董欣年

演讲主题:基础研究与农业发展和环境保护 



  由清华大学、东润公益基金会主办的东润创新与未来教育论坛于2016年12月18日在北京举行,此次论坛的主题是“科学创新改变未来”。杜克大学生物系教授董欣年出席并演讲。

  

  她表示,目前为止,世界上只有43种主要的农业植物,还有9种牲畜,加上75亿人,就占据了世界土地面积的39-50%。光是小麦一种作物,种植面积就是英国国土面积的十倍。所以农业的发展是造成其它物种绝灭的重大原因之一,农业发展也是环境污染主要的原因之一。

  

  以下为董欣年教授演讲实录:

  

  我要讲的题目非常大,应该是农业部长和环保局长谈的事。但是我要加一个备注,这只是我的井蛙之见,也没有任何的政治成分在里面。

  

  众所周知农业发展在人类社会发展中是一个非常重大的里程碑。一万年以前,中东这个地方开始有了农业。只有农业发展了,才有了私有财产,才有了部落、村庄,城市和国家,才有了穷富的差别。一万多年的发展,现在的农业要解决世界上75亿人口的温饱问题,光我们中国就有13.8亿人,所以大家可以想象,农业发展是人类社会发展的一个重要的因素。

  

  但是农业发展从一开始就是和物种的多样性背道而驰的。所谓农业,实际上就是选择很少几个物种,把它驯化。到目前为止,世界上只有43种主要的农业植物,还有9种牲畜,加上75亿人,就占据了世界土地面积的39-50%。光是小麦一种作物,种植面积就是英国国土面积的十倍。所以农业的发展是造成其它物种绝灭的重大原因之一。

  

  农业发展也是环境污染主要的原因之一。 农药和化肥的使用在过去50年之内增加了24倍。 农药和化肥不光是污染当地的土壤和水源,而且可以通过大气传播,造成远距离的污染。 空气污染,大家都可以看到闻到。但是对于水的污染,对土壤的污染,不容易看见闻着。治理水和土壤是非常长期的一个任务。所以农业对人类健康的影响是全面的。

  

  刚才我只是说了坏的方面。从好的方面讲,农业是人类健康的基础。我们从食物中间不光摄取能量,也获取营养。现在年轻的孩子不知道,我们小时候因为吃的东西比较贫乏,家长都会给我们吃鱼肝油。鱼肝油是什么呢?就是用来提供维生素A的补充品。像维生素这样的东西,人类自己是不能生成的,必须从食物里摄取。东南亚国家是以吃大米为主。因为大米是非常缺乏营养的主食,造成世界上每年有一亿九千万儿童得维生素A缺乏症。我当时看到这个数字以后,都不敢相信,这个是真的吗?这是个非常大的健康问题,每年世界上有67万人死于维生素A缺乏症,25万失明。

  

  要解决以上提到的这些问题,我们必须发展新的农业技术。而当今的农业技术主要是转基因植物。 大家都知道这是个特别敏感的问题。 关于转基因的争论,一方面直接关系到国家的政治和经济利益,另一方面是关系到大众的科普教育。为什么关系到国家的政治和经济利益呢? 因为中国是世界农业第一大国, 2015年中国的农业产出是印度的2倍,是美国的3倍。所以在中国做农业基础研究是关系到国计民生和国家安全的头等大事。

  

  农业带来的这些矛盾,怎么解决呢?第一就是要提高农产品的产量,在最小的耕地面积里,获得最大的产出。这样我们就可以把多余的农田还给自然。这个方面已经做了很多年了。第一次重大的进步是在上世纪70年代的“绿色革命”。 当时的领军人物Dr. Norman Borlaug获得了诺贝尔和平奖。他是美国的植物学家,在洛克菲勒基金的支持下在墨西哥发现了矮秆高产抗病的小麦品种。“绿色革命”之前,美国要进口50%的小麦,之后美国转为出口小麦。福特基金和洛克菲洛基金还支持了在菲律宾的国际水稻研究所的工作,在同时期发现了产量增加近十倍的矮杆水稻。当时还不知道这些矮杆植物的分子机理。 近些年的基础研究发现,它们是生长激素的突变体。由于这种突变,矮小的植物可把用来生长的能量来结种子,造成产量显著的增高。

  

  除了提高农产品的产量,第二个是要改良农产品的质量。我刚才说了,大米实际上是很没有营养的主食。我们要解决吃大米的人维生素A缺乏这个问题,一个办法就是让大米能够生成维生素A的前体胡萝卜素。水稻里没有产生胡萝卜素的生化途径里需要的三个酶。这三个酶的基因要从其它的植物和微生物中克隆出来,通过多步转基因才能够让水稻生产胡萝卜素。所以这个工作做了很长的时间,最后终于成功了。

  

  可以生产胡萝卜素的转基因水稻,因为它的颜色是金黄色的,所以叫“黄金水稻”。我昨天想了想,实际上“黄金水稻”和金钱一点关系都没有,我觉得这个名字是不合适的。因为它是用来解决贫穷的孩子们维生素A缺乏的问题,叫它“金黄色水稻”更贴切。

  

  “金黄色水稻”的工作开始的时候是由洛克菲洛基金支持的,后来又得到了比尔&玛琳达盖茨基金的赞助, 由瑞士和德国的三个科学家完成。 他们的发现虽然在2001年就已发表了,但由于政治上和经济上的原因,“金黄色水稻”至今还没有真正应用。16年已经过去了,多少孩子由于维生素A缺乏而死去。 这些发明“金黄色水稻”的科学家在我心里是英雄。他们为了推行“金黄色水稻”,不得不变成了社会活动家。由于他们的努力,“金黄色水稻”最近获得了教皇的支持。“金黄色水稻”是用转基因技术改造农产品的质量的最好例子。

  

  另外一个影响环境的问题,就是农药和化肥。因为植物和我们人一样,也得病。于是就有了农药。降低农药用量和减少对环境造成的污染的一个办法就是提高作物自己的抗病性、抗虫性、抗逆性。从最近美国农业部的数据可以看到,美国从1996年开始在大田里种植抗杂草的转基因大豆,抗杂草和抗虫的棉花和玉米。这20年里,这些转基因作物的种植面积不断增加,到现在为止美国几乎所有的大豆,80-90%的玉米和棉花都是转基因植物。我们也知道中国从美国进口很多的大豆。

  

  经过20年的大田实践,到现在为止还没有发现这些转基因植物对人类或者动物有任何负面的影响。恰恰相反,这些转基因植物的出现使在美国的农药,除草剂,除虫剂的用量大幅度降低,对环境保护和生物多样性的恢复起了很大的正面作用。还忘了说一下,今年有107个诺贝尔奖获得者联名写信给绿色和平组织支持对转基因植物的研究和施行。

  

  转移因植物不光用来抗虫抗杂草,抗病也是一个重要方向。从这 2013年在《科学》杂志上发表的表格上看,在过去一些年里,有不少抗病基因通过转基因技术转到了不同的作物里。我想给大家看一个例子,就是1997年批准使用的抗病毒的转基因木瓜。这照片里的木瓜树,已长了多年, 但感了病毒。大家不用我说就知道哪个是抗病的转基因植物,哪个是非转基因植物。 因为前面这片非转基因木瓜, 全部死亡。 后面是转基因木瓜,全部成活,能够抗病毒。所以我们需要担心的粮食安全问题,实际上是和农业本身的本质问题(单一化)有关,不是转基因技术带来的。

  

  刚才我说的这些例子都是转一个抗体,抗一种病。这样做起来每一个产品要花很长的时间,所以我的实验室一直在研究植物的广普抗性。这广普抗性不是一个蛋白能够造成的,要表达很多蛋白才能得到广普抗性。但表达这么多抗性蛋白会影响植物生长。你看我这照片里中间的植物,虽然有很高的广谱抗性,但是它长的非常小,它的产量也非常低,不能用于农业。要解决这个问题,我们现在在研究怎么让植物只在被病菌感染的瞬息表达广普抗性的蛋白,而不是老在表达这些蛋白。通过这种瞬息表达的技术我们可以让作物有广谱抗病性,但是它们的生长和非转基因植物一样好。所以我们觉得像这种基础研究的结果可用到作物上面来降低农药的用量,对环保很有意义。

  

  我在结束之前,想跟大家分享我今年夏天在杜克森林里照的野花照片集锦。去过的人都知道杜克大学是一个森林里的学校,拥有七千多英亩的森林。 可很多人不知道这七千多英亩的森林在一百年前是农田。当时这片地是用来种棉花的。 经过很多年的棉花种植,造成严重的土壤贫瘠,使得收成越来越低。到了1920年左右,就基本上不能有任何收获了。所以这片荒废了的土地被杜克大学买了下来,种了松树和橡树。一百年来,杜克森林成了气候,是科研和休闲的好地方,也是一个把农田还给自然的一个很好的例子。我希望以后随着农业的发展,我们可以把更多的过去用来喂我们吃饭用的土地还给自然,让物种再丰富起来。谢谢。


  个人简介

  

  董欣年 

  

  1982年武汉大学生物学系毕业之后赴美深造。1988年在芝加哥的美国西北大学获得分子生物学博士学位。自2007年至今,董欣年在杜克大学任文理学院生物学杰出教授。2011年,董欣年成为美国霍华德•休斯医学研究所研究员,同年入选美国科学促进会,2012年当选美国国家科学院院士,2013年加入美国微生物学会,同年当选武汉大学杰出校友。