《转基因作物减少了杀虫剂的使用但增加了除草剂的用量》

  • 来源专题:农业立体污染防治
  • 编译者: 金慧敏
  • 发布时间:2016-10-11
  • 弗吉尼亚大学经济学家Federico Ciliberto的最新研究结果表明,普遍采用转基因作物减少了杀虫剂的使用,但是增加了除草剂的用量,因为杂草的抗性增强了。

    Ciliberto 作为首席科学家开展了至今最大规模的转基因作物和农药应用的研究,主要的经济学家还有堪萨斯州立大学的Edward D. Perry、密歇根州立大学的GianCarlo Moschini和爱荷华州立大学的David A. Hennessy。这四位经济学家研究了美国5000多大豆种植户和5000多玉米种植户的逐年数据,时间跨度为1998到2011年,远远超过了先前研究仅限于一到两年的数据。他们希望通过多年的数据能够了解农民什么时候采用转基因种子,以及对化学药品使用的变化。

    自2008年以来,在美国80%以上玉米和大豆是转基因作物。玉米种子被转入两种基因:一种是能杀死吃籽粒后昆虫的基因;一种是抗草甘膦(一种常用除草剂)的基因。大豆则只转入了抗草甘膦基因。所以,采用转基因玉米的种植户比不采用的少使用杀虫剂,约11.2%。13年中,也少施用了1.3%的除草剂。另一方面,大豆除草剂的用量显著增加,转基因大豆比非转基因多用了约28%的除草剂,主要是由于抗草甘膦杂草的增生作用。昆虫的抗性没有进化,部分原因是联邦政府的规定需要农民有个转基因作物田地的“避风港”,昆虫在这里没有必要发展抗性。尽管降低了昆虫类农药的使用量,持续增长的除草剂的使用对环境产生了严重的影响,破坏了生物多样性、加重了水体和空气的污染。

    Ciliberto和他的同事采用环境影响指数(EIQ)分析了转基因作物对环境的影响,涉及了化学对农田工作者、消费者和环境的影响,结果表明转基因大豆对环境产生负面影响,增加除草剂增加了当地生态环境的污染。

相关报告
  • 《聊聊抗除草剂的转基因作物》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:zhangyi8606
    • 发布时间:2018-11-28
    • 今年8月,一条新闻吸引了大半个地球的目光。 美国加州旧金山中级法院裁决,判处种子公司孟山都赔偿46岁的非霍奇金淋巴瘤患者德维恩.约翰逊2.89亿美元,约合19.8亿元人民币。判决理由是,因为孟山都未能对其产品除草剂“农达”(主要成份是草甘膦)使用时的潜在危害给出足够的警示。紧接着,孟山都公司表示不认同裁决,认为“农达”不致癌。孟山都提起上诉,坚决捍卫这一有着40年安全使用历史的产品。 太平洋彼岸争吵的声音,一下子就跨越大洋传到我们这边了。 原本,除了同情患者之外,我是抱着“媒体又要热闹一阵子的心态看这个报道的”。毕竟,孟山都已经不是头一次当被告了。 然而,断断续续地听到周围的一些声音,说,“美国法院已经判决了,除草剂致癌,坚决不能吃抗除草剂转基因粮食”。 如此说法就整错了,属于概念错误。 抗除草剂转基因作物跟除草剂是完全不同的两种东西。草甘膦是一种化合物,而抗除草剂转基因作物是转入了一种氨基酸合成酶的粮食作物。把除草剂和粮食等同起来,是把概念弄混了。 且不论除草剂农达的“功过是非“,抗草甘膦除草剂的转基因作物跟这个案子半毛钱的关系都没有。 转基因和非转基因作物农田都在施用草甘膦类除草剂。目前,全球有超过160个国家在使用,是除草剂中使用最广泛的一类。 敲重点:吃抗除草剂转基因作物不等于吃除草剂! 我绝无意在此说教,告诉读者吃或不吃转基因作物,只是觉得大家既然对转基因有兴趣,就应该知道一下相关的科学。我相信无论挺转或反转,多了解一下转基因背后的科学道理,都是有益无害的,对不对? 那么,咱从下面几个方面聊聊吧: 1、抗除草剂草甘膦的转基因作物转入的是什么基因? 2、为什么杂草不能抵抗的除草剂,它能抵抗? 3、为什么说抗除草剂的转基因作物不会致癌? 1,抗除草剂草甘膦的转基因作物到底转进去的是啥基因? 在介绍它转入的是啥基因之前,我们需要先介绍一下草甘膦类除草剂的工作原理。换句话说,它为什么能除草。 草甘膦,被业界称为“灭生性除草剂”或者“非选择性除草剂”。意思就是什么植物都能“灭掉”。它是通过抑制植物体内的一种氨基酸合成酶的活性(烯醇丙酮基莽草素磷酸合成酶,英文简称EPSPS。为了容易上口,在这儿咱暂且称它为“E酶”吧),从而抑制莽草素向苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸的转化(注释一下,莽草素是合成这几种氨基酸的底物。底物就是生化反应中的原料,类似于蒸饭时需要的米)。草甘膦通过抑制E酶,导致作物无法产生这几种氨基酸(饭做不出来),作物营养不良,光合作用受到干扰,直至死亡。 草甘膦主要通过枝叶进入植物体内,最终通过植物的根排到土壤里。进入土壤后,草甘膦与铁、铝等金属离子结合,而失去活性。草甘膦盐很容易溶解在水里,这也意味着它很难在动植物体内蓄积。 需要特意说明一下呵,草甘膦只能杀死植物,对动物没作用。因为动物体内没有这种E酶,草甘膦找不到封杀对象。 刚才介绍了,草甘膦是通过抑制植物体内的E酶,使杂草(和作物)死于营养不良。 偶然机会,科学家们发现,农达(草甘膦)对田边的矮牵牛花的生长没影响。研究之后,发现矮牵牛及土壤中的微生物的基因组里有多个拷贝的E酶或结构略微不同的E酶。同等剂量的农达可以杀死作物和其他杂草,却并不影响矮牵牛的生长。于是,农学家们把农作物细胞里也转入了多个拷贝的E酶,这样,草甘膦就不能封杀全部E酶;或略微改变一下E酶的结构,类似于给E酶戴上面具,让草甘膦认不出来。由此,抗草甘膦的转基因作物就诞生了。最早的抗除草剂作物是美国1996年上市的抗草甘膦大豆。 把上面的内容总结一下,就是,抗除草剂的转基因作物只是比常规作物多了几个拷贝的E酶/或结构稍加改造的E酶。 2,为什么杂草不能抵抗的除草剂,转基因作物能耐受? 因为,它被转进去了多个拷贝的E酶,正常使用剂量下的草甘膦无法封杀全部E酶,作物的养料合成不会中断。或者,戴了面具的E酶,草甘膦认不出来,也就不会被封杀了。 而杂草和非转基因作物中的E酶数量有限,能被草甘膦全部封杀,导致营养缺乏而无法生长。 3,为什么说抗草甘膦的转基因作物不会致癌? 我知道,肯定会有人对这句话持反对意见,因为网上“转基因致癌”的声音轰隆轰隆的。 别急,请先跟我一起从生物学角度分析一下,咱再下结论不迟。 癌症的发生发展,是一个很大很深的研究领域。导致癌症的诱因很多,机理也很复杂。至今,科学家们仍在孜孜以求,探寻治疗方法。 目前,已经得到研究证实的致癌因素们,包括,长期慢性感染、超剂量辐射、化学诱导剂、长期抽烟等等。比如说,超剂量辐射,有些波长的射线可以让细胞里的基因组DNA变性,也就是DNA发生畸变。这样,细胞的生长周期就乱套了。原本应该凋亡的细胞不仅不进入凋亡,而且发疯似的增殖。这,就导致肿瘤发生了。 肿瘤的发生机理非常复杂,在这儿咱不可能展开了聊。回到咱的问题,为什么说抗草甘膦的转基因作物不会致癌? 因为,它转入的是E酶,而E酶在植物及某些微生物中普遍存在。传统农作物里也有E酶。转基因或非转基因的农作物中都有E酶。没有E酶,作物就不生长了。 E酶既不能像射线或某些致癌化合物那样诱导我们的基因组发生畸变,又不会像病原微生物那样通过感染,让我们的细胞死去再生、再生死去的来回折腾,最终折腾到细胞增殖失控。 对人和动物来说,E酶只是一个蛋白质。经口进入我们的消化道后,会被体内的消化酶消化,消化后被吸收了,就成了我们体内的一份营养。若不被吸收,就排出去了。 综上,从生物学角度分析,抗除草剂草甘膦的转基因作物不会致癌。 行文至此,欢迎讨论和质疑。愿意与真正想了解转基因背后科学的读者共勉。 来源:基因农业网
  • 《全球抗性杂草暴增600%,新一代生物除草剂如何突破困境》

    • 来源专题:耕地与绿色发展
    • 编译者:张毅
    • 发布时间:2024-11-18
    • 美国杂草科学协会的数据显示,杂草仅在北美洲玉米和大豆上造成的损失每年就超过了400亿美元。自1984年以来,全球抗性杂草数量增长了超过600%,农民需要加大除草剂的用量和开销才能达到相同的防治效果。在全球农业生产中,杂草防控一直是困扰农民的重大难题。 人们亟需具备新作用机制的化学除草剂替代方案,对生物除草剂的需求与日俱增,但成功进入市场的此类生物制剂仍非常有限。 (来源:AgBioScout公司高级合伙人Peter Chalmers在AgroPages世界农化网举办的第五届生物农药、生物刺激素及生物肥料国际高峰论坛(BioEx 2024)上所作报告) 即便如此,已有一些进入市场的新产品崭露头角。据海外报道,独脚金在肯尼亚是较为棘手的杂草,其种子可在土壤中存活数十年,在接触到谷类作物分泌的荷尔蒙后开始萌发,并长出触手伸到宿主根系窃取营养。化学除草剂对此类杂草的防治功效不佳。肯尼亚Toothpick公司开发出的生物除草剂在这一问题的应对上具备前景。该公司历经超过15年时间的开发,筛选出的尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)菌株分泌的氨基酸组合能够杀灭独脚金。农民将其产品用于种子包衣,以形成缓冲带。这一真菌虽不能完全消灭杂草,但已能使产量回归正常(无独脚金时的产量)。2023年Toothpick的这一真菌制剂已应用在肯尼亚3000公顷的农田上。 这一产品是全球为数不多成功进入市场的生物除草剂。绝大多数的农民仍依赖价格便宜的化学除草剂,如草甘膦、麦草畏、2,4-D等。但近几十年杂草对化学除草剂发展出的抗性问题越来越多,而农化企业在开发出针对植物酶的新化学成分方面鲜有进展。一些生物农药企业正在开发基于微生物及其代谢物,以及植物源成分的除草剂,以新作用机制应对抗性杂草。但生物除草剂存在价格较高,功效一致性较低,或者靶标杂草种类较为单一这些短板。 研究型企业AgBioScout的报告显示,业内企业目前已发现至少250种生物除草剂活性成分,但要将其开发成物美价廉的产品挑战极大。 理想的除草剂需要能够杀灭多种杂草,且对作物等非靶标植物无害。为了推广化学除草剂,一些公司开发出抵抗此类农药的转基因作物,但用这种途径推广生物除草剂要困难得多。许多杂草和作物非常相似,适用的生物除草剂成分较为有限。 Toothpick公司发现亮氨酸和酪氨酸可以抑制独脚金的生长,但不影响玉米,随后其团队筛选出尖孢镰刀菌菌株来生产这些物质。据悉,尖孢镰刀菌有多个品种会影响作物,每个品种倾向于影响单个植物种类,而Toothpick使用的菌株只影响独脚金。 其他不少具有除草功效的微生物也具备靶标专一的特点。上个世纪80年代Upjohn开发出炭疽病菌制剂以对抗美国水稻主要杂草合萌(Aeschynomene virginica),2019年,美国农业部科研人员利用表面活性剂将该病菌应用到另外两种水稻杂草上,拓展了其应用。由于很多农场存在多种杂草,靶标单一的除草剂难以推广。对此,Marrone Bio Innovations(MBI)和Invasive Species Corporation创始人Pam Marrone更倾向于使用灭活微生物的发酵液,而非分离出的代谢产物——后者需要高昂的提纯成本。 MBI发现伯克氏菌Burkholderia rinojensis的代谢物在低用量下能够杀灭一种杂草,而杀灭其他大部分杂草则需要增加用量,致使成本过高。Marrone表示可以通过调节发酵条件来提高重要代谢物的产量,而扩大靶标范围的关键是把成本降下来;此外,企业也可以从不同微生物中获取代谢物来扩大靶标范围,但这种方式需要更多毒理学数据,同样会提升成本。Marrone正不断寻找适用于农场的生物除草剂成分。 业内对生物除草剂是否应该靶标专一持不同观点。病毒源除草剂企业BioProdex创始人兼植物病理学家Raghavan Charudattan认为,广谱对抗杂草使化学除草剂成功商业化的途径对生物除草剂并不适用,能够发挥最佳功效的生物除草剂是具备靶标专一性的那些产品。 无论追求的靶标范围如何,一些生物农药企业正大力开发生物除草剂产品。近两年的新动向举例如下。 Harpe BioHerbicide Solutions正在开发的植物源薄荷醇适合与化学产品联合使用,可杀灭绝大部分的杂草。薄荷醇可使细胞膜出现渗漏,进而影响细胞器工作,使大部分细胞活动停滞。大多数化学除草剂抑制的是特定的酶,薄荷醇则攻击整个细胞。该公司产品可杀灭苋科地肤属杂草,此类杂草对草甘膦、麦草畏、2,4-D等除草剂已发展出抗性。但由于薄荷醇也杀灭作物,因此产品仅能用于作物种植前或采收后。目前Harpe正与Solis Agrosciences合作开发抵抗薄荷醇的转基因种子,以便让农民在种植期间使用产品。Harpe还与科迪华,及麻省理工学院和哈佛大学的布洛德研究所,就CRISPR-Cas9和相关基因编辑技术签署了知识产权许可协议,以进一步研发Harpe的耐受作物。 Pro Farm Group(MBI新公司名)从马铃薯疮痂病菌(Streptomyces acidiscabies)中提取的植物毒素thaxtomin A将用于开发新产品,也计划与化学除草剂联合使用。公司生物除草剂项目主管Louis Boddy表示,其thaxtomin与草甘膦、草铵膦等化学除草剂联用整体效果良好;联合使用可以增强防治功效——生物除草剂可以削弱杂草,给化学除草剂更多时间攻击杂草的酶。 Moa利用领先的AI技术和世界一流的温室检验设施,已挖掘出多种新型除草剂产品线——包括生物和合成除草剂——其中一些是其自行开发,另一些是与行业合作伙伴携手开发。 Moa Technology与Biomar Microbial Technologies达成了一项长期合作。这一新合作使Moa能够利用Biomar丰富的天然海洋化合物资源库挖掘新除草剂成分。Biomar自1996年成立以来收集了丰富的天然海洋化合物,海洋生物群具有发现除草成分的巨大潜力,有助于在陆地上实现粮食安全。Moa将使用其独有的GALAXY技术来筛选这些化合物,寻找具有应对抗性杂草潜力的物质。 Moa另与禾大建立了为期10年的合作。该合作将禾大的海洋微生物群研究成果与Moa独有的除草剂挖掘技术相结合,以开发新一代生物除草剂,此外禾大先进的生产实力未来有助于将新产品推向市场。 富美实和微肽企业Micropep Technologies合作开发生物除草剂。该合作将专注于开发新的解决方案,以控制玉米和大豆中的主要抗性杂草。两家公司将利用Micropep的技术并结合各自的研发能力,加快和提高识别创新生物除草剂的成功率。结合Micropep独有的人工智能微肽发现平台,和富美实强大的科学和商业能力,两公司正开发一种选择性天然除草剂,来有效控制主要抗性杂草,并加快将可持续的产品推向市场。 除了企业加快产品开发步伐,另有多方面因素有助于提升生物除草剂未来在杂草防治市场中的份额。 在登记政策方面,全球多国简化了生物农药的登记流程,缩短了登记所需的时间。即使在法规要求过于严苛的欧盟地区,欧盟委员会近期也开始致力于出台有利法案,加快生物产品进入市场。 (来源:Peter Chalmers在BioEx 2024上所作报告) 生物除草剂的生产工艺正不断改善,生产成本正在降低。此类产品储存的稳定性已大幅提高。配方技术的进步正使微生物和植物源制剂的功效不断提升,并且持续减少需要的使用剂量,对产品推广大有裨益。虽然目前生物除草剂仅占杂草防治市场中极少的份额,但已有多家企业加快了此类产品的开发步伐,产品持续进步,未来将会使更多农民从此类环保有效,成本持续降低的产品中受益。