哈罗特
2025-09-13 20:56:17
吴孔明长期从事棉花害虫生物学与控制技术研究工作，先后获得国家和省部级科技奖励8项，发表研究论文200多篇，其中90余篇发表在Science等国际SCI源刊物，被Nature、Science等国内外学术刊物引用1500余次。主持完成的“棉铃虫区域性迁飞规律与监测预警技术的研究与应用”和“棉铃虫对Bt棉花抗性风险评估及预防性 治理技术的研究与应用”分别于2007年和2010年获国家科技进步二等奖。1994—1998年，主持“棉铃虫区域性迁飞规律与监测预警技术的研究与应用”课题；1998-2000年，主持九五“863计划”Bt棉花害虫发生规律及控制技术课题；1999-2000年，主持国家九五“科技攻关计划”棉花主要病虫害综合防治技术课题；2000-2004年，主持“973计划”植保项目植物-害虫-天敌间的协同进化机制；2001— 2003年主持“863计划”Bt棉花生态安全性课题和十五“科技攻关计划”棉花重要病虫害可持续控制技术课题，2003—2004年，主持Rockefeller基金会课题和美国USDA课题等10余项研究项目。2008年9月19日，Science杂志网络版刊登了中国农业科学院植物保护研究所吴孔明研究员科研团队的研究论文Suppression of Cotton Bollworm in Multiple Crops in China in Areas with Bt Toxin-Containing Cotton。这是中国农业科学院首次以第一单位在Science杂志上发表论文。论文以棉铃虫种群地位演化与Bt棉花的关系为研究内容。棉铃虫是世界性农业害虫，20世纪90年代，棉铃虫在我国连年暴发成灾，给棉花、玉米和蔬菜等作物生产带来了严重的威胁。据农业部统计，1992年棉铃虫在我国各种作物上累计发生面积达2192万公顷，造成直接经济损失逾百亿元。棉铃虫的猖獗带来植棉效益低下、农药污染和人畜中毒严重等一系列经济、社会及环境问题，上升成为我国棉区农业生产和农村经济发展的重大制约因素。作为防治棉铃虫的新手段，我国1997年开始种植Bt棉花，到2000年已在华北地区大面积商业化。由于人类对大规模种植Bt植物对生态环境可能产生的潜在影响尚缺乏足够的经验和知识，Bt棉花对害虫地位演化的影响受到高度重视并带来广泛的争议。吴孔明研究员领衔的科研团队于1998—2007年间在河北省廊坊市系统研究了棉铃虫在Bt棉花和常规棉花田的种群动态，结合对华北地区1992—2006年100个观测点的棉铃虫种群监测数据的模型分析表明：Bt棉花的大规模商业化种植破坏了棉铃虫在华北地区季节性多寄主转换的食物链，压缩了棉铃虫的生态位，不仅有效控制了棉铃虫对棉花的危害，而且高度抑制了棉铃虫在玉米、大豆、花生和蔬菜等其它作物田的发生与危害。这一研究成果为解释转基因抗虫作物对靶标害虫种群演化的调控机理提供了理论基础，为棉铃虫的可持续控制奠定了基础。对促进Bt植物的研发有重要价值，同时昆虫学、农学、生态学和分子生物学等学科发展也会从中得到启迪。《科学》高度重视本文的发表，9月17日在北京举行了在中国首次的国际新闻发布会。《科学》杂志资深编辑帕梅拉·J·海因斯在对这篇论文的书面评价中写道，“世界各地农业土地的使用模式各不相同，在中国，许多农民的劳动资源都有限，来自中国的新观点将有助于世界其它资源有限的地方的农业生产。论文的作者分析了Bt棉农业对生态影响并提供了激动人心的证据，《科学》杂志很高兴报道这一研究成果。”
现在普通老百姓谈及转基因食品色变，主要原因是转基因食品的安全性问题。那么转基因食品安不安全呢？通过近几年的科学研究发现，至今并没有可靠实验数据显示转基因食品存在安全问题。目前大家比较关注的几个方面是，转的基因是否有毒，蛋白质是否有毒。目前从科研人员的论证结果来看，食物中的蛋白质和基因是没有活性的，比如一些抗虫蛋白本身对人体并没有伤害。同时，证明转基因食品无害也是一个伪命题。因为目前科学界对基因的了解还相对来说比较肤浅，一些深层次的问题还需要进一步研究。所以证明一个食品无害，不是但时间的可以做得来的。另外一个方面，大家反对转主要针对于孟山都的转基因种粮专利所属问题。现在的转基因粮食的专利几乎都是属于孟山都公司，毕竟粮食问题是关乎民生的大问题。老百姓每天吃的粮食的种子操控在外国人手中，从小来说涉及利益问题，往大了说涉及国家之间的政治博弈。以中国的大豆为例，中国本是大豆的原产国，近几年因为转基因大豆对市场的冲击，目前主要依靠进口。从长远来看这并不是长久之计。在此科普一下，不用转基因照样可以培育出好物种。目前国内的华大基因正在进行大豆回家计划，取得了有效成果。同时，华大基因自己做小米，现在小米的育种和种植技术走到全世界最前列。相信随着科技的进步，转基因技术很快可以造福人类。欢迎关注周空也的回答
行业主要上市公司：隆平高科(000998)、登海种业(002041)、荃银高科(300087)、丰乐种业(000713)、农发种业(600313)、神农科技(300189)、万向德农(600371)本文核心数据：全球转基因作物种植面积、全球转基因作物种植国家、全球转基因作物应用率、全球获批转化体数量全球转基因发展概况1、发展历程：处于成熟发展阶段转基因作物的商业化种植始于1996年，从历史发展看，转基因育种发展期间经历了早期探索、快速推广、成熟发展三个阶段。2、总体情况：种植面积趋于稳定1996-2019年转基因作物种植面积从170万公顷攀升至904亿公顷，年复合增长率8%，2013-2019年转基因作物种植面积趋于稳定，年复合增长率4%。3、性状发展趋势：复合性状逐步取代单一性状品种从性状表现看，转基因作物经历三代发展，其中第一代聚焦抗除草剂、抗虫、抗病毒等单一性状，第二代则将多种抗性复合，第三代进一步追求品质和营养的改良。据ISAAA数据显示，2019年，全球复合性状增长了6%，相当于8510万公顷，覆盖了全球45%的转基因作物种植面积;耐除草剂作物种植面积减少至8150万公顷，占比为43%;抗虫性状占比为12%。各国转基因发展概况1、种植情况：国家两极分化严重从国家层面看，全球转基因种植国家两极分化严重。ISAAA数据显示，五大转基因种植国家的种植面积占比近9成，其中，美国种植面积为5百万公顷(55%);巴西种植面积为8百万公顷(73%);阿根廷种植面积为24百万公顷(61%);加拿大种植面积为5百万公顷(57%);印度种植面积为9百万公顷(25%)。中国的转基因种植面积为2百万公顷，占比68%，位列第7位。2、应用情况：五大种植国应用率接近饱和在转基因应用率方面，2019年，五大转基因种植国家的平均应用率已接近饱和，其中美国95%、巴西94%、阿根廷接近100%、加拿大90%、印度94%，若要进一步扩大这些国家的转基因作物面积，则需要有新的转基因作物和性状批准井商业化。3、管理模式情况：各国管理模式差异较大转基因对于各国种子安全具有至关重要的意义，从转基因作物的研发管理来看，各国的模式有较大差异：细分作物发展现状1、种植情况：大豆是主要转基因作物，玉米占比提升明显全球四大转基因种植品种包括大豆、玉米、棉花、油菜，2019年，四大品种种植面积占全球转基因总种植面积1%，占比从高到低依次为大豆3%、玉米0%、棉花5%、油菜3%。从趋势来看，2015-2019年，玉米的面积占比显著上升，挤压了大豆的种植面积，五年间，玉米面积占比上升了2个百分点，大豆下降了2个百分点。2、应用情况：大豆、棉花应用率较高从作物种植面积看来，2019年，转基因大豆的应用率最高，达到了94%;其次是棉花，应用率为79%、玉米和油菜的应用率仍相对较小，分别为31%和27%。3、获批数量情况：玉米转化体获批数量最多从全球新获批转基因品种来看，玉米是转化体获批数量最多的作物。据ISAAA的数据显示，截止2019年全球(71个国家/地区)共批准了403个转化体，其中玉米获批146个，同比增长66%，占36%;其次是棉花、马铃薯、大豆和油菜，分别获批66、49、38、38个。以上数据来源于前瞻产业研究院《中国种子行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》
转基因食物之所以出现，是为了解决人类的食品短缺以及营养问题。其实，自古至今，人们一直在与自然合力对植物的基因进行“驯化”，我们挑选那些颗粒饱满、产量高、味道好、更抗旱的种子，长年来的培育与选育，才形成了我们今天食用的大米、土豆、大豆、苹果等，他们与其野生品种的基因已经有很大区别。本质上来说，在转基因食品出现之前，我们的农业活动也是一种“非自然行为”。1994年，第一种转基因食物——贮藏更久的Flavr Savr番茄投放美国市场。2000年，德国科学家印戈·伯特利研发出黄金大米，在水稻中插入了黄水仙的一个基因，水稻就能生成维生素A的前体。因为，全世界每年约200万人因维生素A缺乏而死亡，近50万人因此失明。如今，世界上许多地区的农民已经接受了遗传改良作物，全世界一半以上的大豆都是转基因产物，据估计，美国境内出售的加工食品中约有75%包含转基因产品。至今为止，从未有证据证明转基因食品有任何危害人体的安全问题。但世界上依然有很多转基因反对派，他们认为基因工程扰乱了自然规律，可能给人类健康造成不可预计的后果。个人认为，转基因食品不过是人类非自然行为的冰山一角。人类始终在进行各种各样的科学探索，也有不少前沿科技的发展引起了一定的质疑和恐慌，比如人工智能的发展是否会毁灭人类、基因技术的发展是否会引起基因歧视等等。这是拥抱新事物和变化的时代，人类不可避免地为某些行为付出代价，比如环境破坏、大气污染，但人类不得不得向前发展。况且，任何一种转基因作物在上市之前会经历非常严苛的安全考验，任何一点不安全因素的出现都会导致一种转基因作物不被批准上市。所以，不要给转基因食品冠以各种阴谋与负面的帽子，是否接受仅凭个人选择。
DNA是绝大部分生物的遗传信息的储存介质，由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）四种核苷酸组成，并且严格遵守A-T，C-G的碱基互补配对原则，DNA链上这四种核苷酸的排列信息就是生物体的主要遗传信息。基因是控制生物性状的基本遗传单位，即一段携带特定遗传信息的DNA序列，主要通过翻译出对应的效用蛋白发挥功能。 图 DNA的结构示意图（图片来自网络）基因异常往往导致各种疾病的发生：如在超过50%的人类肿瘤中都能检测到编码p53蛋白的基因的突变（丧失活性）；Rag1等基因的突变会导致重症联合免疫缺，患儿终生不能接触外界空气，只能终生生活在隔绝容器内（图2）。 图 终生生活在隔离容器内的美国男孩大卫·维特（图片来自网络）什么是基因编辑技术？基因编辑技术是指特异性改变目标基因序列的技术。目前主要的基因编辑技术都是基于如下原理发展而来的：在细胞内利用外源切割复合体特异性识别并切割目的基因序列，在目的基因序列上制造断裂端，这种断裂端随即会被细胞内部的DNA损伤修复系统修复，重新连接起来。在此修复过程中，当有修复模板存在时，细胞会以修复模板为标准进行修复，从而实现对基因序列的特异性改变，即基因编辑（图2）。 图3 基因编辑技术的基本原理示意图要实现基因编辑，外源切割复合体必须满足两个条件：① 切割复合体必须可以特异性地识别和结合至目的基因DNA序列上，这是各种基因编辑技术的主要差异所在，也是发展基因编辑技术的最大困难所在；② 切割复合体必须具有切割DNA，制造断裂端的功能；基因编辑技术的简要发展历史自1953年沃森和克里克两位科学家提出DNA的双螺旋结构以来，人们一直都在积极探索着高效便利的基因编辑技术：上世纪80年代，科学家在小鼠胚胎干细胞中通过基因打靶技术实现了基因编辑（2007年诺贝尔生理医学奖），但此技术在其余细胞内效率极低，应用受到了极大的限制；上世纪90年代，基于细胞内不同锌指蛋白可特异性识别DNA上3联碱基的特征以及核酸酶FokI二聚化后可以切割DNA的特点，人们通过锌指蛋白偶联Fokl的策略逐渐发展出了一种新的基因编辑技术--锌指蛋白核酸酶技术（Zinc Finger Nucleases， ZFNs）。但此技术专利被公司垄断，且锌指蛋白数量有限，可以识别的DNA序列数量有限，其应用也受到了很大的限制。随后，基于改造后的植物病原菌中黄单胞菌属的TAL蛋白可以特异性识别DNA中一个碱基的特性，人们又发展出了新的基因组编辑技术--转录激活样因子核酸酶技术（Transcription activator-like effector nucleases， TALENs）。此技术理论上可以实现对任意基因序列的编辑，但其操作过程较为繁琐，一定程度上限制了其应用。近年来，基于细菌规律成簇的间隔短回文重复序列(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，CRISPR)系统发展而来的新一代基因组编辑技术--CRISPR/Cas9技术，使得基因编辑变得更为简易、高效。值得提出的是，华裔科学家张锋教授对于CRISPR/Cas9技术的发展与应用作出了重要贡献，是目前这一领域的领军人物之一。基因编辑技术的最新发展由于目前最为广泛应用的CRISPR/Cas9技术仍然存在着无法对所有基因序列实现编辑、可能错误编辑其余基因、切割复合体中RNA容易降解导致复合体不稳定等一些不足之处，人们主要从以下几个方面优化发展新的基因编辑技术：1) 优化CRISPR的蛋白序列，使得其可以识别更多的序列，并且能够更为有效地编辑基因序列；2) 寻找新的具有特异性识别和切割目的基因序列的蛋白。如张锋教授在去年报道的Cpf1，已被证实为一类新的基因编辑工具；而目前引起广泛争议和关注的我国河北科技大学韩春雨教授在今年初报道的NgAgo，如果其真的可以实现细胞内的基因编辑，也是一类新的基因编辑工具，是目前各种基因编辑工具的有效补充；近期，我国南京大学学者又开发了一类新的基因编辑工具—SGN，也引起了学界的广泛关注。基因编辑技术的应用随着CRISPR/Cas9等新型基因编辑技术的迅猛发展，基因编辑技术在诸多方面都有着极为广阔而光明的应用前景：1) 畜牧业和农业方面，现在已经在包括鸡、牛、羊等重要家畜和玉米、水稻、棉花等重要经济作物中实现了基因改造，有效地提高了这些家畜和经济作物的产量和质量；2) 医疗健康方面，一方面，对于先天性基因突变致病患者，利用基因编辑技术改正突变的基因，可以为这些疾病的彻底根治提供希望。如在2013年，我国科学家上海生化细胞所的李劲松教授就利用CRISPR/Cas9技术治愈了小鼠的白内障遗传疾病。另一方面，基因编辑技术还有望为彻底治愈一些重大疾病的提供希望，如利用基因编辑技术改造艾滋病病毒HIV-1携带者免疫细胞中的CCR5基因，可以使得细胞不再受HIV-1病毒感染，有望成为彻底战胜艾滋病的有力武器。结语：迅猛发展的基因编辑技术正在给我们的生活带来巨大的变化，在享受先进科学技术带来的种种福利的同时，我们也必须进一步加强对于基因编辑技术的基础研究以及应用管理，以确保这一先进技术得到正确而有效地应用。编辑：何郑燕 鲁凡英（专家：吴剑锋，厦门大学生命科学学院博士，科普中国微平台原创首发）
