由清華大學、南都公益基金會主辦的東潤創新與未來教育論壇于2016年(nián)12月(yuè)18日在北(běi)京舉行，此次論壇的主題是“科學創新改變未來”。杜克大學生(shēng)物(wù)系教授董欣年(nián)出席并演講。
她表示，目前為(wèi)止，世界上(shàng)隻有43種主要的農業(yè)植物(wù)，還(hái)有9種牲畜，加上(shàng)75億人，就(jiù)占據了世界土(tǔ)地面積的39-50%。光(guāng)是小(xiǎo)麥一(yī)種作物(wù)，種植面積就(jiù)是英國(guó)國(guó)土(tǔ)面積的十倍。所以農業(yè)的發展是造成其它物(wù)種絕滅的重大原因之一(yī)，農業(yè)發展也是環境污染主要的原因之一(yī)。
以下(xià)為(wèi)董欣年(nián)教授主旨演講實錄：
感謝東梅和東升邀請我參加這個(gè)論壇。我要講的題目非常大，應該是農業(yè)部長(cháng)和環保局長(cháng)談的事(shì)。但是我要加一(yī)個(gè)備注，這隻是我的井蛙之見(jiàn)，也沒有任何的政治成分在裡(lǐ)面。
衆所周知農業(yè)發展在人類社會(huì)發展中是一(yī)個(gè)非常重大的裡(lǐ)程碑。一(yī)萬年(nián)以前，中東這個(gè)地方開(kāi)始有了農業(yè)。隻有農業(yè)發展了，才有了私有财産，才有了部落、村(cūn)莊，城(chéng)市(shì)和國(guó)家，才有了窮富的差别。一(yī)萬多(duō)年(nián)的發展，現在的農業(yè)要解決世界上(shàng)75億人口的溫飽問題，光(guāng)我們中國(guó)就(jiù)有13.8億人，所以大家可以想象，農業(yè)發展是人類社會(huì)發展的一(yī)個(gè)重要的因素。
但是農業(yè)發展從(cóng)一(yī)開(kāi)始就(jiù)是和物(wù)種的多(duō)樣性背道而馳的。 所謂農業(yè)，實際上(shàng)就(jiù)是選擇很少幾個(gè)物(wù)種，把它馴化。到(dào)目前為(wèi)止，世界上(shàng)隻有43種主要的農業(yè)植物(wù)，還(hái)有9種牲畜，加上(shàng)75億人，就(jiù)占據了世界土(tǔ)地面積的39-50%。光(guāng)是小(xiǎo)麥一(yī)種作物(wù)，種植面積就(jiù)是英國(guó)國(guó)土(tǔ)面積的十倍。所以農業(yè)的發展是造成其它物(wù)種絕滅的重大原因之一(yī)。
農業(yè)發展也是環境污染主要的原因之一(yī)。 農藥和化肥的使用在過去50年(nián)之内增加了24倍。 農藥和化肥不光(guāng)是污染當地的土(tǔ)壤和水(shuǐ)源，而且可以通(tōng)過大氣傳播，造成遠(yuǎn)距離的污染。 空氣污染，大家都可以看(kàn)到(dào)聞到(dào)。但是對于水(shuǐ)的污染，對土(tǔ)壤的污染，不容易看(kàn)見(jiàn)聞著(zhe)。治理水(shuǐ)和土(tǔ)壤是非常長(cháng)期的一(yī)個(gè)任務。所以農業(yè)對人類健康的影響是全面的。
剛才我隻是說了壞的方面。從(cóng)好的方面講，農業(yè)是人類健康的基礎。我們從(cóng)食物(wù)中間不光(guāng)攝取能(néng)量，也獲取營養。現在年(nián)輕的孩子不知道，我們小(xiǎo)時候因為(wèi)吃(chī)的東西(xī)比較貧乏，家長(cháng)都會(huì)給我們吃(chī)魚肝油。魚肝油是什麽呢(ne)？就(jiù)是用來提供維生(shēng)素A的補充品。像維生(shēng)素這樣的東西(xī)，人類自(zì)己是不能(néng)生(shēng)成的，必須從(cóng)食物(wù)裡(lǐ)攝取。東南(nán)亞國(guó)家是以吃(chī)大米為(wèi)主。因為(wèi)大米是非常缺乏營養的主食，造成世界上(shàng)每年(nián)有一(yī)億九千萬兒童得維生(shēng)素A缺乏症。我當時看(kàn)到(dào)這個(gè)數字以後，都不敢相(xiàng)信，這個(gè)是真的嗎(ma)？這是個(gè)非常大的健康問題，每年(nián)世界上(shàng)有67萬人死于維生(shēng)素A缺乏症，25萬失明。
要解決以上(shàng)提到(dào)的這些問題，我們必須發展新的農業(yè)技(jì)術(shù)，而當今的農業(yè)技(jì)術(shù)主要是轉基因植物(wù)。大家都知道這是個(gè)特别敏感的問題，關于轉基因的争論，一(yī)方面直接關系到(dào)國(guó)家的政治和經濟利益，另一(yī)方面是關系到(dào)大衆的科普教育。為(wèi)什麽關系到(dào)國(guó)家的政治和經濟利益呢(ne)？因為(wèi)中國(guó)是世界農業(yè)第一(yī)大國(guó)，2015年(nián)中國(guó)的農業(yè)産出是印度的2倍，是美國(guó)的3倍。所以在中國(guó)做農業(yè)基礎研究是關系到(dào)國(guó)計民(mín)生(shēng)和國(guó)家安全的頭等大事(shì)。
農業(yè)帶來的這些矛盾，怎麽解決呢(ne)？第一(yī)就(jiù)是要提高(gāo)農産品的産量，在最小(xiǎo)的耕地面積裡(lǐ)，獲得最大的産出。這樣我們就(jiù)可以把多(duō)餘的農田還(hái)給自(zì)然。這個(gè)方面已經做了很多(duō)年(nián)了。第一(yī)次重大的進步是在上(shàng)世紀70年(nián)代的“綠色革命”。當時的領軍人物(wù)Dr. Norman Borlaug獲得了諾貝爾和平獎。他是美國(guó)的植物(wù)學家，在洛克菲勒基金會(huì)的支持下(xià)在墨西(xī)哥發現了矮稈高(gāo)産抗病的小(xiǎo)麥品種。“綠色革命”之前，美國(guó)要進口50%的小(xiǎo)麥，之後美國(guó)轉為(wèi)出口小(xiǎo)麥。福特基金會(huì)和洛克菲洛基金會(huì)還(hái)支持了在菲律賓的國(guó)際水(shuǐ)稻研究所的工(gōng)作，在同時期發現了産量增加近十倍的矮杆水(shuǐ)稻。當時還(hái)不知道這些矮杆植物(wù)的分子機(jī)理。 近些年(nián)的基礎研究發現，它們是生(shēng)長(cháng)激素的突變體。由于這種突變，矮小(xiǎo)的植物(wù)可把用來生(shēng)長(cháng)的能(néng)量來結種子，造成産量顯著的增高(gāo)。
除了提高(gāo)農産品的産量，第二個(gè)是要改良農産品的質量。我剛才說了，大米實際上(shàng)是很沒有營養的主食。我們要解決吃(chī)大米的人維生(shēng)素A缺乏這個(gè)問題，一(yī)個(gè)辦法就(jiù)是讓大米能(néng)夠生(shēng)成維生(shēng)素A的前體胡蘿蔔素。水(shuǐ)稻裡(lǐ)沒有産生(shēng)胡蘿蔔素的生(shēng)化途徑裡(lǐ)需要的三個(gè)酶。這三個(gè)酶的基因要從(cóng)其它的植物(wù)和微生(shēng)物(wù)中克隆出來，通(tōng)過多(duō)步轉基因才能(néng)夠讓水(shuǐ)稻生(shēng)産胡蘿蔔素。所以這個(gè)工(gōng)作做了很長(cháng)的時間，最後終于成功了。
可以産生(shēng)胡蘿蔔素的轉基因水(shuǐ)稻，因為(wèi)它的顔色是金黃色的，所以叫“黃金水(shuǐ)稻”。我昨天想了想，實際上(shàng)“黃金水(shuǐ)稻”和金錢(qián)一(yī)點關系都沒有，我覺得這個(gè)名字是不合适的。因為(wèi)它是用來解決貧窮的孩子們維生(shēng)素A缺乏的問題，叫它“金黃色水(shuǐ)稻”更貼切。
“金黃色水(shuǐ)稻”的工(gōng)作開(kāi)始的時候是由洛克菲洛基金會(huì)支持的，後來又(yòu)得到(dào)了比爾&瑪琳達蓋茨基金會(huì)的贊助， 由瑞士和德國(guó)的三個(gè)科學家完成。他們的發現雖然在2001年(nián)就(jiù)已發表了，但由于政治上(shàng)和經濟上(shàng)的原因，“金黃色水(shuǐ)稻”至今還(hái)沒有真正應用。16年(nián)已經過去了，多(duō)少孩子由于維生(shēng)素A缺乏而死去。這些發明“金黃色水(shuǐ)稻”的科學家在我心裡(lǐ)是英雄。他們為(wèi)了推行“金黃色水(shuǐ)稻”，不得不變成了社會(huì)活動家。由于他們的努力，“金黃色水(shuǐ)稻”最近獲得了教皇的支持。“金黃色水(shuǐ)稻”是用轉基因技(jì)術(shù)改造農産品的質量的最好例子。
另外一(yī)個(gè)影響環境的問題，就(jiù)是農藥和化肥。因為(wèi)植物(wù)和我們人一(yī)樣，也得病。于是就(jiù)有了農藥。降低(dī)農藥用量和減少對環境造成的污染的一(yī)個(gè)辦法就(jiù)是提高(gāo)作物(wù)自(zì)己的抗病性、抗蟲性、抗逆性。從(cóng)最近美國(guó)農業(yè)部的數據可以看(kàn)到(dào)，美國(guó)從(cóng)1996年(nián)開(kāi)始在大田裡(lǐ)種植抗雜(zá)草(cǎo)的轉基因大豆，抗雜(zá)草(cǎo)和抗蟲的棉花和玉米。這20年(nián)裡(lǐ)，這些轉基因作物(wù)的種植面積不斷增加，到(dào)現在為(wèi)止美國(guó)幾乎所有的大豆，80-90%的玉米和棉花都是轉基因植物(wù)。我們也知道中國(guó)從(cóng)美國(guó)進口很多(duō)的大豆。
經過20年(nián)的大田實踐，到(dào)現在為(wèi)止還(hái)沒有發現這些轉基因植物(wù)對人類或者動物(wù)有任何負面的影響。恰恰相(xiàng)反，這些轉基因植物(wù)的出現使美國(guó)的農藥，除草(cǎo)劑，除蟲劑的用量大幅度降低(dī)，對環境保護和生(shēng)物(wù)多(duō)樣性的恢複起了很大的正面作用。還(hái)忘了說一(yī)下(xià)，今年(nián)有107個(gè)諾貝爾獎獲得者聯名寫信給綠色和平組織支持對轉基因植物(wù)的研究和施行。
轉移因植物(wù)不光(guāng)用來抗蟲抗雜(zá)草(cǎo)，抗病也是一(yī)個(gè)重要方向。這從(cóng) 2013年(nián)在《科學》雜(zá)志(zhì)上(shàng)發表的表格上(shàng)看(kàn)，在過去一(yī)些年(nián)裡(lǐ)，有不少抗病基因通(tōng)過轉基因技(jì)術(shù)轉到(dào)了不同的作物(wù)裡(lǐ)。我想給大家看(kàn)一(yī)個(gè)例子，就(jiù)是1997年(nián)批準使用的抗病毒的轉基因木(mù)瓜。這照(zhào)片裡(lǐ)的木(mù)瓜樹，已長(cháng)了多(duō)年(nián)，但感染了病毒。大家不用我說就(jiù)知道哪個(gè)是抗病的轉基因植物(wù)，哪個(gè)是非轉基因植物(wù)。 因為(wèi)前面這片非轉基因木(mù)瓜， 全部死亡。 後面是轉基因木(mù)瓜，全部成活，能(néng)夠抗病毒。所以我們需要擔心的糧食安全問題，實際上(shàng)是和農業(yè)本身的本質問題有關，不是轉基因技(jì)術(shù)帶來的。
剛才我說的這些例子都是轉一(yī)個(gè)抗體，抗一(yī)種病。這樣做起來每一(yī)個(gè)産品要花很長(cháng)的時間，所以我的實驗室一(yī)直在研究植物(wù)的廣普抗性。這廣普抗性不是一(yī)個(gè)蛋白(bái)能(néng)夠造成的，要表達很多(duō)蛋白(bái)才能(néng)得到(dào)廣普抗性，但表達這麽多(duō)抗性蛋白(bái)會(huì)影響植物(wù)生(shēng)長(cháng)。你看(kàn)我這照(zhào)片裡(lǐ)中間的植物(wù)，雖然有很高(gāo)的廣譜抗性，但是它長(cháng)的非常小(xiǎo)，它的産量也非常低(dī)，不能(néng)用于農業(yè)。要解決這個(gè)問題，我們現在在研究怎麽讓植物(wù)隻在被病菌感染的瞬息表達廣普抗性的蛋白(bái)，而不是老在表達這些蛋白(bái)。通(tōng)過這種瞬息表達的技(jì)術(shù)我們可以讓作物(wù)有廣譜抗病性，但是它們的生(shēng)長(cháng)和非轉基因植物(wù)一(yī)樣好。所以我們覺得像這種基礎研究的結果可用到(dào)作物(wù)上(shàng)面來降低(dī)農藥的用量，對環保很有意義。
我在結束之前，想跟大家分享我今年(nián)夏天在杜克森林裡(lǐ)照(zhào)的野花照(zhào)片集錦。去過的人都知道杜克大學是一(yī)個(gè)森林裡(lǐ)的學校，擁有七千多(duō)英畝的森林。可很多(duō)人不知道這七千多(duō)英畝的森林在一(yī)百年(nián)前是農田。當時這片地是用來種棉花的。經過很多(duō)年(nián)的棉花種植，造成嚴重的土(tǔ)壤貧瘠，使得收成越來越低(dī)。到(dào)了1920年(nián)左右，就(jiù)基本上(shàng)不能(néng)有任何收獲了。所以這片荒廢了的土(tǔ)地被杜克大學買了下(xià)來，種了松樹和橡樹。一(yī)百年(nián)來，杜克森林成了氣候，是科研和休閑的好地方，也是一(yī)個(gè)把農田還(hái)給自(zì)然的一(yī)個(gè)很好的例子。我希望以後随著(zhe)農業(yè)的發展，我們可以把更多(duō)的過去用來喂我們吃(chī)飯用的土(tǔ)地還(hái)給自(zì)然，讓物(wù)種再豐富起來。謝謝。
個(gè)人簡介
董欣年(nián)
1982年(nián)武漢大學生(shēng)物(wù)學系畢業(yè)之後赴美深造。1988年(nián)在芝加哥的美國(guó)西(xī)北(běi)大學獲得分子生(shēng)物(wù)學博士學位。自(zì)2007年(nián)至今，董欣年(nián)在杜克大學任文理學院生(shēng)物(wù)學傑出教授。2011年(nián)，董欣年(nián)成為(wèi)美國(guó)霍華德•休斯醫(yī)學研究所研究員(yuán)，同年(nián)入選美國(guó)科學促進會(huì)，2012年(nián)當選美國(guó)國(guó)家科學院院士，2013年(nián)加入美國(guó)微生(shēng)物(wù)學會(huì)，同年(nián)當選武漢大學傑出校友(yǒu)。