用化學常識解釋轉基因

　　河南日報退休高級編輯，大河健康報退休總編，河南農大兼職教授，中國新聞獎獲得者。

　　各位女士、各位先生：

　　大家好。大家都是經常來圖書館借書、看書的讀者，如今喜歡看書的人真是難能可貴。看年齡，大家多數是60后、50后，少數是70后、40后。大家可能都不是生物專業的大學生，但是大家在中學階段都學過化學，所以我今天就用化學常識解讀轉基因。

　　關于轉基因，大家可能有許多疑惑。我今天把時間一分為二，我講一半時間，剩下一半時間請大家提問，我保證有問必答。

　　關于轉基因，我先要做個現場調查：

　　在座的誰家里買過轉基因大豆油？請舉手。（大多數人舉手）南方有一種水果叫木瓜，有些飯店用木瓜做涼菜，在座的誰吃過木瓜？請舉手。（1/3人舉手）

　　木瓜的學名叫番木瓜，都是轉基因的。

　　轉基因是人人關注的話題，既然關注，就要弄懂，可是轉基因屬于遺傳學，很多人沒學過遺傳學，所以，我如果用遺傳學解讀轉基因，大家可能很難弄懂。不過，遺傳學的本質是化學，用初中、高中化學的基本常識去解讀轉基因，大家就可以基本弄懂。用哪些化學常識呢？1.無機分子與有機分子；2.小分子與大分子；3.有機大分子復雜的結構；4.化學催化劑的催化反應；5.生物化學中酶的催化作用。

　　我今天做的是科普講座，不是學術講座。學術講座用學術語言、專業名詞，那樣講得最準確，但是大家肯定聽不懂。我說幾個遺傳學名詞給大家聽：模板，轉錄，編碼，翻譯，內含子，外顯子，啟動子。這幾個名詞，大家都認識，但是都不懂。所以，我不用專業名詞，我用大白話，保證讓大家聽懂。我用通俗語言講解轉基因，雖然不敢保證絕對準確，但是保證絕對靠譜，目的是讓沒學過遺傳學的人都能聽懂。我也希望學過遺傳學的人認同我用這種方式科普轉基因。

　　化學常識介紹

　　第一個化學常識：無機分子與有機分子

　　一切物質都是分子組成的，分子是由原子組成的。分子分為無機分子和有機分子，無機分子有幾十萬種，有機分子有幾千萬種。我們今天說的是轉基因是食品，那就只說食品中的分子吧。食品中的礦物質是無機分子，水也是無機分子。食品中的蛋白質、氨基酸、脂肪、脂肪酸、淀粉、葡萄糖、纖維、膳食纖維、維生素、核酸、核苷酸等都是有機分子。核酸、核苷酸可能許多人不熟悉，待會兒詳細講。

　　第二個化學常識：小分子與大分子

　　分子的大小根據分子量來定。組成分子的原子質量的總和就是分子量。食品中的無機分子是水和礦物質，分子量從十幾到幾十，都是是小分子。食品中的有機分子比無機分子大得多。食品中比較小的有機分子如葡萄糖、氨基酸、脂肪酸、維生素、核苷酸，分子量有好幾百，比較大的有機分子如脂肪的分子量從幾百到幾千，淀粉分子量從幾萬到幾十萬，蛋白質分子量從幾萬到幾十萬，核酸分子量從幾十萬到幾百萬。

　　第三個化學常識：有機大分子的復雜結構

　　食品中的有機大分子結構很復雜。一個一個說吧。

　　淀粉由很多葡萄糖組成，很多葡萄糖連接成棍子狀的直鏈，或者樹枝狀的分叉的鏈。

　　脂肪由很多脂肪酸組成，很多脂肪酸連接成弧形的鏈。蛋白質由氨基酸組成，很多氨基酸連接成的鏈，盤繞得像一團亂麻。

　　重點說核酸。核酸最早是在細胞核里發現的，所以叫核酸。后來又發現細胞核外面也有核酸。核酸分為兩種：一種是核糖核酸，英語縮寫為RNA；另一種是脫氧核糖核酸，英語縮寫為DNA。都是由核苷酸組成的。

　　氨基酸組成蛋白質，脂肪酸組成脂肪，核苷酸組成核酸，這樣一對比就容易理解核酸了。組成核酸的核苷酸結構也比較復雜，比氨基酸復雜，比脂肪酸復雜，更比葡萄糖復雜。核苷酸是由核糖、磷酸、嘧啶、嘌呤組成的。核糖是5個碳的糖，葡萄糖是6個碳的糖，二者差不多。磷酸這個名詞都熟悉，不解釋了。嘧啶這個詞生疏，但是大家所熟悉的維生素B12就屬于嘧啶化合物。嘌呤這個詞不生疏，現在“三高”之外又增加一個“嘌呤高”，醫生會告誡痛風患者不要吃嘌呤高的食物，嘌呤轉化為尿酸，尿酸多了，痛風就會發作。核苷酸就介紹到這兒，下面繼續介紹核酸。

　　既然食品中含有核酸，為什么許多人對核酸不熟悉呢？因為營養學基本不關注核酸，我們平時講的營養平衡也不包括核酸，這又是為什么呢？因為食品中所含核酸太少，大概只占食品的千分之一，而人體可以合成核酸，那么就不會缺乏核酸，所以營養平衡不包括核酸。

　　接著說核酸的分子結構。核糖核酸，也就是RNA，是由很多核苷酸連接而成的單鏈，這條單鏈呈盤繞折疊狀態；脫氧核糖核酸，也就是DNA，是由很多核苷酸連接而成的雙鏈，這條雙鏈呈螺旋狀態。

　　如果把雙鏈螺旋狀態的DNA拉展，DNA就像一條鐵路，鐵路上有許多火車站，兩個相鄰的火車站之間的這段鐵路，就是一個基因，相鄰的火車站之間的距離都是不相等的，那么基因的長度也都是不相等的，基因的長度不相等，也就是核苷酸的數量不相等。

　　從開講到現在，我都是在鋪墊，到此，終于引出了基因。

　　基因為什么叫基因？

　　這需要介紹幾位科學家。

　　第一個是孟德爾，他是奧地利人，是個修道院的修道士，生活在130多年以前。歐洲的修道院猶如中國的寺廟，修道士猶如中國的僧侶。1853年，孟德爾31歲。這年，他在修道院里開墾出三分地，開始了長達12年的植物雜交試驗，其中豌豆雜交試驗做了8年。期間，他加入了當地的科學學會。

　　1865年，孟德爾在當地科學學會的會刊上發表了《植物雜交試驗》論文，認為細胞里的“遺傳因子”控制豌豆植株高矮、種子圓皺、花朵顏色等具體性狀的遺傳，并且是有規律的顯性遺傳和隱性遺傳，而顯性“遺傳因子”掩蓋隱性“遺傳因子”的表達，只有來自父本、母本的兩個隱性“遺傳因子”重合，才能表現出隱性性狀。“遺傳因子”就是“遺傳因素”。

　　植物雜交試驗在孟德爾之前100多年就開始了。孟德爾與前人的不同之處在于：前人觀察植物雜交后代的整體性狀，沒有發現什么規律；孟德爾觀察植物雜交后代的單個性狀，從中發現了規律。

　　發表孟德爾論文的會刊按慣例印刷幾百份，寄給歐洲各國的科學學會和大學圖書館，孟德爾又加印幾十份寄給當時的著名科學家。

　　寄出去的會刊，沒有引起任何反響。為什么沒有反響呢？原來，在孟德爾發表《植物雜交試驗》論文之前7年，達爾文出版了輝煌巨著《物種起源》，整個歐洲都在討論進化論，沒人去關注微不足道的豌豆植株高矮、種子圓皺、花朵顏色。

　　1884年，孟德爾去世，享年62歲。他終生未婚，因為天主教不允許神職人員結婚。從天主教分離出去的基督教則允許神職人員結婚。孟德爾去世16年后，也就是1900年，歐洲三位生物學家不約而同發現孟德爾的論文并且做了重復試驗，證明了孟德爾的理論，從此，遺傳學誕生。如今，孟德爾當年所在的修道院是著名旅游景點，那三分地的豌豆試驗田仍然保留著，被譽為遺傳學圣地。

　　第二個介紹丹麥遺傳學家約翰森。他1909年創造了gene這個單詞，用來表示孟德爾的“遺傳因子”。gene這個詞是從拉丁語“血統”一詞改造而來，這正符合“基因遺傳性狀”的本義。拉丁語起源于意大利拉丁姆地區，拉丁姆地區的氏族建立了羅馬帝國，拉丁語遂成為羅馬帝國官方語言，也是歐洲古代的學術語言。拉丁語與歐洲多種地方語言雜交，形成后來的各國語言。

　　第三個介紹美國遺傳學家摩爾根。他通過果蠅雜交實驗，在1928年確認控制性狀的基因存在于細胞核里的染色體上。染色體是細胞染色之后呈現的深顏色的棒狀物體，而對細胞染色是為了便于在顯微鏡下觀察。摩爾根1933年獲得諾貝爾生物學醫學獎。摩爾根使用的果蠅，就是“水果的蠅”，以腐爛水果產生的酵母菌為食，容易飼養。果蠅只有2毫米大，比蒼蠅小得多。果蠅生命周期只有半個月，而植物生命周期至少半年，所以果蠅實驗出結果很快。

　　第四個介紹談家楨。他是中國人，是摩爾根的博士研究生。他在1936年將gene這個單詞音譯為漢語“基因”兩個字。“基因”兩個字也表達出了生命的“基本因子”的意思，這便于中國人從字面上理解，不過現在“基因”這個詞人人皆知，反而沒人用“基本因子”去解釋“基因”。談家楨回國后長期在復旦大學任教，桃李滿天下，被譽為中國遺傳學之父， 2008年去世，享年99歲。

　　第五個介紹沃森與克里克。沃森是美國人，克里克是英國人。他二人1953年在英國劍橋大學研究發現，細胞核里的染色體的主要成分是“脫氧核糖核酸”，這是一個有機大分子，英語縮寫為DNA，其分子結構為雙鏈螺旋狀。DNA這條雙鏈螺旋狀分子的一個個片段就是一個個基因。一條DNA一般都有幾十、幾百個基因，而每個基因的長度是不相等的。沃森與克里克1962年共同獲得諾貝爾生理學醫學獎。2004年，克里克去世，享年88歲。2016年，世界上123名諾貝爾獎獲得者聯名支持轉基因，其中就有88歲的沃森。

　　作為分子來講，基因是大分子，但是分子再大，肉眼也看不見，不過在顯微鏡下可以看見。

　　第一代顯微鏡是光學顯微鏡，300年前發明，如今可以放大到一千多倍，可以看見細胞、細胞核、染色體，但是看不見DNA、基因。

　　第二代顯微鏡是電子顯微鏡，80多年前發明，如今可以放大到幾萬倍、幾十萬倍，這就可以看見細胞里的DNA和基因，以及其他有機大分子，但是不夠清晰，因為細胞里的有機大分子不是靜態，而是動態。

　　第三代顯微鏡是冷凍電子顯微鏡，20多年前發明，有兩間屋子那么大，兩層樓那么高，可以在千分之一秒內把細胞冷凍，冷凍以后，動態的有機大分子就成了靜態，觀察的清晰度就高了。大家都知道清華大學施一公吧？他和他的團隊就是用冷凍電子顯微鏡研究蛋白質、DNA、RNA的分子結構的。

　　下面繼續講化學常識。

　　第4個化學常識：化學催化劑的催化反應

　　化學反應可以分為兩類，一類是不需要催化劑的化學反應，一類是需要催化劑的化學反應。回憶一下初中化學、高中化學，化學老師經常演示用催化劑催化的化學反應。催化劑催促化學反應，催化劑本身并不發生變化，但是如果沒有催化劑，這個化學反應就不會發生，或者反應得很慢。

　　生物體內時時刻刻都在發生著化學反應，生物體內幾乎所有化學反應都是催化反應。由什么催化呢？由酶催化。

　　第5個化學常識：生物化學中酶的催化反應

　　生物體內的化學，叫生物化學。生物體內幾乎所有化學反應都是酶的催化反應。一種酶催化一種生化反應，生物體內有很多種酶，催化很多種生化反應。生化反應主要是分解與合成，都要靠酶來催化。我們人體內有幾千種酶，只說消化酶吧。消化酶主要是胰腺產生的，有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、核酸酶。這些酶被輸送到十二指腸，分別把蛋白質分解為氨基酸，把脂肪分解為脂肪酸，把淀粉分解為葡萄糖，把核酸分解為核苷酸，核苷酸還可以進一步被分解為核糖、磷酸、嘧啶、嘌呤。小腸絨毛像植物的根系一樣具有吸收功能，把消化酶的分解產物吸收，吸收以后，進入血液循環系統，輸送到每個細胞，再進行分解或者合成。食物中的維生素、礦物質和水，分子比較小，可以被直接吸收，不需要酶來催化分解。

　　酶是什么？酶是蛋白質。蛋白質有很多種，其中相當多的種類是酶。酶最早是在酵母菌里發現的，所以也叫酵素。如今一些保健品打著酵素的旗號忽悠人。其實蔬菜、水果、糧食、蛋奶肉魚，都含有酵素，我們正常飲食，不需要補充酵素，因為酵素就是酶。

　　酶與DNA、RNA有著密切的關系。

　　基因是DNA的片段。細胞核里的酶，依賴基因的一條單鏈，催化核苷酸合成RNA；RNA是一條單鏈，它從細胞核里出來，催化氨基酸合成蛋白質；合成的蛋白質，有些就是酶，這些酶去催化其他生化反應。這個過程可以概括為這樣三句話：①DNA決定RNA；②RNA決定蛋白質；③歸根結底是DNA決定蛋白質。

　　人人都知道基因決定性狀，那么基因是怎樣決定性狀的呢？

　　基因（DNA）決定蛋白質，細胞主要是由蛋白質構成的，不同的蛋白質構成不同的細胞，不同的細胞構成不同的細胞組織，不同的細胞組織構成不同的器官，不同的器官表現不同的功能，不同的功能就是不同的性狀，歸根結底是基因決定性狀。

　　同樣，基因決定酶，不同的酶催化不同的生物化學反應，不同的生物化學反應其實就是不同的生命活動，不同的生命活動就是不同的性狀，歸根結底是基因決定性狀。

　　總結一下：基因決定蛋白質和酶，進而決定生物性狀。酶不僅催化生化反應，酶還可以修復基因突變。修復其實也是催化，催化突變的基因恢復原狀。

　　開始說轉基因

　　請注意，下面介紹基因突變、基因修復和轉基因。

　　基因突變·基因修復·轉基因

　　基因突變，就是基因的結構突然發生變化。

　　DNA分子很大，結構復雜，不一定哪個地方就會發生變化。變化有3種：①DNA是由核苷酸組成的，核苷酸的結構會發生變化，也就是組成核苷酸的嘧啶、嘌呤會互相取代，如此變化以后還可以在酶的催化作用下被修復。②DNA雙鏈可能斷裂，斷裂以后也可以在酶的催化作用下被修復。③一段DNA可能會從DNA雙鏈上脫落下來，轉移到別的地方，在酶的催化作用下，再插入DNA雙鏈之中。這第3種變化，是我今天講的重點。這可能是轉基因的理論基礎。脫落下來，轉移并插入別的地方的一段DNA，可能就是一個基因，也就是說，基因可以在DNA雙鏈上轉移并插入。這是同一個細胞里基因的轉移并插入，這也叫內源基因的轉移并插入。既然內源基因的可以轉移并插入，那么外源的基因也可以轉移并插入。外源的基因就是這個生物體以外的別的物種的基因。也就是說，A物種的基因可以轉移并插入B物種的DNA雙鏈之中。為什么呢？因為A物種的DNA和B物種的DNA，都是核苷酸組成的。這就好比排隊加塞，A隊列的幾個人可能插入B隊列之中。好了，我們就記住“排隊加塞”四個字就行了，轉基因就是“排隊加塞”。

　　自然界有沒有轉基因呢？有。

　　自然界的轉基因

　　自然界的轉基因很普遍。

　　自然界的細菌也可以給植物轉基因。這以紅薯為例來說明。土壤中有一種細菌叫農桿菌，它可以侵入140多種植物的根，當然也侵入紅薯的根。紅薯起源于南美洲，已有8000年的人工栽培歷史，1492年哥倫布發現美洲新大陸以后，紅薯被引種到全世界。2015年美國科學院院刊發表一篇論文，說的是農桿菌給紅薯轉基因的證據。論文的作者檢測了全世界現有的291個紅薯品種的基因組，發現每個品種的基因組都含有若干個農桿菌基因，這說明農桿菌的基因轉移并插入紅薯的基因組中了。

　　說說農桿菌

　　土壤中有很多種細菌，農桿菌是其中的一種，其形態是桿狀的。

　　植物的根系會因耕作而損傷，也會因昆蟲為害而損傷，損傷后會分泌酚類化合物，而農桿菌喜歡酚類化合物，于是農桿菌就會感染根系的傷口，進入根系細胞組織中。根系細胞里的酶會發生催化作用，將農桿菌的一段DNA剪切下來，并使這段DNA插入根系細胞的DNA之中，這就是自然轉基因。農桿菌可以感染多種植物的根系，也就可以給多種植物的根系轉基因，其中包括給紅薯轉基因。

　　農桿菌的基因插入植物根系細胞的DNA之中，根系就會長出根瘤，根瘤越長越大，消耗營養，那么就影響植物生長。

　　科學家研究農桿菌，本來是為了防止根瘤的，然而思路一轉換，發現可以利用農桿菌進行人工轉基因。

　　人工轉基因，就是把A物種的基因轉入B物種的基因組中。人工給植物轉基因的方法有多種，但常用的方法就是利用農桿菌給植物細胞轉基因。

　　方法是，在實驗室里，將目的基因插入到經過改造的T-DNA區，借助農桿菌的感染實現外源基因向植物細胞的轉移與整合，轉基因手術就完成了。手術后，A物種的基因就與B物種的基因組有機結合在一起了，就成了B物種的基因了。

　　農作物的轉基因，一般是給雜交品種轉基因。許多人會問：雜交品種不是很好嗎？為什么要給雜交品種轉基因呢？其實，所有雜交品種都有局限性，而轉基因可以彌補雜交品種的局限性。比如，雜交品種不抗蟲，不抗病，不抗除草劑，轉基因以后就可以抗蟲，抗病，抗除草劑。

　　雜交育種的局限性

　　雜交育種是在同一物種內雜交，玉米與玉米雜交，小麥與小麥雜交，水稻與水稻雜交。基因決定性狀，DNA上的基因有好的，有壞的，既然是DNA的組合，那就不可能都是好基因的組合，一定帶著壞基因，這就是雜交品種的局限性。所謂優良品種，只是好基因盡可能多，壞基因盡可能少。雜交育種的歷史有100年了，最早是從美國的雜交玉米開始的。據統計，100年來，全世界的育種家，所有農作物，每100萬個雜交組合，才選出一個優良品種，而優良品種并非盡善盡美。100年來，比較好的父本、母本已經組合很多遍了，很難再得到優良性狀了。要打破雜交育種的局限性，就要給雜交種增加新的優良基因。新的優良基因在哪里？在別的物種里，別的物種可能是植物，可能是細菌。自然界的細菌不是可以給植物轉基因嗎？人工模仿自然，把細菌的優良基因轉到雜交種的DNA上，就可獲得新的優良性狀。

　　以抗蟲性狀為例，植物大多都是不抗蟲的，因為植物是昆蟲的食物，這是自然法則。如果植物抗蟲，昆蟲就不會繁衍3.5億年而不衰。但是一物降一物，細菌可以讓昆蟲得病而死。細菌怎樣讓昆蟲得病而死呢？那是因為昆蟲吃了細菌，細菌的抗蟲蛋白毒死了昆蟲，而細菌的抗蟲蛋白是細菌的抗蟲基因產生的。那么把細菌的這個基因轉入植物，插入到植物的基因組中，細菌的基因就成了植物的基因，那么植物就可以抗蟲。

　　轉基因植物、動物、微生物介紹

　　01

　　轉基因抗蟲棉花、抗蟲玉米、抗蟲水稻

　　昆蟲屬于動物。動物按界、門、綱、目、科、屬、種分類。昆蟲是動物界，節肢動物門，昆蟲綱，下面分為幾十個目，其中鱗翅目是農業的主要害蟲。鱗翅目的成蟲，就是我們常見的蛾與蝶。蛾丑陋，我們憎惡；蝶美麗，我們喜愛。可是蛾與蝶都是害蟲，一只蛾或者蝶，要產幾百顆卵，卵孵化為幼蟲，幼蟲蛀食我們的農作物。棉鈴蟲、玉米螟、水稻螟，都是鱗翅目害蟲。

　　有一種細菌，叫蘇云金桿菌。蘇云金是德國的一個地名，100年前在那里發現了這種桿狀的細菌，就用地名命名細菌的名。蘇云金桿菌英語縮寫為Bt。它產生一種蛋白質，叫Bt蛋白，可以毒死鱗翅目害蟲，因此被制成生物農藥，但是藥效期只有3天，需要一遍遍噴灑，這就增加了勞動成本和投資成本，反而不如噴灑化學農藥成本低。

　　Bt蛋白是由Bt基因產生的，那么把Bt基因轉入棉花、玉米、水稻，這些轉基因作物就會產生Bt蛋白。在鱗翅目昆蟲腸道里，Bt蛋白與腸道壁上的糖蛋白結合，發生一系列變化，導致昆蟲腸穿孔而死，這便可以大大節省農藥費用，同時減少農藥污染。

　　Bt蛋白對人和動物無毒，因為人和動物的腸道壁上沒有那種糖蛋白，而且人和動物的十二指腸內的蛋白酶可以把Bt蛋白分解為氨基酸而被十二指腸吸收。

　　化學農藥污染環境，并且害蟲還會產生抗藥性，于是農藥的劑量就越用越大，那么害蟲的抗藥性就會越來越強，這就形成惡性循環。1992年，河南省棉鈴蟲大爆發，農藥根本壓制不住害蟲。蟲口密度是往年的30倍，2000萬畝棉花平均減產35%，其中50萬畝絕收，棉花收入減少14億元，而農藥投資16億元，農民打藥中毒20萬人次，棉鈴蟲還為害玉米、大豆、花生、蔬菜1.8億畝。對此，我采寫了5000字的長篇通訊，標題叫《蟲禍》，刊登在1993年2月24日《河南日報》上。

　　1998年，我國開始推廣轉基因抗蟲棉，抗的是棉鈴蟲，那個時候沒有人反對轉基因，所以推廣很快。我國常年種植5000多萬畝棉花，其中90%以上是轉基因抗蟲棉，因為抗蟲，所以避免減產，避免減產就是增產，每畝比非轉基因棉增產25%以上。

　　轉基因棉花之后，我國也育成了轉基因抗蟲玉米、轉基因抗蟲水稻，但是由于反對聲浪洶洶，一直未能推廣。我國常年種植5億畝玉米， 4.5億畝水稻，如果推廣轉基因，每年至少可以增加1萬億元效益。

　　轉基因農作物于1996年在美國開始種植。據2016年的統計數據，全球28個國家種植了28億畝轉基因作物，占世界耕地面積12%。

　　02

　　轉基因抗病毒番木瓜

　　番木瓜生長在南方，也長在樹上，很好吃，明朝末年從東南亞傳入我國的。番木瓜之“番”，指的是番邦，明朝把東南亞稱為番邦。

　　番木瓜很容易也很經常感染病毒病，感染以后，幾乎絕收。農藥只能防治真菌、細菌疾病，防治不了病毒病，而轉基因可以讓番木瓜不感染病毒病。

　　病毒比細菌還小，只有細菌的1%大小。在自然環境下，病毒能存活，但不能復制，它必須侵入細菌、真菌、植物、動物的細胞里才能復制，復制得多了就導致疾病。人類防治病毒病，最好的辦法是接種疫苗。病毒疫苗就是死病毒的蛋白，那么疫苗本身是不會致病的。接種疫苗以后，人的免疫系統就識別了這種病毒蛋白，當外界的這種病毒侵入人體，人體的免疫細胞就將其消滅。

　　植物沒有免疫系統，但具有免疫機制，防止植物的病毒病也可以模仿人類接種疫苗，但是一棵一棵接種疫苗太費人工，接種疫苗的速度趕不上病毒侵入的速度，等把一塊地的農作物接種完疫苗，病毒病早已蔓延開了，所以給植物接種疫苗是不現實的。

　　防止植物病毒病必須用轉基因的方法。先看看病毒在植物細胞內是怎樣復制的。病毒的結構是蛋白質外殼包裹著基因組，基因組就是所有的基因。病毒復制之前，基因組與蛋白質外殼分離，然后基因組的一個基因產生復制酶，那么這個基因就叫復制酶基因。復制酶基因產生的復制酶，催化病毒基因組和蛋白質外殼分別不停地復制，復制后又不停地組合，組合成更多新的病毒，再侵入更多的細胞，從而造成病害。轉基因番木瓜抗病毒的原理是：把病毒基因組的復制酶基因轉入番木瓜細胞的基因組，因為轉入的只是復制酶基因而不是病毒的基因組，所以番木瓜并不染病；病毒的復制酶基因轉入番木瓜細胞，就成了番木瓜的基因，不再是病毒的基因，猶如“藍軍”戰士加入“紅軍”隊伍；當病毒侵入番木瓜細胞后，這個復制酶基因就阻止病毒基因組的復制酶基因發揮作用，那么病毒就不能復制，不能復制就不能致病；轉入番木瓜的復制酶基因（內源基因）阻止侵入番木瓜的病毒基因組的復制酶基因（外源基因）發揮作用，這叫“基因沉默”，沉默是因為內源、外源兩個基因結構相同。沉默的機制很復雜，細說艱深，簡單而通俗地說就是“相克”，是“內源基因外源基因結構相同而相克”。

　　美國夏威夷1998年以前，中國南方2006年以前，病毒病常常導致番木瓜大面積絕收。推廣轉基因以后，番木瓜年年豐產豐收。

　　轉基因抗病毒的作物還有辣椒、煙草，不再細說。

　　03

　　轉基因抗草甘膦大豆

　　轉基因抗草甘膦大豆是美國最先培育的。

　　草甘膦是美國孟山都公司研發的一種除草劑。在除草劑家族中，草甘膦用量最大、效果最好、毒性最低、價格最低，深受各國農民歡迎。中國是草甘膦生產大國，生產量大約是孟山都的兩倍。據2014年的數據，我國生產草甘膦大約45萬噸，自用大約1/5，出口大約4/5。全球60%的草甘膦用于非轉基因作物，40%用于轉基因作物。

　　草甘膦除草的原理，是抑制植物合成某些氨基酸的酶的活性，從而阻止這些氨基酸合成。氨基酸組成蛋白質，蛋白質是細胞的主要成分，氨基酸合成阻斷了，蛋白質也不能合成了，那么新的細胞就不能產生，于是植物就死亡了。土壤農桿菌也有這種酶，卻能抵抗草甘膦，把控制這種酶的農桿菌基因轉入農作物，農作物就可以抗草甘膦，那么草甘膦就只能除草，而不影響轉基因作物生長。這樣，在轉基因作物農田噴灑草甘膦就不必投鼠忌器，可以機械噴灑甚至飛機噴灑，從而大大節省勞動力。

　　草甘膦毒性很低，據動物實驗，其毒性僅相當于食鹽。草甘膦在自然環境中分解很快，幾天就幾乎分解完了，微乎其微的沒有被分解的分子才是殘留，殘留是很低的。聯合國糧農組織和世界衛生組織下屬的“國際食品法典委員會”制定的標準，是每公斤大豆允許殘留草甘膦20毫克，但是實際上經過入庫、運輸、加工，到食用時殘留只有0.2毫克，這是因為大豆殘留的草甘膦在儲運過程中每10天1個半衰期，也就是每10天減少一半，比如，從8減到4，從4減到2，從2減到1。正因為殘留很低，而且其毒性也很低，以至沒必要檢測。

　　草甘膦毒性如此低，卻被“國際癌癥研究組織機構”在2015年評估為“很可能致癌”，但是更多國際機構和各國的機構認為草甘膦不致癌。

　　“國際癌癥研究組織機構”對致癌物的評估過程不透明、不公開，因而長期以來備受科學界質疑。終于，新聞界對其評估過程進行了調查。2017年10月19日，路透社發表調查報告，從6個方面指出“國際癌癥研究組織機構”對草甘膦原始評估報告做了篡改。

　　“國際癌癥研究組織機構”2015年還把豬肉、牛肉、羊肉等紅肉評估為“很可能致癌”，這與草甘膦同級。世界人民不會因此不吃肉，各國政府也不會因此禁用草甘膦。如果不用草甘膦，就得用別的除草劑，而目前別的除草劑安全性均不如草甘膦，如果什么除草劑都不用，就得回到“鋤禾日當午，汗滴禾下土”的時代。

　　抗草甘膦轉基因作物，還有玉米、油菜等等。

　　04

　　黃金大米

　　第二代黃金大米轉的是玉米的八氫番茄紅素合成酶基因，可以提高胡蘿卜素含量，胡蘿卜素是黃色的，大米就是黃色的，所以叫黃金大米。胡蘿卜素在人體內可以轉化為維生素A，轉化率為12︰1。維生素A是視網膜細胞所必需，缺乏維生素A就會患夜盲癥，長期嚴重缺乏就會失明。維生素A存在于肉類食品和深色蔬菜中，可是世界上許多以大米為主食的貧困地區缺乏蔬菜和肉類，如果進食黃金大米，就可補充維生素A。

　　05

　　轉基因植酸酶玉米

　　轉基因植酸酶玉米是中國培育的。植酸酶這個詞需要解釋，先要解釋植酸。植酸就是“植物的酸”，存在于玉米的籽粒之中。植酸之中含有磷酸，磷酸的磷是人和動物不可或缺的，但是人和動物吃了玉米卻不能分解植酸，也就不能利用植酸里的磷。

　　轉基因植酸酶玉米，就是把曲霉菌的產生植酸酶的基因轉入玉米，那么玉米就具有了植酸酶，就可以把植酸分解，釋放出磷，滿足人和畜禽需要。

　　06

　　其他轉基因作物

　　轉基因土豆主要有三種：抗病的；抗褐變的；低天冬酰胺的。天冬酰胺是一種氨基酸，薯條油炸后天冬酰胺轉變為致癌物丙烯酰胺，轉基因降低天冬酰胺含量，致癌物丙烯酰胺也就降低了。

　　轉基因油菜兩種：抗蟲的，抗除草劑的。

　　轉基因甘蔗兩種：抗蟲的，抗除草劑的。

　　轉基因甜菜兩種：抗蟲的，抗除草劑的。

　　這些轉基因作物中國都沒有種植。

　　07

　　轉基因魚

　　中國有轉基因鯉魚，但是沒有商業化養殖。轉基因鯉魚是把草魚的生長激素基因轉入鯉魚的DNA之中，讓鯉魚的生長速度快一倍。動物都有生長激素，人也有。沒有生長激素就不長個，孩子如果不長個，需要去醫院定期注射生長激素，一年需要幾萬元。生長激素是一種蛋白質，凡是蛋白質都是基因產生的，所以轉基因可以增加生長激素。草魚比鯉魚長得快，所以可以把草魚的生長激素基因轉入鯉魚。

　　美國的轉基因三文魚，2017年開始商業化養殖。轉基因三文魚是轉入了另一種魚的生長激素基因，又轉入了第三種魚的抗凍蛋白基因，這樣，轉基因三文魚不僅在春夏秋長得快，在冬天也能較快生長。原來需要生長三年，現在只需要生長一年半。

　　若要防止轉基因魚與非轉基因魚雜交，可以進一步把轉基因魚培育成三倍體魚，三倍體魚就像三倍體無籽西瓜一樣不能繁殖。魚是二倍體，二倍體就是具有兩套染色體，產生的精子、卵子各有一套染色體。可以讓二倍體魚的染色體加倍，加倍以后就是四倍體，四倍體的精子、卵子各有兩套染色體。四倍體與二倍體雜交，后代就是三倍體。三倍體無法產生精子、卵子，所以不育。父本、母本的染色體必須是偶數倍數，才能產生精子、卵子。

　　08

　　轉基因微生物生產的藥品

　　轉基因微生物生產的藥品很多，只介紹產量最大的兩種：乙肝疫苗和胰島素。現在全世界用的乙肝疫苗、胰島素，都是轉基因的。

　　乙肝疫苗就是滅活的乙肝病毒，滅活的就是死的。先要生產活的，然后滅活。以前是用血液培養活的病毒，成本很高。后來把病毒基因轉入酵母菌，大量繁殖酵母菌，然后提取病毒，成本很低。

　　胰島素是一種蛋白質。原來從牛、豬的胰臟提取胰島素，成本很高，而且副作用大，因為牛、豬的胰島素和人的胰島素差了一個氨基酸。后來把人的胰島素基因轉入大腸桿菌，大量繁殖大腸桿菌，從中提取的胰島素，和人的胰島素一模一樣，沒有任何副作用。把人的胰島素基因轉入大腸桿菌，不是從人身上提取基因，而是人工合成這個基因。因為它們是化學分子，所以可以化學合成。

　　09

　　基因編輯技術培育的農作物

　　轉基因技術方興未艾，基因編輯技術又嶄露頭角。基因編輯的工具是一種酶，這種酶去掉DNA的一個基因就像一支筆抹掉文章中的一句話一樣，所以叫基因編輯。

　　美國利用基因編輯技術，去掉普通玉米的直鏈淀粉基因，保留支鏈淀粉基因，從而培育出新型糯玉米。糯即黏，黏糯就是因為支鏈淀粉的緣故。支鏈淀粉的分子結構如分叉的樹枝，一堆樹枝糾纏在一起扯拽不開，所以黏糯。

　　基因編輯可以和轉基因相結合，去掉不好的基因，增加好的基因，培育更好的農作物品種和動物品種。

　　現場聽眾關于轉基因的提問

　　提問1：西瓜有三倍體，轉基因魚有三倍體，騾子是不是三倍體？

　　答：不是。不育的三倍體，與可育的二倍體、四倍體都是同一個物種。騾子、馬、驢是三個物種。馬的染色體64條，其精子、卵子是32條染色體；驢的染色體62條，其精子、卵子是31條染色體；那么騾子就是63條染色體。植物、動物的染色體必須是偶數，才能產生正常的精子、卵子。騾子的染色體不是偶數，所以不能產生正常的精子、卵子，也就不能生育。

　　提問2：美國的轉基因三文魚賣到中國了沒有？

　　答：沒有。若要賣給中國，需要中國政府批準，我國還沒有批準。再說了，商業化養殖剛開始，產量不大，據報道，在美國、加拿大才賣了幾千公斤。

　　提問3：我來晚了，前面沒聽。我想問的是轉基因食品吃多了，轉基因在體內會不會積累？累積多了會不會有害？

　　答：我前面講過，基因、轉基因都是有機大分子，腸道不能直接吸收，被酶分解為核苷酸才能被吸收，而且核苷酸又被酶進一步分解。分解了，就不是基因、轉基因了。如果不被分解，就排出體外了。食品中的有機大分子，如蛋白質、脂肪、淀粉、核酸（基因、轉基因屬于核酸）不可能都被酶分解，殘余的沒被分解的都被排出體外了，那么就不可能在體內積累。你把食品中的有機大分子與可被腸道吸收的某些藥品、某些農藥的分子混淆了，比如已經停止生產的農藥DDT，就可以被腸道吸收，在體內積累。基因、轉基因不會的。

　　提問4：轉基因大豆油價格便宜，是不是品質不好？

　　答：轉基因大豆油價格便宜，是因為轉基因大豆生產成本低，銷售價格低，出油率高。為什么呢？①美國、巴西、阿根廷種植轉基因大豆的農場機械化程度高，用人少，所以成本低；②我國的非轉基因大豆需要寬行種植以便機械除草，而抗除草劑的轉基因大豆無需機械除草那就可以窄行密植而提高產量；③美國財政對大豆補貼高；④我國的非轉基因大豆出油率只有17%，而轉基因大豆出油率高達21%。轉基因大豆油與非轉基因大豆油在品質上沒什么差別，所含飽和脂肪酸、油酸、亞油酸、亞麻酸基本一致。轉基因大豆只是比非轉基因大豆多了1個基因分子，1個蛋白質分子，這個基因、這個蛋白所占比例微不足道，而且不在油里，是在豆粕里，可以被動物的消化酶分解，被腸道吸收。所有轉基因農產品與非轉基因農產品實質上都是一樣的，這就是“實質等同”原則。

　　提問5：中國有非轉基因大豆，為什么要進口轉基因大豆？

　　答：因為我國的非轉基因大豆不夠用，不得不進口轉基因大豆。我國食用油的44%是大豆油；所有飼料都需要添加15%的豆粕，豆粕蛋白質含量高，沒有豆粕，畜禽的營養就不夠。2016年我國需要大豆9700萬噸，國產非轉基因大豆只有1300萬噸，那就必須進口8400萬噸轉基因大豆。全世界非轉基因大豆產量5400萬噸，刨掉我國的1300萬噸，剩下4100萬噸，把非轉基因大豆都買進來也不夠我國消費，何況其生產國也要消費的。所以我國只能進口轉基因大豆。全世界轉基因大豆產量2.8億噸，是非轉基因大豆的5倍，而且價格便宜。許多國家都進口轉基因大豆，歐盟也要每年進口1100多萬噸轉基因大豆，還要進口1500多萬噸轉基因豆粕。有人會說：我國可以擴大非轉基因大豆、花生、油菜面積。可是，我國沒有閑置的耕地，若擴大油料作物面積，就得減少糧食作物面積，減不得的，我國也是糧食凈進口國，每年凈進口谷類1000多萬噸，其中小麥、玉米、大米各有幾百萬噸。農業連年增產，仍不能完全滿足糧食需求。雖然人均吃糧沒增加，但是人均吃肉、蛋、奶、魚卻年年增長，這些都是糧食轉化的。1斤豬肉需要3斤飼料，1斤雞肉需要2斤飼料， 1斤雞蛋需要2.5斤飼料。人口多，耕地少，生活好，咋能不進口糧食呢？這等于讓人家給我們種地，有什么不好呢？

　　提問6：農業的發展方向是什么？是有機農業還是轉基因農業？

　　答：關于農業發展方向，要從1840年說起。那一年德國化學家李比希推翻了土壤腐殖質營養學說，提出土壤無機質營養學說。腐殖質主要是植物腐爛以后形成的，其實就是土壤有機質。在李比希之前，許多科學家都認為農作物吸收有機質作為營養。李比希通過試驗證明，農作物不能吸收土壤有機質，有機質只能使土壤疏松，農作物只能吸收土壤無機元素，吸收最多的是氮、磷、鉀，給土壤增加氮、磷、鉀就能增產。李比希的理論逐漸被科學界接受。第一次世界大戰前后，氮、磷、鉀化肥工業發展起來。第二次世界大戰前后，農藥工業發展起來。化肥和農藥增加了農業產量