进食摄入的。蜜蜂在夏天会出去授粉,但冬天要通过糖水来喂养它们,这时我们就可以在糖水中加入特定的 RNA 片段。我们已经开发出了提高 RNA 的稳定性的技术手段,以使 RNA 片段历经糖水-蜜蜂-瓦螨这一过程而不被降解,直至达到杀虫目的。

标识与争议——科学家应该做什么

科研圈:今年7月美国通过了转基因标识法案,您怎么看待这一事件?

傅瑞磊:我很高兴。这是一项基于科学原则的标识法案。转基因作物已安全商业化20年,但为消费者提供选择,其实没什么不好。过去美国各个州的标识法案不同,会造成消费者的困扰,抬高食品价格,并扰乱州际商品流通。从这个意义上讲,全美统一标识其实是一种进步,能促进更透明的信息公开方式,同时也防止各州法案带来的经济影响。

美国农业部(USDA)会在接下来两年内制定具体的标识法规,食品生产商有几种标识方案可选:直接标注“含转基因成分”,或放一个图标,或放一个二维码。二维码是最棒的方式,有了二维码,我们可以为消费者提供原产地、品种、加工方式等等大量信息。食品标识满足消费者的选择权和知情权,而该法案的通过,能够平息以往的争论,使人们把精力投入到更重要的事情上去。

科研圈:中国国内的转基因标识政策更为严格,很多人担心这会影响消费者的购买意愿,以及商家售卖转基因产品的积极性。

傅瑞磊:十年前在美国同样有这样的担心,但结果是玉米片的销量并没有受到影响。也许是我们太多虑了。消费者终将选择做出自己的选择,我相信也会是大势所趋的选择。


孟山都工作人员向记者展示了手边的零食,外包装下方注明有“转基因成分”。

科研圈:您认为包括转基因在内的这些技术,多久之后可以为公众完全接受呢?

傅瑞磊:回顾转基因这几十年的发展史,总体还是非常顺利的。我在1981年加入孟山都,开始做包括转基因在内的生物科技研究,那时你如果告诉我:“转基因会是发展最快的农业技术,三十年后转基因作物会遍布约三十个国家、全球1/4的农田耕地。”我肯定不敢相信。话说回来,如果你当时告诉我三十年后我们居然还在就转基因的安全性和标识吵得不可开交,我也难以置信。

我们一直在谈农业领域,从应用来说,转基因技术远非局限在农业上,这项技术早已大规模应用于药物生产、环境修复以及燃料生产等领域。以医疗领域为例,许多人不知道世界上第一种转基因生物制品其实是人工胰岛素。今天,在美国——或许在中国也一样——半数的新药都要用到转基因技术。转基因技术还被应用于发酵所得的食物和添加剂、可直接食用的食材和工业用途等……我一年前写过一篇文章讲,我们已经生活在转基因的世界中。遗憾的是有些人依旧不敢接受。

再举个别的例子:我不知道中国有没有这个问题,但在美国有10%~15%的人不敢给孩子接种疫苗,原因无非是在互联网的哪个角落看到“打疫苗有危害”的言论,这完全是危言耸听。看吧,疫苗问题和转基因问题是多么相像。科学的传播还任重道远,我们要更积极地去沟通交流,当然也有赖于媒体的传播。

粮食安全&气候变化——农业如何对抗全球性问题

科研圈:粮食安全在未来几十年内会受到威胁吗?我们应该怎样避免粮食危机呢?

傅瑞磊:当今很多人并没有意识到粮食危机,而实际上,到2050年全球人口将达到100亿,我们须要将粮食产量翻倍才能满足持续增长的人口需求。

政府和监管部门要更加重视科技在农业中的应用。在基因编辑、RNAi、土壤微生物研究、大数据等等技术的帮助下我们可以应对未来的粮食问题。鉴于粮食安全的重要性,我认为目前世界各国对农业科技开发的投入还远远不够。作为一个乐观主义者,我认为最大的问题并不在技术上,而在于沟通和交流,以及将技术投入使用。

另外,农业也是用水大户、温室气体排放的主要来源之一,农业科技的发展也有助于解决这些问题。


气候变化带来的危害迫在眉睫。图片来源:孟山都

科研圈:生物技术的发展也有助于对抗全球变暖等环境问题?

傅瑞磊:是的,大致有三方面原因吧。首先耕种效率的提升可以降低扩展耕地的需求,减少毁林开荒;其次农作物也会通过光合作用吸收二氧化碳,高产量意味着更多的碳被固定下来;还有一点是氮排放,含氮气体是比二氧化碳更强的温室气体,并且氮还会污染空气和水源。

中美两国都在使用大量的氮肥。农民施肥后,如果下雨,氮会进入地下水;如果土壤升温,氮会逸散到大气中。有了精准农业的助力,农民就可以掌握准确的施肥量和时机。用水也是一样的道理。

另外我们之前还提到玉米根甲。如果作物的根被虫蛀,就无法发挥正常的吸水功能。除掉玉米根甲相当于提高了作物对水的利用效率。气候变暖后土壤温度升高了多少?土壤菌群和害虫的活动有何变化?这也须要精准农业来回答。

有机农业——传统亦可拥抱新时代

科研圈:孟山都致力于农业科技的发展,也可以说是致力于提高农业的效率。那您怎么看相对“低效”但受到热捧的有机农业?

傅瑞磊:其实孟山都出售转基因种子,也出售用于有机农业的种子。确实有许多消费者热衷有机产品。有不同的选择未尝不是一件好事。另外值得一提的是,有机农业与先进技术并不是对立关系。有机农业同样可以从分子育种、精准农业、土壤微生物等技术中获益。

在美国,有机农业并不会完全不用化学品。区别只是在于,一般农民使用美国环境署(EPA)批准的农药,有机农业用“有机食品生产法案”中批准使用的农药。事实上如果你仔细比较下,它们的相同点比不同点还要多。有机农业关注的土壤健康、覆盖作物,传统农业和转基因农业也在学习。在我看来有机农业很大程度上是一种生活方式,一种营销,并没有研究显示有机农业产品在品质和成分上有何不同。

科研圈:但许多人倾向有机农业的原因是相信传统方式,对新兴技术有或多或少的抵触。您认为精准农业、基因编辑、RNAi 等技术将来会和转基因作物一样受到质疑吗?

傅瑞磊:但愿不会,但我们必须得为此做好准备。在转基因上的经验告诉我,关于科学的沟通交流非常重要。交流对象不仅是公众,还要包括决策者、政策制定者等等。民众也许不会像接受智能手机中的科技一样那么容易接受农业中的科技,但他们终会接受,监管部门也会做出正确的决策。

我们需要好科学,同样需要好科普。我坚信,人类需要伟大的科学研究,诞生出卓越的产品。但还有一点很重要:人们也容易止步于对陌生事物的恐惧,所以我们传播科学的任务就尤为重要。

科研圈:这也是我们在做的事情。

附:

2016年7月,国务院“十三五”国家科技创新规划明确表示,包括转基因在内的一系列国家重大科技专项将加快实施,核心关键技术要在“十三五”期间持续攻克,在战略必争领域抢占未来竞争制高点。

我国目前的《外商投资产业指导目录(2015年修订)》禁止外资及合资企业经营转基因作物育种和商业化。因此,目前孟山都在中国并未开展转基因种子业务。

傅瑞磊在 The Huffington Post 的博客讲述了很多有关农业、有关转基因的知识和观点,点击查看:www.huffingtonpost.com/author/dr-robert-fraley

来源:科研圈

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