低碳農(nóng)業(yè)生力軍：轉(zhuǎn)基因植酸酶玉米

    低碳經(jīng)濟(jì)是一種以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)模式，是人類社會(huì)在繼農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一次重大科技進(jìn)步。低碳經(jīng)濟(jì)成為今年“兩會(huì)”熱點(diǎn)問題，溫家寶總理在政府工作報(bào)告中明確提出：今年要加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，調(diào)整優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，大力推動(dòng)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、內(nèi)生增長(zhǎng)的發(fā)展軌道。低碳經(jīng)濟(jì)將成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的重要特征。作為新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一的生物育種在低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代將扮演非常重要的角色。哥本哈根會(huì)議召開之前，我國(guó)政府宣布到 2020年實(shí)現(xiàn)單位GDP二氧化碳排放比2005年降低40%~45％的目標(biāo)。要完成這一目標(biāo)，各行各業(yè)需共同努力，而通過發(fā)展農(nóng)業(yè)生物育種產(chǎn)業(yè)來實(shí)現(xiàn)低碳農(nóng)業(yè)也成為其中的必然選擇。

    玉米是重要的也是最佳的飼料加工原料。我國(guó)玉米總需求量的近80%用于飼料加工，在家禽和家畜飼料中的用量都在50％以上。中國(guó)農(nóng)科院范云六院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組在第一代植酸酶產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的植酸酶基因，通過生物技術(shù)和傳統(tǒng)育種方法相結(jié)臺(tái)，成功培育出高活性植酸酶并穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因玉米。轉(zhuǎn)基因植酸酶玉米是全球第一例通過綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式替代工業(yè)生產(chǎn)模式來生產(chǎn)植酸酶，堪稱低碳農(nóng)業(yè)的典范，具有生產(chǎn)方式低能耗，減少環(huán)境污染，保護(hù)磷礦資源和安全可靠的顯著優(yōu)點(diǎn)。

    微型工廠生產(chǎn)植酸酶 實(shí)現(xiàn)“零耗能”

    磷是動(dòng)物不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素，磷缺乏會(huì)嚴(yán)重影響動(dòng)物生長(zhǎng)，導(dǎo)致動(dòng)物生產(chǎn)性能低下。玉米、大豆等飼料原料中總磷含量非常豐富，但遺憾的是65％以上的磷是以不能為動(dòng)物吸收利用的植酸磷形式而存在。轉(zhuǎn)基因植酸酶玉米子粒如同一座座威力無比的生產(chǎn)植酸酶的小工廠，這些植酸酶蛋白分子如同熟練的技術(shù)工人把植酸這種原料加工成產(chǎn)品，即動(dòng)物能夠利用的磷形式。與別的工廠不同的是，這些微型天然工廠不費(fèi)吹灰之力，不耗費(fèi)任何能量就可以生產(chǎn)出無數(shù)這樣的植酸酶蛋白。

    上世紀(jì)90年代我國(guó)開發(fā)的第一代植酸酶產(chǎn)品是用微生物發(fā)酵方式來生產(chǎn)的，但這種生產(chǎn)方式的能源消耗通常是生產(chǎn)成本的20%以上，探索低成本、節(jié)能降耗方式生產(chǎn)植酸酶的新技術(shù)在我國(guó)乃至全球都具有十分重要的意義。相比工業(yè)發(fā)酵方法來生產(chǎn)植酸酶，以種子為載體，以農(nóng)業(yè)種植方式生產(chǎn)植酸酶具有以下兩大低碳經(jīng)濟(jì)特征。一是成本低。發(fā)酵方式需要廠房、發(fā)酵罐、產(chǎn)品后加工設(shè)備等專門的生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)過程需要耗費(fèi)化工原料；而以農(nóng)業(yè)方式生產(chǎn)，不需要專門的生產(chǎn)設(shè)備，王米能利用陽光、水分等生產(chǎn)植酸酶，原材料的費(fèi)用極低。二是耗能少。發(fā)酵方式不僅在生產(chǎn)過程中需要消耗大量能量，而且產(chǎn)品后加工也要耗費(fèi)能量，后加工通常是將發(fā)酵液與載體按比例混合，利用熱空氣干燥，或者在壓力的作用下將液體霧化，通過熱空氣將霧滴干燥形成小的顆粒或粉末，這些過程都需要耗能；而以農(nóng)業(yè)方式生產(chǎn)，生產(chǎn)過程無須耗能，不需要進(jìn)行后加工，生產(chǎn)的是直接飼用的富含植酸酶的玉米種子，不必進(jìn)行酶的提取和純化，酶能在種子中長(zhǎng)期穩(wěn)定保存，無須酶類產(chǎn)品特殊的保存條件及考慮產(chǎn)品的劑型，種子易于長(zhǎng)距離運(yùn)輸和普及推廣，因此非常節(jié)能。

    將植酸磷“點(diǎn)石成金” 減少污染

    牲畜高磷糞便排放是造成環(huán)境污染的重要因素。消化道內(nèi)缺乏植酸酶的單胃動(dòng)物(豬、雞、鴨)和水產(chǎn)類(魚、蝦)無法有效利用玉米飼料中的植酸而造成磷的浪費(fèi)，未被動(dòng)物利用的植酸磷形成高磷糞便排出體外。隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)每年畜禽糞便產(chǎn)生量將達(dá)到45億噸，畜禽糞便每年流失至水體的總磷將為56萬噸。如果不進(jìn)行有效的處理，將進(jìn)一步加重湖泊等水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境惡化問題，進(jìn)而威脅飲用水安全和農(nóng)產(chǎn)品安全。磷污染的治理是一個(gè)耗時(shí)、耗力、耗能的過程，是發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)過程中需要解決的一個(gè)重要問題。

    有計(jì)算表明，至2015年動(dòng)物糞便排出的磷總量將達(dá)到375萬噸，而使用植酸酶玉米則可以減少動(dòng)物糞便磷排放140萬噸。當(dāng)植酸酶在玉米子粒中起作用后，它就如同一只化腐朽為神奇的手，把植酸磷這種“廢物”點(diǎn)石成金，轉(zhuǎn)化成為能被動(dòng)物所利用的磷，既減少了植酸磷糞便對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)經(jīng)動(dòng)物吸收利用后也大大提高了動(dòng)物的生產(chǎn)性能。

    節(jié)約磷礦資源  保護(hù)自然環(huán)境

    植酸酶玉米子粒工廠節(jié)約能源這種特點(diǎn)還可以從另外一個(gè)方面充分體現(xiàn)。在飼料工業(yè)中，每噸飼料中需要添加13．5千克磷酸氫鈣，為動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育提供必需的磷元素。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，磷資源短缺的壓力已經(jīng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，給糧食價(jià)格帶來巨大的上漲壓力。我國(guó)磷礦資源多為中低品位，據(jù)國(guó)土資源部統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有的磷礦資源僅能維持我國(guó)使用10年~15年。因此，磷礦資源已被國(guó)土資源部列為我國(guó)2010年后不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的20種礦產(chǎn)之一。

    中國(guó)飼料磷酸氫鈣產(chǎn)業(yè)能源消耗大，產(chǎn)出率低，環(huán)境污染嚴(yán)重，對(duì)自然資源破壞力大。據(jù)估計(jì)，今年我國(guó)飼料用磷酸氫鈣的需求量為100萬噸，2015年為150萬噸，至 2020年將達(dá)到170萬噸。若使用植酸酶轉(zhuǎn)基因玉米，則分別可以替代80萬噸、120萬噸和136萬噸磷酸氫鈣。轉(zhuǎn)基因玉米子粒中的植酸酶可以分解其中的植酸為動(dòng)物提供磷元素，因此大部分磷酸氫鈣可以被替代。按每生產(chǎn)1噸飼料磷酸氫鈣需要磷礦1.5噸計(jì)算，則每年可以減少磷礦石的開采量達(dá)120萬噸。說明在玉米子粒中生產(chǎn)植酸酶可以有效降低對(duì)磷酸氫鈣的依賴(即磷礦的開采)，從而大大降低因磷礦開采加工而產(chǎn)生的能耗以及對(duì)自然資源和環(huán)境的破壞。

    安全可靠的轉(zhuǎn)基因植酸酶玉米

    轉(zhuǎn)基因植酸酶玉米是把在飼料生產(chǎn)中需要額外添加植酸酶這一程序轉(zhuǎn)化為由玉米子粒自身來生產(chǎn)出植酸酶。歐盟各成員國(guó)、加拿大以及美國(guó)等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家早在上世紀(jì)90年代在養(yǎng)殖業(yè)中就把植酸酶作為一種“綠色磷”用以取代傳統(tǒng)的無機(jī)磷酸鹽，并制定了強(qiáng)制使用植酸酶的相應(yīng)政策，我國(guó)在飼料中使用植酸酶也已經(jīng)有十幾年的歷史。

    還需要特別指出的是，植酸酶廣泛存在于水稻、小麥、玉米、綠豆、番茄、馬鈴薯及菠菜等我們?nèi)粘Ｊ秤玫募Z食作物和蔬菜作物中。中國(guó)農(nóng)科院范云六院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組研發(fā)的轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米所表達(dá)的植酸酶和小麥等植物中的植酸酶是同一類酶，人類或動(dòng)物已有長(zhǎng)期安全食用或飼用的歷史。

    我國(guó)政府十分重視農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理工作，堅(jiān)持立法先行、有法可依、執(zhí)法保障，已經(jīng)形成了一整套適合我國(guó)國(guó)情并與國(guó)際慣例相銜接的法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)程和管理體系。轉(zhuǎn)基因植酸酶玉米這一成果經(jīng)過了長(zhǎng)達(dá)6年的一系列復(fù)雜嚴(yán)格的國(guó)家安全性評(píng)審程序，表明它的安全性與普通玉米實(shí)質(zhì)完全等同。

    轉(zhuǎn)基因植酸酶玉米研制成功是我國(guó)科學(xué)家獨(dú)立自主、積極創(chuàng)新的結(jié)果，擁有全部的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。轉(zhuǎn)基因植酸酶玉米對(duì)新一代GMO（轉(zhuǎn)基因生物）和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品向環(huán)境友好、營(yíng)養(yǎng)平衡、節(jié)能生產(chǎn)方向發(fā)展具有重要的引領(lǐng)作用，對(duì)發(fā)展我國(guó)的低碳農(nóng)業(yè)將會(huì)產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。它是我國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中繼抗蟲棉之后又一個(gè)具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ霓r(nóng)業(yè)高科技新興產(chǎn)業(yè)，對(duì)提高我國(guó)玉米種業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和促進(jìn)飼料及養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展將產(chǎn)生重大影響。