發(fā)布時間： 2017年04月25日
有必要使用各種手段，包括最新的科技和最傳統(tǒng)的種植模式，共同保護(hù)農(nóng)作物。
Broc Zoller每天早上第一件事就是看天氣預(yù)報。過去5年，像他這樣的美國加州農(nóng)民都在和罕見的大旱作斗爭。現(xiàn)在，他們又多了一個棘手的問題：雨水過多。
Zoller在加州萊克郡凱爾西維爾種植了釀酒用的葡萄和核桃，也將土地租給了梨農(nóng)。今年1月，當(dāng)?shù)氐慕涤炅砍^了過去5年的總和。大量降雨導(dǎo)致土地變得泥濘不堪，從而極大妨礙了他們修剪樹枝工作，并給噴灑農(nóng)藥帶來了不便。
如果雨一直下，隨著天氣變暖，溫暖的氣溫和潮濕的天氣會讓真菌和細(xì)菌大量繁殖，進(jìn)而嚴(yán)重危害農(nóng)作物的生長。因此，Zoller不得不考慮使用幾種傳統(tǒng)農(nóng)藥，以保護(hù)自己的莊稼。
但Zoller的選擇范圍非常窄，這主要因為嚴(yán)重的耐藥性問題。Zoller的另外一個身份是農(nóng)業(yè)病蟲害防治咨詢專家，他會在這些藥物完全失效之前偶爾用一次這類藥物。“耐藥性來得太快，只能希望雨早點(diǎn)停，從而得以在細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性之前再多灑幾次藥?！彼f。
耐藥性是困擾全世界農(nóng)民的一個大問題。目前，國際農(nóng)作物生命組織已經(jīng)收錄了586種對農(nóng)作物有害的節(jié)肢動物、235種對農(nóng)作物有害的真菌和252種對農(nóng)作物有害的雜草。所有這些“榜上有名”者至少對一種殺蟲藥（或除草劑）耐藥。而這些僅僅只是科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和記錄的名單，還有很多已經(jīng)產(chǎn)生了耐藥性的有害細(xì)菌人們尚不知曉。
數(shù)十年來，農(nóng)藥企業(yè)不斷推出新產(chǎn)品。但對于很多農(nóng)作物而言，已經(jīng)沒有農(nóng)藥可用了。美國波士頓Lux研究公司高級分析員Sara Olson表示，近10年來，新開發(fā)抗蟲藥物的速度“已經(jīng)降到了零”。開發(fā)新的化學(xué)制品非常困難，而且成本昂貴。一旦該藥物大量投入使用，就會快速形成耐藥，除非人們能夠非常合理、有計劃地使用這些藥物。
因此，科學(xué)家開始尋找替代方案，以減少或替代人工合成的化學(xué)殺蟲藥。研究人員開始關(guān)注生物技術(shù)，比如微生物、遺傳工程學(xué)和生物分子學(xué)等。即使是最大的幾家化工公司也都在這個領(lǐng)域投入了重金。
不過，這并不意味著傳統(tǒng)的化學(xué)殺蟲劑走到了盡頭，生物技術(shù)只有助于減緩病害對傳統(tǒng)殺蟲劑產(chǎn)生耐藥性的速度。Olson指出，不斷出現(xiàn)的耐藥性是推動人們繼續(xù)開發(fā)新型生物殺蟲劑替代產(chǎn)品的動力。“但最重要的一點(diǎn)不在于選擇化學(xué)殺蟲劑還是生物殺蟲劑，而是讓人們意識到，在更多技術(shù)的幫助下，我們還可以在很多方面做得更好?！彼f。
微生物“助手”
20世紀(jì)初，日本養(yǎng)蠶業(yè)經(jīng)受了一次不明原因的打擊。1901年，日本細(xì)菌學(xué)家Ishiwata Shigetane解開了這個謎題，他在病死的蠶體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種源自土壤的未知細(xì)菌。10年后，德國生物學(xué)家Ernst Berliner又在面粉蛾的幼蟲體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了這種細(xì)菌，于是將其命名為昆蟲殺手——蘇云金桿菌（Bt）。
Bt分泌的蛋白質(zhì)能在多種昆蟲的腸道上形成穿孔，因此數(shù)十年來一直被當(dāng)作殺蟲藥使用?？茖W(xué)家也受到Bt的啟發(fā)，不斷尋找更強(qiáng)的殺蟲微生物。華盛頓大學(xué)植物學(xué)家及病理學(xué)家Roger Beachy指出，“這并不是一個新興的研究領(lǐng)域，在我上研究生時就已經(jīng)有這個研究方向，那都是45年以前了?！?/p>
但殺蟲微生物直到現(xiàn)在才成為主流。2012年，德國拜耳農(nóng)業(yè)科技公司為美國加州生物殺蟲公司AgraQuest投入4.25億美元，開發(fā)相關(guān)技術(shù)。近幾年來，包括杜邦、孟山都和先正達(dá)等公司在內(nèi)的多家大型跨國公司也都在這方面投入了巨資。
Beachy是開發(fā)轉(zhuǎn)基因糧食作物的開拓者，他也和波士頓初創(chuàng)公司Indigo 農(nóng)業(yè)一起進(jìn)入了殺蟲微生物領(lǐng)域。
Indigo公司科研人員選擇了一些微生物改善農(nóng)作的內(nèi)在微生物組，并且還將這些微生物放在一種包膜里，用來包裹植物種子。種子發(fā)芽后，新生幼苗在“破殼而出”時會被堅硬的種子外殼擦傷，包裹在種子外面的微生物會趁機(jī)進(jìn)入幼苗，從而提高幼苗的某種抗病蟲害和抗自然災(zāi)害能力，例如抗旱能力。
其他一些公司也在積極開發(fā)微生物殺蟲劑。比如加州戴維斯市的Marrone生物創(chuàng)新公司推出了布克氏菌，這種微生物能根據(jù)自身生長環(huán)境的不同而產(chǎn)生多種化學(xué)產(chǎn)物，能被用來制造殺蟲劑、殺線蟲劑和除草劑。
不過，從歷史經(jīng)驗看，農(nóng)民對于生物殺蟲劑一直都持比較謹(jǐn)慎警惕的態(tài)度，部分原因是生物制品比化學(xué)制品更“狡猾”。比如，有些生物制品在太陽下或高溫環(huán)境中容易降解。而且生物制品往往不如化學(xué)制品效果好。
“剪刀”剪出殺蟲劑
強(qiáng)大的CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)給科研人員提供了一個新武器。雖然之前的轉(zhuǎn)基因技術(shù)也能直接殺死農(nóng)作物病蟲，或者讓轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物擁有抗除草劑等特性，但很難開發(fā)出抗蟲的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物。
其中一個原因就是人們還不了解抗病基因在植物細(xì)胞里是如何調(diào)控的?？的螤柎髮W(xué)植物病理學(xué)家Adam Bogdanove表示，“在自然界，抗病基因都是受到嚴(yán)格束縛的，”如果這些基因過度活躍，就會損傷植物自身。
在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物里，科學(xué)家并不能很精確地插入靶位置。可這些抗病基因如果不正確就位，就無法正常表達(dá)。不過，Bogdanove 指出，CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)十分有用，它能讓你控制插入位置。
Bogdanove正在嘗試借助CRISPR技術(shù)對水稻進(jìn)行改造，使其具有抗條斑病和凋萎病的特性。這兩種疾病都是嚴(yán)重危害水稻生產(chǎn)的細(xì)菌性疾病。Bogdanove的合作伙伴、科羅拉多大學(xué)植物病理學(xué)家Jan Leach正在對CRISPR技術(shù)和傳統(tǒng)的基因編輯技術(shù)進(jìn)行實驗，并對植物的免疫系統(tǒng)進(jìn)行靶向改造，希望通過這種方式培育出抗多種病害的品種。
科學(xué)家還利用CRISPR技術(shù)對其他農(nóng)作物進(jìn)行基因改造，尤其是之前很難利用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)進(jìn)行改造的品種。比如羅格斯大學(xué)科研人員就正在利用CRISPR技術(shù)對釀酒葡萄進(jìn)行改造，以避免其染上霜霉病；中國北京的科研人員也培育出了抗白粉病的小麥新品種。
企業(yè)界同樣投入其中。去年9月，孟山都公司就與美國博德研究院簽署了一份非排他性協(xié)議，在今年2月獲得了一項有爭議的CRISPR技術(shù)專利。孟山都公司生物技術(shù)副總裁Tom Adams指出，他們正在研究如何更好地利用CRISPR技術(shù)開發(fā)抗病農(nóng)作物新品種和耐旱農(nóng)作物新品種。
CRISPR技術(shù)同樣也可以用于殺蟲劑領(lǐng)域，以提高殺蟲劑的用量。據(jù)Adams介紹，利用基因編輯技術(shù)可以培育出抗除草劑新品種，但這些產(chǎn)品仍然頗具爭議。
基因干擾與傳統(tǒng)種植
在CRISPR技術(shù)出現(xiàn)之前，科研人員對另外一項遺傳改造技術(shù)寄予了厚望，那就是RNA干擾技術(shù)（RNAi）。這是一種利用雙鏈RNA分子高效關(guān)閉特定基因表達(dá)的技術(shù)。
大多數(shù)時候，使用該技術(shù)很容易對某些病害進(jìn)行干擾。美國農(nóng)業(yè)部資助機(jī)構(gòu)、美國國家食品與農(nóng)業(yè)研究院院長Sonny Ramaswamy指出，只要有了精確的遺傳序列信息，他們就可以設(shè)計出相應(yīng)的干擾RNA分子，從而對病蟲害進(jìn)行“精確打擊”。
不過，RNA干擾技術(shù)也面臨一些問題。例如，該技術(shù)似乎只對甲蟲等特定的病蟲害比較有效，而對于飛蛾及其幼蟲的作用很差。而且甲蟲這類對RNA干擾技術(shù)比較敏感的病蟲也很快會發(fā)展出耐藥性。它還會產(chǎn)生附帶損害，例如也會在殺死害蟲的同時誤傷攜帶有類似基因的益蟲。
僅靠技術(shù)進(jìn)步無法挽救農(nóng)業(yè)。農(nóng)民還是需要依靠傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)操作模式和土地管理辦法。例如，植物輪作就可以有助于打破害蟲的生命周期； 密集種植可以讓雜草沒有太多機(jī)會接受日照；恰當(dāng)剪枝則有利于空氣和陽光的流通，幫助植株干燥，避免霉菌繁殖等。
在加州梨園被一個個鏟掉后，農(nóng)民又種上了當(dāng)?shù)卦衅贩N，比如野生燕麥、黑麥草和牽?；?。這些植物都為害蟲的天敵提供了良好的生存環(huán)境。Zoller表示，有必要使用各種手段，包括最新的科技和最傳統(tǒng)的種植模式，共同保護(hù)農(nóng)作物和他們的收成。
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