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2008-12-04

生物技术对国际贸易、人类健康和环境的影响

 

    美国农民将其生产的近一半的大豆用于出口,因此满足世界各地客户的需求对我们至关重要。我们在世界各地的客户(食品生产者)要尽力去满足他们的客户不断变化的需要,于是他们同我们联系(并通过我们转达到各大豆种子公司),告诉我们其对新的大豆品种的需要,以满足新的食品和饲料产品各方面性能的需要,以及达到政府主管部门对食品的新的要求,其中包括含大豆的更安全更健康的食物,货架期更长的食物、用生物降解材料包装的食物以及能够生产更健康更安全的肉制品的原料产品。
    源自生物技术的大豆与其它谷物在1996年引入商业化以来,就一直是争论的主题。支持者关注其许多潜在益处。反对者则关注其潜在缺陷。产生争论的中心集中在欧盟,至今,欧盟已经批准实施对含有这些作物成分的食品加注特别标识。在这场争论中,欧盟一直是世界上美国大豆的最大买家。在我们于2002年9月30日结束的市场年度中,美国大豆业连续第3年创造大豆出口的最高记录。而且,我们对欧盟的大豆出口总量增长了近13%,而上一年度增长了14%。
    因此,欧盟实际上已决定进口比以往更多的美国大豆,与此同时又轰轰烈烈地公开讨论大豆和其它源于生物技术的作物。然而,许多公开的争论常常忽略了生物技术作物品种当前已知的和预计未来对人类和牲畜营养方面的影响。本文将试图总结那些已知的和未来可能的营养方面的影响。
    增强了食品安全
    1960年,我还是个小孩,生活在农场。当时,我父亲所能种植的庄稼在品种上没有什么选择。育种公司通常只能提供一个能较大程度上抵御被称作头部疮痂病霉菌(Fusarium镰刀菌)病的小麦品种。能抗锈斑病这种霉菌病的燕麦品种也不多。我们种植的其它庄稼也受相似的霉菌病折磨。甚至在得到能抵御霉菌的谷物品种时,我们就都知道这只能在短期内维持,之后霉菌病又得以适应并对该品种进行侵袭。我们只能寄希望于州农业大学的作物育种人员能在现有品种感染相应的霉菌病之前开发出新的抗病品种来。那时,我父亲在庄稼上施用当时可以弄到的除草剂,这往往会导致庄稼明显减产或受损(庄稼生长迟缓/成熟期延后数周)。这样一来,除草剂施用的最大数量就常常限制在最佳杂草控制效果以下的剂量。
    那时的谷物品质差异主要受限于:
    1.杂草种子的数量----有些种子是有毒的,因为所有农民都亲眼见过牲畜在食用有些常见的杂草后染病。这些草籽大小同谷粒差不多,筛选出来非常困难,因此那时的农民就无法出售混有较大数量有毒草籽的谷物。
    2.边际蛋白质含量的变化----这些变量往往不受农民的控制(如仅取决于生长期的天气)。
    只有当时最大胆的幻想者才敢于想像有朝一日,人类能够通过向植物体内植入一种来自土壤细菌(如Bacillus thuringiensis)的基因来避免霉菌给庄稼造成损失,通过向植物体内植入来自该植物本身的倒序基因来改善作物内在的食物品质/价值、或者通过向植物体内植入基因去生成新的酶以抵抗有效的除草剂来大幅降低有毒/致敏草籽出现在庄稼中。而这就是我们目前所处的时代----通过生物技术的进步,拥有具有抗病的和食品安全/品质得以改善的作物品种。
    但是,谁都未曾想到这些进步会遇到目前西欧一些人提出的消费顾虑,也完全没有想到这些顾虑是基于所谓的在全世界人口吃饭的问题上生物技术可能比其它选择更具风险的说法。当前的这些选择是什么呢?为何有些人如此担心这个新技术,以至于有些国家立法要求对源于生物技术的食品加贴标识?
    首先,一项对当前农业生产方式进行的调查揭示,生物技术出现之前生产的食品在其育种和生产过程中有时会有许多内在的风险。西欧一些激进团体担心生物技术方法可能会由于某种未知的原因比所谓的“常规植物育种”方法更具风险,因此他们反对新的源于生物技术的作物,但是他们的反对是不正确的。既然难以理解为什么有人为继续采用这些对抗病或品质改善作用有限的生产方式进行辩护,那么,研究这些激进团体普遍认可的食用作物育种/生产的主要方式对我们来说非常有价值。这些方式就是“传统植物育种”和无杀虫剂(有机)耕作。
    联合国粮农组织(FAO)指出,全球食用粮食作物每年有25%被霉菌毒素污染。这与Mannon和Johnson在1985年所发现的情况相似。霉菌毒素是一组由某种真菌产生的毒素(代谢物),这种真菌能感染一些粮食作物(如玉米)。这些霉菌毒素中最主要的是黄曲霉毒素B1,它是目前人类已知的最具致癌性的物质。黄曲霉毒素在奶牛食入后迅速出现在牛奶中,因此人们从牛奶和粮食中都会摄入黄曲霉毒素。根据1993年世界银行的一份标题为“健康投资”的报告,发展中国家中因病失去生命(过早死亡)的人中有约40%同霉菌毒素的摄入有关(如肝癌)。由于产生黄曲霉毒素的黄曲霉(Aspergillus flavus)和A.Parasi-ticus真菌的主要传播媒介(带进作物体内)正是那些被转基因“Bt作物”有效控制的昆虫(如Ostrinianubialis),Bt作物具有“减少甚至消除食物供应中霉菌毒素的潜力”。按照世界卫生组织(食品法典委员会)食品安全项目负责人的说法,“Bt玉米减少了虫害,从而减少了食物原料中的霉菌毒素数量,对减少肝癌的发病有直接的影响”。
    根据艾奥瓦州立大学1999年的一项报告,1998年美国种植BL玉米的农民中有26%减少了化学杀虫剂的使用,另据1999年1月28日路透社的一项预测分析,如果美国16个玉米主产州将其80%的玉米地改种Bt玉米,化学杀虫剂的用量每年会减少50000t。所有这些报告及研究结果表明,通过Bt玉米实现的虫害控制要比用化学杀虫剂对虫害的控制效果更好。
    从定义上看,无杀虫剂(有机)耕作方式会使作物遭受更多的虫害,这不可避免地导致人类和牲畜更多地摄入黄曲霉毒素和其它霉菌毒素。即使农民向作物喷洒“有机的Bt喷洒液”,美国和欧洲的农民也不能像Bt玉米和Bt棉花(如牛在食入饲料中被感染的棉籽粕后也摄入了霉菌毒素)所表现的那样达到近100%地控制欧洲玉米钻心虫(Ostrinia nubilalis)的效果。尽管人们会赞同那些关注食品的激进分子为避免食物中残留有化学合成杀虫剂的目标,人们还是难以理解“唯有机论者”会造成全人类和牲畜不必要地摄取致癌的黄曲霉毒素和其它霉菌毒素的立场。
    同样,种植新的抗除草剂生物技术品种无毒菜籽,能使农民首次有效地控制与无毒菜籽作物(Brassica napus或Brassica campestris)密切相关的毒草(如野芥草)。在1996年抗除草剂无毒菜籽引入加拿大之前,加拿大农民使用的旨在控制野芥草(Brassica juncea)的除草剂对无毒菜籽作物也十分有害。由于这些野生芥草籽中存在天然生成的葡萄糖苷毒素,如果菜籽粕中含有任何数量可观的这些杂草种子的话,加拿大法律禁止销售即使是动物饲料用的菜籽粕。
    由于像无毒菜籽之类的野外授粉作物会与相关的野生亲缘植物杂交(可能导致基因渗入),有些人适当地表达出他们的担心,害怕新的抗除草剂型的野外授粉作物“异型杂交”,最终导致产生大量的能抵抗其相应除草剂的杂草来。但在生物技术之前使用化学除草剂的40年间,不同的杂草自然发展出对某些除草剂的抵抗性发生过近300次,因此,美国农民知道对此采取一些应对措施如对特定的农田每年调换使用的除草剂种类。这一做法得到了以下事实的支持,即每种主要作物都已经应用生物技术开发出了能抗多种除草剂的生物技术品种。因此,美国农民迅速在许多农田中转换使用那些更新的除草剂,这实际上会预防出现抗除草剂的杂草。
    大豆是自花授粉的作物(即花瓣开启前发生授粉,99%的花粉都不会离开自身的花头,传到其它花头或另一垄植株上的就更少),因此异型杂交并不是一个问题。再加上更新型的除草剂在环境中比旧有的除草剂分解得更快的事实,使得抗除草剂杂草在未来出现的可能性很小,这一点过去一直如此。密歇根州立大学的G.Phillip Robertson等最近的研究已经证明作物生产中的“免耕”法减少了现代农业对全球变暖的影响,减少程度达到近88%。新的抗除草剂生物技术作物使作物生产使用“免耕”和“少耕”的方法成为可能,而使用这些耕作方式能将二氧化碳保留在农田土壤中,从而消除了大气中的纯二氧化碳含量。
    一个不广为人知的事实是,生物技术公司对所有新产生的蛋白质都要作大量的潜在过敏性和毒性检验。而在几十年前用传统方法培育出的含有潜在致命浓度的天然毒素----茄碱的土豆品种(Lenape)出现之前,“传统育种”培育的作物品种根本不作这些常规检验。另一例用“传统植物育种”方法培育出来的(芹菜)品种,在发现其含有天然毒素(psoraslene)之前,在美国实际上已经商业化种植了。该毒素在农场工人接触它时会伤害人的手,引起剧痛。由于“传统植物育种”方法总是将1个以上的基因植入现有品种的种质细胞中(即来自与野生品种杂交的产物),以上两个事例就此发生,而源于生物技术的方法则是将1个充分测试过的基因植入已知的繁殖细胞中,认识到这一点时,人们很难理解为什么有些激进组织基于“预防原则”去反对生物技术作物,并公开宣传“传统植物育种”是被认定为无风险方式的信念。
    增进健康
    源于生物技术、具有营养益处产品特征的作物,包括了即将出现的各种各样成分已经改善的大豆、玉米和其它谷物品种。未来的每个大豆品种都将使得美国大豆农民能满足我们客户的特定需求,这些客户也面对着他们在全世界的客户对其产品提出的新的性能需求。这里请允许我举几个例子:
    1.低植酸大豆和玉米
    为使儿童生长,儿童食物中要求含有磷酸盐。但在传统大豆和玉米品种中存在的天然磷酸盐主要以不可溶解的植酸盐(被植酸以化学形式限定)形式存在。单胃动物如人类(家禽和猪亦同)缺乏消化植酸(肌醇六磷酸)所需的植酸酶。因此,现有的玉米和大豆植酸被人体/动物排泄掉,有时会带来水资源污染的问题。
    植酸也倾向于在加工食品中以化学方式“锁定”一些铁、钙和锌,从而使得食物中一部分矿物质无法消化。这就是为什么美国法律规定婴儿食品配方中必须把矿物质加多20%的原因。除了减轻磷酸污染对污水处理厂的负担外,在食品中广泛使用低植酸的大豆和玉米会减少给一些儿童食品添加少量矿物质的需要。
    为使畜禽达到最佳生长状态,目前多数国家的家禽和猪的饲养户都在饲料中添加经过提取及加工(制粉)的磷酸盐。当低植酸豆粕同低植酸玉米一道使用生产动物饲料时,猪和家禽粪便中的磷的排出量就会减少一半。
    低植酸玉米1999年已在美国商业化种植。低植酸大豆已经开发出来,但商业化种植以前,种子公司为使其达到令人满意的单产仍在作努力。研究结果显示。低植酸大豆的蛋白质也比传统大豆稍微好消化一些。
    2.低水苏糖大豆(也称作高蔗糖大豆)
    成熟的传统品种大豆含有1.4%--4.1%的水苏糖,它是人类和其它单胃动物不能消化的低聚糖(碳水化合物)。胃中消化不了,便进入肠道,让细菌将其发酵成气体,使人和动物觉得膨胀不适。低水苏糖大豆中,水苏糖被易消化的蔗糖所取代,因此低水苏糖大豆也有比传统大豆更高的能量,从而使它作为食品原料、宠物食品原料和动物饲料更加有用。蔗糖含量的增加意味着低水苏糖大豆食品比传统大豆食品味道更甜。
    3.高油酸大豆
    高油酸大豆在其油中含有80%以上的油酸(一种不饱和脂肪)。这同传统大豆油中23%油酸含量形成鲜明对比。由于油酸比豆油中的其它脂肪酸具有更高的热量和抗氧化能力,高油酸豆油自然就更不易产生因高温和氧化造成的变质。因此,根据所要生产的植物油用途,只要较少或根本不用进行后精炼处理(氢化)。
    美国农业部的研究显示,因为油酸能抗氧化,用高油酸油炸制的干果货架期更长。其它研究表明给奶牛和鸡饲喂高油酸全脂豆粕(即其中含油)会使所生产的牛奶和鸡肉中饱和脂肪酸的水平降低。所期待的一个附带的好处是这两种食品的货架期也会延长。
    4.高硬脂酸大豆
    硬脂酸是唯一被证明在血清胆固醇方面为中性的(它不会增加食用者血液中的胆固醇含量)饱和脂肪酸。由于硬脂酸在室温下为固态,高硬脂酸豆油很少需要或不需要后精炼处理(即氢化)。例如,只要将高硬脂酸豆油倒入模具中固化后就能生产出人造奶油棒。
    5.高β胡萝卜素大米和无毒菜籽
    目前瑞士研究人员使用欧盟和私立的洛克菲乐基金会的资金正在开发这种源于生物技术的大米。孟山都公司则在开发这种源于生物技术的无毒菜籽。世界卫生组织预计:
    ----全球1.4--1.5亿学龄前儿童维他命A严重不足,人体可以从膳食β胡萝卜素中合成这种维他命。
    ----全球幼童增加膳食β胡萝卜素(维他命A)的摄入(如广泛食用这种大米或无毒菜籽)能将麻疹死亡率减少50%,将与腹泻引起的疾病死亡减少33%,并避免发展中国家每年多达350万幼童因相关疾病死亡。
    6.高赖氨酸、高蛋氨酸、高苏氨酸等的玉米和大豆
    很快我们就会看到含有更高水平的氨基酸如赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和胱氨酸的玉米和大豆新品种。食用这些作物生产出来的食品能帮助发展中国家避免出现营养不良以及因赖氨酸缺乏导致的儿童失明。
    家禽和猪只能从其饲料中按特定比例摄取各种氨基酸。这些动物经代谢排泄出“过剩的”氨基酸,造成氮污染,而这种过剩是由于这些动物营养配比中缺少某些主要的必需氨基酸。以玉米--豆粕为基础的饲料中所必需的主要氨基酸通常是赖氨酸和蛋氨酸。高赖氨酸和高蛋氨酸的玉米和大豆就能作出通过提供均衡必需氨基酸从而降低动物氮排泄的饲料配方。这个配方现在就能完成,但只能往饲料中添加昂贵的合成赖氨酸和蛋氨酸。
    7.低果聚糖大豆
    未来新的源于生物技术的大豆品种通过改变人们消化系统的微生物组成也能改善人类健康。例如,新的大豆品种含有一些低果聚糖成分,这些成分会在人类和某些动物肠道里有选择地增加一些有益细菌(如双歧杆菌)的数量并“排挤”有害细菌(如大肠杆菌0157:H7,沙门氏菌SE等)。因此,这些大豆可能取代一些历史上用来治疗这些细菌导致的疾病的抗生素。附带的好处是帮助避免治疗中过量使用抗生素,因为过量使用已经证明会导致对抗生素有抵抗作用的病原菌的产生。
    含低果聚糖的大豆也会导致有益细菌种群的生长,而这些细菌会释放出某些短链脂肪酸,结肠吸收后会导致血清甘油酯(脂肪)的减少,从而减少得心脏病的机会。
    8.高共轭亚油酸大豆
    人们在这10年间就会得到含共轭亚油酸(CLA)的大豆。这些化合物(CLA)已经显示出能帮助避免某些癌症、降低血液胆固醇水平和促进肌肉纤维组织生长的功能(如会帮助避免/减轻肥胖症)。
    9.高异黄酮大豆
    源于生物技术的含更多(4倍于历史含量)数量异黄酮的大豆预计在2005年就会出现。所有大豆都含有天然的少量异黄酮。摄取较多的异黄酮对降低血液胆固醇有帮助,从而避免某些癌症、减轻更年期的一些症状。异黄酮也是已知的唯一能增加更年期后妇女骨质密度的膳食成分。因此摄取高量异黄酮具有预防骨质疏松症疾病的潜能,这会“影响全球2亿人……其中80%为妇女”。
    然而,只有每天大量摄取异黄酮,骨质密度才会增加,而靠传统大豆品种很难达到这个摄入量。有了比传统大豆多出4倍异黄酮含量的大豆品种,未来源于生物技术的高异黄酮含量大豆品种就能使亿万可能患有这些病的人很容易地在膳食中加入所需的数量。
    10.含抗体大豆
    在1990年代早期,研究人员发现给鸡群进行特殊接种会导致鸡群将抗生素(抵抗疫苗中的细菌菌株)分泌到所生的鸡蛋清中。现在这些蛋清被用于生产一种商业性的小猪饲料。这种饲料能从小猪肠道中排除特定的会引起痢疾的所有大肠杆菌。这种以鸡蛋清为基础的饲料产品通过每个抗体“抓住”小猪消化系统中特定的致痢大肠杆菌,然后抗体和大肠杆菌被动物一并排除体外。由于抗体是单纯的蛋白分子,并不存在肉中残留等法规方面的问题。
    今天牛肉所携带的0157:H7号大肠杆菌引起的疾病周期性暴发,是因为1970年代牛就对0157:H7号大肠杆菌产生了耐受性(以前曾使牛因此丧命)。当牛皮或其消化系统的东西同肉接触的时候(如在屠宰场),人们现在有时也感染上这个致命的细菌。美国农业部2000年4月出版的研究报告显示活牛屠宰前减少0157:H7号大肠杆菌将极大地增强屠宰场的安全性。现在的生物技术能使大豆中产生特定的抗体(如对0157:H7大肠杆菌的特定抗体)。因此,在牛屠宰前72h给牛喂食未来这样的大豆,就可以消除食物携带的疾病如0157:H7大肠杆菌、沙门氏菌的暴发。
    11.“含疫苗”大豆和玉米
    在不久的将来,一家生物技术种子公司预计将推出源于生物技术的玉米,这种玉米会产生针对被称作遗传性胃肠炎病毒(TGEV)的猪病抗原。猪吃进这样的玉米后,玉米中的这些抗原会使猪的消化系统中的淋巴组织变得坚韧,动物的免疫系统迅速产生抗体来保护机体不受TGEV病毒的侵害。将来也会生产出相似的用于人类疾病如乙肝的植物疫苗。