生物技术与抗病作物
大多数商业化的“转基因作物”要么是抗虫的,要么是抗除草剂的。生物技术还可用于生产抗植物病害的作物。到目前为止,只有两种抗疾病的例子可供农民使用:木瓜抗环斑病病毒并且南瓜对西葫芦黄花叶和西瓜花叶有抗性病毒.这种狭窄的供应并不是因为缺乏需求或技术潜力。事实上,生物技术方法可以独特地解决全球农业中一些最重要的疾病问题。这种局限主要反映了反转基因运动在制造争议方面的成功。这促使对品牌敏感的食品系统参与者利用他们的影响力,阻止研发或引进最具意义的“转基因”抗病作物。
如果我们让自己想象一下,有三种重要的植物疾病值得我们特别关注基因工程:
昆虫媒介传播的全身性疾病
传统育种速度太慢和/或破坏关键品质属性的作物疾病
不适于安全有效的化学防治的作物病害
昆虫媒介传播的全身性疾病
真菌会引起大多数植物疾病,但植物也会被病毒和细菌感染细菌.在大多数情况下,特定的昆虫在植物间传播病原体的方式与昆虫传播病原体的方式大致相同埃及伊蚊蚊子传播像黄热病这样的人类疾病。对于植物来说,媒介昆虫是那些使用专门的口器来穿透的昆虫植物细胞吸出营养物质,比如蚜虫、蓟马、粉蚧和木虱。
这些病毒或细菌具有特定的联系,使它们能够从受感染植物的“虫子”口器上被感染,然后释放到下一株植物内部。这些感染会严重损害植物,甚至杀死它。在许多情况下,控制这类疾病的唯一方法是使用杀虫剂杀死病媒。通常需要几乎完全的虫害控制来充分保护作物。这意味着在某些情况下要大量使用杀虫剂,但在其他情况下,阻止疾病的传播是不可行的。就是这样木瓜环斑病毒这严重影响了上世纪90年代初夏威夷的生产——农民们在为拯救他们的作物而打一场必败之战。
1998年,转基因病毒抗性的引入挽救了木瓜产业。目前有一种新的,致命的柑橘细菌性疾病威胁着佛罗里达州的柑橘产业.杀虫剂项目只是减缓了疾病的发展,如果没有类似转基因解决方案的东西,这个行业很快就会崩溃。另一个细菌正威胁着加州的葡萄酒产业,因为一项在20世纪80年代末有更多的问题.目前,杀虫剂计划和隔离计划将问题限制在南加州,但更可取的做法是部署一种抗药性选项,以保护北部的关键产区。牛油果的月桂枯萎病是另一个类似的挑战。
传统育种速度太慢和/或破坏关键品质属性的作物疾病
控制植物病害的主要方法之一是通过传统育种计划。这是非常有效的,特别是对于一年生的谷物或蔬菜,它们的育种计划可以进展得相当快。像土豆这样的作物,繁殖是困难和缓慢的,因为这种植物通常不会产生任何种子。这就是为什么100多岁的罗塞特·伯班克仍然是一个重要的商业人物品种.有一种叫做马铃薯晚疫病的严重疾病,它导致了臭名昭著的马铃薯饥荒,今天需要非常频繁地使用杀菌剂。有基因在安第斯山脉的野生或半野生祖先土豆中寻找抗性,并利用生物技术,这些基因被转移到我们现在种植的土豆中,至少在实验基础上是这样的.这特征包括一个土豆基因在土豆里。
咖啡也有一种引起越来越多问题的主要锈病在中南美洲高品质的“阿拉比卡”咖啡产区。世界各地的其他各种咖啡品种中都有抗性基因,但要将这些性状转化为高质量的品系,需要染色体加倍和数十年的回交。如果通过基因工程的方法来移动这些基因,最终的结果将是咖啡中的基于咖啡的抗性基因各种具有良好的品质背景。
香蕉是一个极端的例子,基因工程可以将抗性性状从一些非商业的种子香蕉转移到受巴拿马枯萎病和其他疾病威胁的商业无籽香蕉上。同样,基因工程可能是一种处理像可可中的Frosty Pod这样的东西的方法,而不影响质量属性。
即使是像小麦这样的作物,世界上有很多不同的类型,用于不同的用途,这将有助于加快新品种的繁殖过程,UG99小麦茎锈病威胁它正在世界各地传播。在一种小麦(如硬红春小麦)中发现的理想基因可以转移到其他小麦(如硬粒小麦或软白冬小麦)的优良育种系中。
不适于安全有效的化学控制的疾病
有许多作物/疾病组合可以通过杀菌剂处理有效控制,对哺乳动物的毒性低,对环境的影响小。然而,有些疾病是无法通过这种方式控制的。番茄的一种叫做细菌性叶斑病的疾病,在佛罗里达等潮湿地区是一个大问题。目前,它是通过生物制剂和基于铜的产品的组合来管理的,但铜不像大多数现代杀虫剂那样安全。叶面细菌性疾病的全球市场还不够大,不值得投资2亿美元开发一种新的合成农药。在辣椒中有一种对这种疾病非常有效的抗性基因,但尽管它们与番茄有亲缘关系,但它们距离太远,无法进行传统的杂交育种。那辣椒基因已转移到番茄上这些植物在田间试验中表现良好。小麦赤霉病是一种严重的疾病风险,它限制了在中西部玉米/大豆轮作中添加小麦的可行性。这种疾病很难用杀菌剂控制,但曾经有一种几乎商业化的抗药性特征。
包括玉米在内的许多作物都可能受到机会性真菌病原体的感染,黄曲霉,当有干旱胁迫和/或昆虫损害时。杀菌剂对这个问题不是很有效黄曲霉毒素这种真菌可以使谷物不适合用于正常饲料或食品用途。事实上,黄曲霉毒素是发展中国家死亡的主要原因之一,它可以污染重要的粮食作物,如玉米或花生。关于如何用生物技术解决这个问题,有几种想法。
自1996年以来,每年都有数亿英亩的土地种植生物技术作物。在种植“转基因”作物的国家,以及在欧盟、日本、中国和许多其他进口地区,好几代动物都是用这些作物饲养的。反对这项基本技术的论点并没有被证明具有实际意义。在某种程度上,我们应该能够开始应用这些久经考验的技术来预防影响作物的问题疾病。
玻璃翼神枪手形象加州食品和农业部门
生物技术马铃薯图片来自塞恩斯伯里实验室的乔纳森·琼斯实验室
玉米受曲霉属真菌从图片爱荷华州立大学