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《新京报·新知周刊》

 
 
 

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玉米为什么要“转植酸酶基因”?  

2010-05-04 12:53:00|  分类: 新知茶座 |  标签: |举报 |字号 订阅

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玉米为什么要“转植酸酶基因”?


2009年,农业部向两种我国拥有自主知识产权的转基因粮食作物颁发了转基因生物生产应用安全证书。这两种转基因粮食作物就是转植酸酶基因玉米和转Bt基因水稻。其中,因为后者是供人食用的,所以人们对它的讨论比较多,而转植酸酶基因玉米主要是用作饲料,给牲畜吃的,所以人们的关注相对较少。那么转植酸酶基因玉米是个什么东西,科学家又为什么要研究它们呢?

 

“不合胃口”的饲料

 

这话得从1万多年前说起。当时,人类还没有开始农业生产,所以地球上既没有鸡,也没有猪,也没有玉米,只有它们三者的祖先———原鸡、野猪和类蜀黍。那时候的原鸡和野猪不仅想不到自己会被人类驯化,更想不到有一天会以类蜀黍的后代为主食。实际上,原鸡和野猪从来都没有见过类蜀黍,因为它们是欧亚大陆的动物,而类蜀黍却生长在中美洲的墨西哥。

 

既然原鸡和野猪从来不以类蜀黍为食,所以它们的消化道无法充分吸收类蜀黍籽粒中的营养,也就非常正常了。事实上,所有禾本科植物籽粒的营养,它们都无法充分吸收。在人类驯化了鸡、猪和玉米之后,问题就来了。人们发现,玉米是“优良”的鸡饲料和猪饲料———因为它的产量高,价格低。可是,驯化后的鸡和猪仍然不能充分吸收禾本科植物籽粒中的营养成分,驯化后的玉米也不例外。所以用玉米做饲料,便宜是便宜了,却容易让鸡和猪营养不良。

 

总的来说,玉米富含糖类,却缺乏蛋白质和脂类,其蛋白质品质也不高。鸡饲料和猪饲料配方里的其他成分(如豆饼、鱼粉等)主要就是为了提供足够的、优良的蛋白质。更麻烦的是,玉米中含有丰富的磷,但是这些磷绝大部分是以植酸的形式存在的。人、鸡、猪都不能充分利用植酸中的磷。为了给鸡和猪补充足够的磷,往往需要在饲料中另加含磷的添加剂,这真是舍近求远了!同时,植酸还阻挠人、鸡、猪对一些微量元素的吸收,导致缺铁之类的问题。植酸的不利影响还不仅仅在于造成鸡和猪的营养不良,在随粪便排出后,它们还会造成磷污染,使水体富营养化。

 

霉菌伸出“援手”

 

既然玉米有这么多的不足,那么人们当然想要设法对它进行改良。传统育种方式对玉米的改良主要是增加其蛋白质含量,或改善其蛋白质品位。此外,高油玉米也已经培育出来了。但传统育种方式对于玉米籽粒中的植酸就无能为力了,要找到一棵能在未发芽种子中就大量含有植酸酶(可以把植酸分解放出磷酸)的突变玉米植株,可能性近乎为零!好在转基因技术就可以实现让玉米籽粒含有大量植酸酶的梦想,只要把一个外源的合成植酸酶的基因导入玉米基因组中,并让这个基因在玉米籽粒中表达就可以了。

 

曲霉在自然界中分布广泛,又能合成包括植酸酶,成了科学家主攻的重点。新近获得批准的转植酸酶基因玉米就是这样研发出来的。其使用的植酸酶基因是由中国农科院姚斌、范云六等人从黑曲霉中克隆出来的,其序列和国外科学家克隆出的有较大的差异,也拥有中国专利。同时范云六、陈茹梅等人找到了让这个基因在玉米籽粒中表达出来的方法,这个方法同样拥有中国专利。这个专利和前一个专利合起来,就是转植酸酶基因玉米的两个关键专利。

 

现在,按照上述专利生产的转植酸酶基因玉米已经初步显示出了它的优异特性。这种玉米的籽粒中含有大量植酸酶,在加工成饲料之后仍然保留了大部分活性,鸡或猪吃下去之后,这些植酸酶在其胃中就可以把植酸水解,放出可供鸡和猪直接吸收利用的磷酸来,大大提高了磷的利用率。这样不仅不用再在饲料中额外添加磷酸氢钙,从而节省了成本,又可以增进鸡、猪对铁、锌等矿物质元素的吸收,而且还有效地减少了鸡、猪粪便对环境造成的污染。

 

□刘夙(北京 科学作家)

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