来源：我是科学家iScientist
在转基因食品安全性充满争议的情况下，人们为何还热衷于转基因作物呢？一个重要原因：转基因作物可以增产，是解决世界未来粮食短缺的唯一途径。但是，也有不少报道表明转基因作物并不能增产。“国内外无数的研究和实践反复证明，转基因作物不能增产，迄今世界上还没有任何一种转基因作物是增产的，连美国农业部（USDA）都不得不承认，转基因作物没有提高产量甚至还有可能下降[1]。”今天的作者向大家讲解转基因是否真的不能增产。
美国农业部的说法
美国农业部于2014年2月中旬发布了一份名为《转基因作物在美国》（Genetically Engineered Crops in the United States）的报告[2]，对从1996年开始种植转基因作物以来的全国形势进行了总结。在该报告第二部分《美国农民对转基因技术的使用》（Adoption of GE Crops by U.S。 Farmers）中，对转基因农作物的产量情况进行了清晰明确的说明。
该报告的“表四”中明确的列举了5类转基因作物（抗除草剂大豆、抗除草剂棉花、抗除草剂玉米、转Bt棉花、转Bt玉米）在多次不同的田间试验或大田实测数据中获得的产量、农药用量和净回报数据（美国农业部报告第13页，表4，下同）。对于产量来说，除了唯一一个样品中，抗除草剂大豆的产量有轻微降低（small decrease）外，其他数据中产量评价均为“增加”或“无差异”。
图片来源：本表编译自美国农业部的Genetically Engineered Crops in the United States报告
在个案分析中，报告指出，转Bt作物由于减轻了虫害造成的损失，因此得以增产。例如，2010年，转Bt玉米由于对玉米螟的抗性，使得平均产量达到每英亩（1英亩约合0.4公顷）159.2蒲式耳（1蒲式耳玉米约为25.4千克），而相比之下非转基因玉米平均产量则为132.7蒲式耳，两者间差异为显著水平。
对于除草剂抗性作物来说，报告指出除了个别调查中产量略有下降，大部分产量则得到了提高。综合来说，每增加10%的抗除草剂玉米种植，可以带来0.3%的产量增加；而每增加10%的抗除草剂大豆种植，带来产量增加可达1.7%。
同时，报告还指出，对于同时具有多个转基因性状（如带有多个抗虫基因和/或抗除草剂基因）的转基因作物，其产量也高于非转基因作物，例如带有2个除草剂抗性和3个抗虫基因的转基因玉米，其产量可达每英亩171蒲式耳，而传统玉米则只有134蒲式耳。
由于中国并没有批准转基因粮食作物的种植，因此只能比较广泛种植的转基因棉花产量。在刚开始种植转基因棉花的2000年，我国棉花平均每公顷产量只有约1.02吨，而在转基因棉花种植面积超过70%的2012年，这一数字增长到了1.44吨[3]。
此外，有人还指出，美国大豆和玉米的单位产量在16年中每年的增长率都有所下降，大豆从年增长2.18%降到0.82%，玉米则是从3.94%降到1.58%，出现了“负增长”，而我国的棉花产量也出现了同样的现象，由此说明“转基因作物增产是谎言”。
这里实际犯了一个简单的数学错误，将“增长率趋缓”理解成了“产量降低”。事实上，不管转基因作物还是非转基因作物，其单位产量-时间曲线都是一个斜率逐渐减小的曲线，这是由于作物的单位产量不可能无限增加。因此在通过技术提升挖掘作物产量潜力时，其单产的增幅必然逐渐降低，在最优化的种植条件下，单位产量达到最高，而其后，除非更换作物品种或技术革命，其增长率都接近于零。因此用单产增长率的降低说事，实际上是不了解单产制约因素所致。
综上，正像美国农业部报告结论中提到的那样，种植转基因作物为农户带来了包括增加产量在内的多种利益，而不是谣言中所谓的“不得不承认，转基因作物没有提高产量甚至还有可能下降”。
产量由什么决定
也许有人会说，虽然报告指出从总体转基因作物能够增加产量，但为什么调查中有的作物产量是“没有显著差异”甚至“轻微降低”呢？这要从转基因作物的特性回答。
在转基因作物研发过程中，人们最为关心的是两个问题，首先，引入的基因是否进行了表达，产生了人们期望的性状；第二，引入基因后是不是引起了其他非目标性状的出现？对于前者来说，这保证了转基因作物的有效性，而后者则是保证转基因作物的可控性。在研发过程中产生的大量转基因株系，都需要依据以上两条原则，通过严密的筛选过程，来筛选到目的性状符合预期，同时没有产生非预期性状的转基因作物。这样的作物，才有可能进入下一步的审批环节。
转基因植物的培育流程（没有显示筛选过程）。图片编译自：http://www.dna2life.com/
由此可以看到，转基因作物，其实只是在其亲本作物的基础上，依靠外源基因获得一个或几个新的性状。因此除了目标性状外，其他性状不应发生任何变化（发生其他变化，特别是不良变化的植株在筛选过程就被剔除了）。而同时我们也看到，目前广泛种植的转基因作物引入的是抗除草剂或抗虫基因，没有涉及到关于产量的基因。而对于控制作物产量的基因（如决定果实和籽粒数量、大小、品质的基因等），转基因作物和其转基因前的亲本作物并没有差别。因此从理论上说，二者在产量上本身就不会具有差异。
那么，既然控制产量的基因没有差异，为什么会出现报告中表现的“增产”现象呢？事实上，“产量不会产生差异”的前提是处于没有杂草虫害、水肥气候一致的理想情况。然而在实际环境下，杂草和害虫的侵袭，水肥环境的差异，都可造成产量的差异。由于抗虫转基因作物能够抵御害虫，抗除草剂作物能够方便的去除杂草，这都减少了由于虫害和杂草造成的产量损失，因此从最终产量看形成了转基因作物增产的现象。
要产量还是要成本？
产量的确是衡量作物农艺特性最重要的指标之一，但产量并不是农艺性状的全部。事实上，在商品化的作物市场，作物的生产成本也是十分重要的。
在改革开放之前，由于我国粮食单产低，粮食供给不足，吃饱饭都是问题，因此产量成为了作物育种的硬指标。经过数十年的努力，粮食作物的供给基本达到了满足（水稻、小麦、玉米等自给率达到95%以上），但随着民众生活水平的提高，对于油脂以及肉禽蛋奶等动物制品的需求量增加，使得一些作为油脂和饲料来源的作物，如大豆、玉米和油菜的需求量激增。
例如2013我国大豆产量为1200万吨左右，需求量则超过7500万吨[4]。一方面，如此巨大的缺口只能通过进口弥补，而进口大豆绝大多数为转基因大豆。另一方面，供不应求的市场推高了市场价格。因此，粮食价格作为粮食安全的重要表现方面，需要进行有效的控制，而价格的直接影响因素之一就是生产成本。
在农业生产过程中，物料成本和人力成本占到了总成本的80%左右。因此降低这部分成本可以有效的降低生产成本，从而提升农民收入，并降低产品市场价格。对于目前广泛种植的转基因作物来说，在农民收益方面，虽然转基因种子价格比传统种子高25%左右，但由于减少了农药施用、农机使用以及人员劳动费用，弥补了转基因作物种子的价格劣势，这对于大型农场种植者来说尤为如此。
美国农业部的报告指出，在2005年每多种10%的转Bt玉米，可以增长1.7%的净回报，而到了2010年，该数字则增长为2.3%（第20页）。对于转基因大豆来说，尽管报告显示种植者的收益增加并不显著，但转基因大豆的种植则可以显著下降大豆及其相关产品（包括豆油、动物制品等）的价格。举例来说，转基因大豆价格可以比常规大豆低近20%[5]，使用转基因大豆可以让油脂企业获得更多利润，同时油脂价格更低。这是造成国内油脂和饲料生产企业偏好选择进口大豆的主要原因。这一点同时也体现在转基因大豆油与非转基因大豆油的价格差异上。
转基因作物推广降低了农药的使用量。图片编译自美国农业部。
对于目前广泛种植的转基因作物来说，其最主要的目的是降低生产成本，从而降低其价格，同时提高其在国际市场上的竞争力。产量虽然重要，但其生产成本对于商业化来说更为重要。一味追求产量而不顾及成本的作物，在市场经济环境下是缺乏竞争力的。
向着“多快好省”而努力
事实上，产量的提升和收益的增加并非转基因作物种植面积迅速增加的全部原因。在USDA的报告中我们能清楚的看到，吸引农户种植转基因作物的，除了增加的产量外，另一个重要的因素就是能够节约农田管理时间，从更容易而参加其他活动（第12页）。而参加其他活动则可以带来其他额外的收益。这一点对于正在进行城镇化改革的中国来说尤为重要：转基因作物的种植更加节省劳动力，使得少数人口就可管理极大面积的农田。这可以让更多的农民从土地的束缚中解脱出来，从而进入城镇进行制造业和服务业等工作。而大面积的农田则更有利于集约型的现代农业生产。可以说，转基因作物已经达到了“省”的要求。
美国农民选择种植转基因作物的原因。 图片来源：编译自美国农业部。
“转基因不能增产”的无端指责，这也是转基因作物研发进一步的动力。目前种植的转基因作物，“省”带来的好处，更多的是被生产者和流通者感知到。普通消费者对于价格下降带来的好处感知并不强烈。因此对于新一代转基因作物来说，在“省”的基础上，还要达到“多、快、好”，从而同时也让消费者切实感到转基因技术对生活带来的好处。
对于“多”来说，可以通过合并目前已发现的大粒、多分蘖、小叶倾角、高结实率、抗盐、抗旱等基因，从而从根本上提高转基因作物的产量。
“快”包含两个含义，即研发快和生长快。转基因技术由于其转入的是特定形状的基因，经少数几代筛选即可固定形状，相比传统的杂交育种等手段来说可节省数年的时间。同时，对于新一代转基因作物，加快其生长速率，增加土地利用率，这也是重要的研发方向。
最后，不仅要“多快省”，还需要提升转基因作物的品质。目前，已经有多种具有更好品质的转基因作物被研发出来，例如，大米由于其天然的对镉的偏好性，容易使得大米中镉含量偏高。而我国科研人员通过转基因技术，改变已发现的水稻镉吸收机制。依此研发出低镉水稻，对减轻镉对我国民众健康的威胁有着重要的实际意义。我们相信，随着现代农业技术的进一步发展，更多“多快好省”的新型转基因作物将会造福人类。
结 论
“转基因作物不能增产”“USDA都不承认”等言论，是严重违背客观事实的。虽然现阶段广泛商业化种植的转基因作物并不以增产为直接目的，但因为其减少了虫害和杂草造成的损失，因此在客观上使得转基因作物相比传统作物产量增加。而转基因作物带来的成本下降，提高了农民的收益并降低了农产品价格。有着更高产量和其他更优良特性的转基因作物，是下一代转基因作物研发的方向。
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