低碳農業(yè)生力軍：轉基因植酸酶玉米

    低碳經濟是一種以低能耗、低污染、低排放為基礎的現代經濟模式，是人類社會在繼農業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一次重大科技進步。低碳經濟成為今年“兩會”熱點問題，溫家寶總理在政府工作報告中明確提出：今年要加快轉變經濟發(fā)展方式，調整優(yōu)化經濟結構，大力推動經濟進入創(chuàng)新驅動、內生增長的發(fā)展軌道。低碳經濟將成為我國經濟發(fā)展模式的重要特征。作為新興戰(zhàn)略性產業(yè)之一的生物育種在低碳經濟時代將扮演非常重要的角色。哥本哈根會議召開之前，我國政府宣布到 2020年實現單位GDP二氧化碳排放比2005年降低40%~45％的目標。要完成這一目標，各行各業(yè)需共同努力，而通過發(fā)展農業(yè)生物育種產業(yè)來實現低碳農業(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。中國農科院范云六院士領導的課題組在第一代植酸酶產品的基礎上，利用自主知識產權的植酸酶基因，通過生物技術和傳統(tǒng)育種方法相結臺，成功培育出高活性植酸酶并穩(wěn)定遺傳的轉基因玉米。轉基因植酸酶玉米是全球第一例通過綠色農業(yè)生產模式替代工業(yè)生產模式來生產植酸酶，堪稱低碳農業(yè)的典范，具有生產方式低能耗，減少環(huán)境污染，保護磷礦資源和安全可靠的顯著優(yōu)點。

    微型工廠生產植酸酶 實現“零耗能”

    磷是動物不可缺少的營養(yǎng)元素，磷缺乏會嚴重影響動物生長，導致動物生產性能低下。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物吸收利用的植酸磷形式而存在。轉基因植酸酶玉米子粒如同一座座威力無比的生產植酸酶的小工廠，這些植酸酶蛋白分子如同熟練的技術工人把植酸這種原料加工成產品，即動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吹灰之力，不耗費任何能量就可以生產出無數這樣的植酸酶蛋白。

    上世紀90年代我國開發(fā)的第一代植酸酶產品是用微生物發(fā)酵方式來生產的，但這種生產方式的能源消耗通常是生產成本的20%以上，探索低成本、節(jié)能降耗方式生產植酸酶的新技術在我國乃至全球都具有十分重要的意義。相比工業(yè)發(fā)酵方法來生產植酸酶，以種子為載體，以農業(yè)種植方式生產植酸酶具有以下兩大低碳經濟特征。一是成本低。發(fā)酵方式需要廠房、發(fā)酵罐、產品后加工設備等專門的生產設備，生產過程需要耗費化工原料；而以農業(yè)方式生產，不需要專門的生產設備，王米能利用陽光、水分等生產植酸酶，原材料的費用極低。二是耗能少。發(fā)酵方式不僅在生產過程中需要消耗大量能量，而且產品后加工也要耗費能量，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；而以農業(yè)方式生產，生產過程無須耗能，不需要進行后加工，生產的是直接飼用的富含植酸酶的玉米種子，不必進行酶的提取和純化，酶能在種子中長期穩(wěn)定保存，無須酶類產品特殊的保存條件及考慮產品的劑型，種子易于長距離運輸和普及推廣，因此非常節(jié)能。

    將植酸磷“點石成金” 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。消化道內缺乏植酸酶的單胃動物(豬、雞、鴨)和水產類(魚、蝦)無法有效利用玉米飼料中的植酸而造成磷的浪費，未被動物利用的植酸磷形成高磷糞便排出體外。隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，我國每年畜禽糞便產生量將達到45億噸，畜禽糞便每年流失至水體的總磷將為56萬噸。如果不進行有效的處理，將進一步加重湖泊等水體富營養(yǎng)化等環(huán)境惡化問題，進而威脅飲用水安全和農產品安全。磷污染的治理是一個耗時、耗力、耗能的過程，是發(fā)展低碳農業(yè)過程中需要解決的一個重要問題。

    有計算表明，至2015年動物糞便排出的磷總量將達到375萬噸，而使用植酸酶玉米則可以減少動物糞便磷排放140萬噸。當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”點石成金，轉化成為能被動物所利用的磷，既減少了植酸磷糞便對環(huán)境的污染，同時經動物吸收利用后也大大提高了動物的生產性能。

    節(jié)約磷礦資源  保護自然環(huán)境

    植酸酶玉米子粒工廠節(jié)約能源這種特點還可以從另外一個方面充分體現。在飼料工業(yè)中，每噸飼料中需要添加13．5千克磷酸氫鈣，為動物生長發(fā)育提供必需的磷元素。隨著經濟的快速發(fā)展，磷資源短缺的壓力已經對農業(yè)生產構成嚴重威脅，給糧食價格帶來巨大的上漲壓力。我國磷礦資源多為中低品位，據國土資源部統(tǒng)計，現有的磷礦資源僅能維持我國使用10年~15年。因此，磷礦資源已被國土資源部列為我國2010年后不能滿足國民經濟發(fā)展需要的20種礦產之一。

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

    安全可靠的轉基因植酸酶玉米

    轉基因植酸酶玉米是把在飼料生產中需要額外添加植酸酶這一程序轉化為由玉米子粒自身來生產出植酸酶。歐盟各成員國、加拿大以及美國等發(fā)達工業(yè)國家早在上世紀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)的無機磷酸鹽，并制定了強制使用植酸酶的相應政策，我國在飼料中使用植酸酶也已經有十幾年的歷史。

    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日常食用的糧食作物和蔬菜作物中。中國農科院范云六院士領導的課題組研發(fā)的轉植酸酶基因玉米所表達的植酸酶和小麥等植物中的植酸酶是同一類酶，人類或動物已有長期安全食用或飼用的歷史。

    我國政府十分重視農業(yè)轉基因生物安全管理工作，堅持立法先行、有法可依、執(zhí)法保障，已經形成了一整套適合我國國情并與國際慣例相銜接的法律法規(guī)、技術規(guī)程和管理體系。轉基因植酸酶玉米這一成果經過了長達6年的一系列復雜嚴格的國家安全性評審程序，表明它的安全性與普通玉米實質完全等同。

    轉基因植酸酶玉米研制成功是我國科學家獨立自主、積極創(chuàng)新的結果，擁有全部的知識產權。轉基因植酸酶玉米對新一代GMO（轉基因生物）和農業(yè)產品向環(huán)境友好、營養(yǎng)平衡、節(jié)能生產方向發(fā)展具有重要的引領作用，對發(fā)展我國的低碳農業(yè)將會產生巨大的促進作用。它是我國農業(yè)生物技術產業(yè)中繼抗蟲棉之后又一個具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ霓r業(yè)高科技新興產業(yè)，對提高我國玉米種業(yè)國際競爭力和促進飼料及養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展將產生重大影響。