轉基因植酸?玉米在低碳經濟時代大有可為

轉基因植酸?玉米在低碳經濟時代大有可為
張春義 中國農業科學院生物技術研究所
2010年03月18日09:17
來源：人民網-科技頻道
【背　景】
　　低碳經濟是一種以低能耗、低污染、低排放為基礎的現代經濟模式，是人類社會在繼農業文明、工業文明之后的又一次重大科技進步。低碳經濟成為今年“兩會”熱點問題。溫家寶總理在政府工作報告中明確提出：今年要加快轉變經濟發展方式，調整優化經濟結構，大力推動經濟進入創新驅動、內生增長的發展軌道。低碳經濟將成為我國經濟發展模式的重要特征。作為新興戰略性產業之一的生物育種在在低碳經濟時代將扮演非常重要的角色。哥本哈根會議召開之前，我國政府宣布到2020年實現單位GDP二氧化碳排放比2005年降低40%—45%的目標。要完成這一目標，各行各業需共同努力，而通過發展農業生物育種產業來實現低碳農業也成為其中的必然選擇。

　　玉米是重要的也是最佳的飼料加工原料。我國玉米總需求量的近80%用於飼料加工，在家禽和家畜飼料中的用量都在50%以上。中國農科院范雲六院士領導的課題組在第一代植酸?產品的基礎上，利用自主知識產權的植酸?基因，通過生物技術和傳統育種方法相結合，培育成功生產高活性植酸?並穩定遺傳的轉基因玉米。這是全球第一例通過綠色農業生產模式替代工業生產模式來生產植酸?，堪稱低碳農業的典范。

　　一、“零耗能”的植酸?工廠
　　磷是動物不可缺少的營養元素，磷缺乏嚴重影響動物生長，導致動物的生產性能低下。玉米、大豆等飼料原料中總磷含量非常豐富，65%以上以植酸磷形式存在。轉基因植酸?玉米籽粒如同一座座威力無比的生產植酸?的小工廠，這些植酸?蛋白分子如同熟練的技術工人那樣把植酸這種原料加工成產品－即動物能夠利用的磷形式。與別的工廠所不同的是，這些微型工廠不費吹灰之力、不耗費任何能量就可以生產出無數這樣的植酸?蛋白。

　　上世紀九十年代我國開發的第一代植酸?產品是用微生物發酵方式來生產的，但這種生產方式的能源消耗通常是生產成本的20%以上。近幾年來我國經濟持續增長，但是我國的單位GDP能耗卻是發達國家的6-7倍。為此，探索低成本、節能降耗方式生產植酸?的新技術在我國乃至全球都具有十分重要的意義。相比工業發酵方式植酸?，以種子為載體、以農業種植方式生產植酸?具有以下兩大低碳經濟特征。一是成本低，發酵方式需要廠房、發酵罐、產品后加工設備等專門的生產設備，生產過程需要耗費化工原料﹔而以農業方式生產，不需要專門的生產設備，玉米能利用陽光、水分等生產植酸?，原材料的費用極低。二是耗能少，發酵方式不僅生產過程需要消耗大量能量而且產品后加工也要耗費能量，后加工通常是將發酵液與載體按比例混合，利用熱空氣干燥，或者在壓力的作用下將液體霧化，通過熱空氣將霧滴干燥形成小的顆粒或粉末，這些過程都需要耗能。而以農業方式生產，生產過程無需耗能，不需要進行后加工，生產的是直接飼用的富含植酸?的玉米種子，不必進行?的提取和純化，?能在種子中長期穩定保存，無需?類產品特殊的保存條件及考慮產品的劑型，種子易於長距離運輸和普及推廣，因此非常節能。

　　二、保護磷礦的“超級衛士”
　　植酸?玉米籽粒工廠節約能源這種特點還可以從另外一個方面充分體現。飼料工業中，每噸飼料中需要添加13.5公斤磷酸氫鈣為動物生長發育提供必需的磷元素。隨著經濟的快速發展，磷資源短缺的壓力已經對農業生產構成嚴重威脅，給糧食價格帶來巨大上漲壓力。我國磷礦資源多為中低品位。據國土資源部統計，現有的磷富礦資源僅能維持我國使用10－15年。因此，磷礦資源已被國土資源部列為我國2010年后不能滿足國民經濟發展需要的20種礦產之一。中國飼料磷酸氫鈣產業能源消耗大、產出率低、環境污染嚴重、對自然資源破壞力大。據估計，今年我國飼料用磷酸氫鈣的需求量為100萬噸，2015年為150噸，至2020年將達到170萬噸。若使用植酸?轉基因玉米，則分別可以替代80萬噸、120萬噸和136萬噸磷酸氫鈣。轉基因玉米籽粒中的植酸?可以分解其中的植酸為動物提供磷元素，因此大部分磷酸氫鈣可以被替代，按每生產一噸飼料磷酸氫鈣需要磷礦1.5噸計算，則今年可以減少磷礦石的開採量達120萬噸，說明在玉米籽粒中生產植酸?可以有效降低對磷酸氫鈣的依賴（即磷礦的開採），從而大大降低因磷礦開採加工而產生的能耗以及對自然資源和環境的破壞。

　　三、“點石成金”的神奇之手
　　消化道內缺乏植酸?的單胃動物（豬、雞、鴨）和水產類（魚、蝦）無法有效利用玉米飼料中的植酸而造成磷源浪費，未被動物利用的植酸磷形成高磷糞便排出體外。隨著我國畜禽養殖業的迅速發展,畜禽糞便排放不斷增加，1999年，我國畜禽糞便產生總量約為19億噸，而同期全國各工業行業工業固體廢棄物為7．8億噸，畜禽糞便產生量是工業固體廢棄物的2．4倍，部分地區如河南、湖南、江西這一比例甚至超過4倍，除北京、天津、上海等少數工業發達的城市地區外，大多數地區的值都超過了一倍以上。2002年，我國畜禽糞便產生量達27.5億噸，畜禽糞便每年流失至水體的總磷為34.5萬噸。2007年全國畜禽糞便年排放量已超40億噸，是工業有機污染物的4.1倍，且大多未經處理直接排放，對農業環境帶來極大威脅。2010年，我國每年畜禽糞便產生量將達到45億噸，畜禽糞便每年流失至水體的總磷將為56萬噸。如果不進行有效的處理，將進一步加重湖泊等水體富營養化等環境惡化問題，進而威脅飲用水安全和農產品安全。磷污染的治理是一個耗時、耗力、耗能的過程，是發展低碳農業需要克服的極大障礙。

　　有計算表明，至2015年動物糞便排出的磷總量將達到375萬噸，而使用植酸?玉米則可以減少動物糞便磷排放140萬噸。當植酸?在玉米籽粒中高表達以后，它就如同一隻化腐朽為神奇的手，把植酸磷這種“廢物”點石成金，轉化成為能被動物所利用的磷，可謂是一舉兩得：既減少了植酸磷糞便對環境的污染，同時經動物吸收利用后也大大提高了動物的生產性能。

　　四、安全可靠的植酸?玉米
　　轉基因植酸?玉米是把在飼料生產中需要額外添加植酸?這一程序轉化為由玉米籽粒自身來生產出植酸?。植酸?可以把玉米、大豆等飼料原料中大量存在的植酸磷分解成無機磷，解決單胃動物缺乏植酸?，無法有效利用飼料原料中含量豐富的植酸磷的問題，提高單胃動物對飼料磷的利用率和動物的生產性能，降低動物糞便中磷的排泄量。從而減少或免去為滿足動物生長對磷的需求在飼料中添加磷酸氫鈣的使用量。

　　歐盟各成員國、加拿大以及美國等發達工業國家早在上世紀九十年代在養殖業中就把它作為一種“綠色磷”用以取代傳統的無機磷酸鹽﹔並制定了強制使用植酸?的相應政策，我國在飼料中使用植酸?也已經有十幾年的歷史。

　　還需要特別指出的是，植酸?廣泛存在於水稻、、小麥、大麥、水稻、玉米、大豆、 菜豆、綠豆、豌豆、番茄、白芥菜、馬鈴薯、蘿卜、萵苣、菠菜、百合花粉等我們日常食用的糧食作物、飼料和蔬菜作物中，中國農科院范雲六院士領導的課題組研發的轉植酸?基因玉米所表達的植酸?和小麥等植物中的植酸?是同一類?，人類或動物已有長期安全食用或飼用的歷史。

　　我國政府十分重視農業轉基因生物安全管理工作，堅持立法先行、有法可依、執法保障、已經形成了一整套適合我國國情並與國際慣例相銜接的法律法規、技術規程和管理體系，轉基因植酸?玉米這一成果經過了長達6年的一系列復雜嚴格的國家安全性評審程序，表明它的安全性與普通玉米實質完全等同。

　　【結　語】
　　植酸?玉米研制的成功是我國科學家獨立自主、積極創新的結果，擁有全部的知識產權。轉植酸?基因玉米對新一代GMO和農業產品朝環境友好、營養平衡、節能生產方向發展具有重要的引領作用，對低碳經濟發展將會產生巨大的促進作用。它的產業化將是我國作物生物技術產業化進程中具有劃時代意義的裡程碑，是我國農業生物技術產業中繼轉Bt基因抗虫棉后又一個具有巨大發展潛力的農業高科技新興產業。轉植酸?基因玉米的產業化對提高我國玉米種業國際競爭力和促進飼料及養殖業的可持續發展產生重大影響和貢獻，並使我國在當今農業生物技術產業化的激烈國際競爭中佔有一席之地。

（責任編輯：馬麗）
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