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84農(nóng)業(yè)網(wǎng) 時(shí)間：2018-03-14 作者：佚名 來源：網(wǎng)絡(luò)整理
低碳經(jīng)濟(jì)是一種以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)模式，是人類社會(huì)在繼農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一次重大科技進(jìn)步。低碳經(jīng)濟(jì)成為今年“兩會(huì)”熱點(diǎn)問題。溫家寶總理在政府工作報(bào)告中明確提出：今年要加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，調(diào)整優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，大力推動(dòng)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、內(nèi)生增長(zhǎng)的發(fā)展軌道。低碳經(jīng)濟(jì)將成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的重要特征。作為新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一的生物育種在在低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代將扮演非常重要的角色。哥本哈根會(huì)議召開之前，我國(guó)政府宣布到2020年實(shí)現(xiàn)單位GDP二氧化碳排放比2005年降低40%—45%的目標(biāo)。要完成這一目標(biāo)，各行各業(yè)需共同努力，而通過發(fā)展農(nóng)業(yè)生物育種產(chǎn)業(yè)來實(shí)現(xiàn)低碳農(nóng)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(guó)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(guó)農(nóng)科院范云六院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組在第一代植酸酶產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的植酸酶基因，通過生物技術(shù)和傳統(tǒng)育種方法相結(jié)合，培育成功生產(chǎn)高活性植酸酶并穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因玉米。這是全球第一例通過綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式替代工業(yè)生產(chǎn)模式來生產(chǎn)植酸酶，堪稱低碳農(nóng)業(yè)的典范。
一、“零耗能”的植酸酶工廠
磷是動(dòng)物不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素，磷缺乏嚴(yán)重影響動(dòng)物生長(zhǎng)，導(dǎo)致動(dòng)物的生產(chǎn)性能低下。玉米、大豆等飼料原料中總磷含量非常豐富，65%以上以植酸磷形式存在。轉(zhuǎn)基因植酸酶玉米籽粒如同一座座威力無比的生產(chǎn)植酸酶的小工廠，這些植酸酶蛋白分子如同熟練的技術(shù)工人那樣把植酸這種原料加工成產(chǎn)品-即動(dòng)物能夠利用的磷形式。與別的工廠所不同的是，這些微型工廠不費(fèi)吹灰之力、不耗費(fèi)任何能量就可以生產(chǎn)出無數(shù)這樣的植酸酶蛋白。
上世紀(jì)九十年代我國(guó)開發(fā)的第一代植酸酶產(chǎn)品是用微生物發(fā)酵方式來生產(chǎn)的，但這種生產(chǎn)方式的能源消耗通常是生產(chǎn)成本的20%以上。近幾年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，但是我國(guó)的單位GDP能耗卻是發(fā)達(dá)國(guó)家的6-7倍。為此，探索低成本、節(jié)能降耗方式生產(chǎn)植酸酶的新技術(shù)在我國(guó)乃至全球都具有十分重要的意義。相比工業(yè)發(fā)酵方式植酸酶，以種子為載體、以農(nóng)業(yè)種植方式生產(chǎn)植酸酶具有以下兩大低碳經(jīng)濟(jì)特征。一是成本低，發(fā)酵方式需要廠房、發(fā)酵罐、產(chǎn)品后加工設(shè)備等專門的生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)過程需要耗費(fèi)化工原料;而以農(nóng)業(yè)方式生產(chǎn)，不需要專門的生產(chǎn)設(shè)備，玉米能利用陽光、水分等生產(chǎn)植酸酶，原材料的費(fèi)用極低。二是耗能少，發(fā)酵方式不僅生產(chǎn)過程需要消耗大量能量而且產(chǎn)品后加工也要耗費(fèi)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(nóng)業(yè)方式生產(chǎn)，生產(chǎn)過程無需耗能，不需要進(jìn)行后加工，生產(chǎn)的是直接飼用的富含植酸酶的玉米種子，不必進(jìn)行酶的提取和純化，酶能在種子中長(zhǎng)期穩(wěn)定保存，無需酶類產(chǎn)品特殊的保存條件及考慮產(chǎn)品的劑型，種子易于長(zhǎng)距離運(yùn)輸和普及推廣，因此非常節(jié)能。
二、保護(hù)磷礦的“超級(jí)衛(wèi)士”
植酸酶玉米籽粒工廠節(jié)約能源這種特點(diǎn)還可以從另外一個(gè)方面充分體現(xiàn)。飼料工業(yè)中，每噸飼料中需要添加13.5公斤磷酸氫鈣為動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育提供必需的磷元素。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，磷資源短缺的壓力已經(jīng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，給糧食價(jià)格帶來巨大上漲壓力。我國(guó)磷礦資源多為中低品位。據(jù)國(guó)土資源部統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有的磷富礦資源僅能維持我國(guó)使用10-15年。因此，磷礦資源已被國(guó)土資源部列為我國(guó)2010年后不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的20種礦產(chǎn)之一。中國(guó)飼料磷酸氫鈣產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、對(duì)自然資源破壞力大。據(jù)估計(jì)，今年我國(guó)飼料用磷酸氫鈣的需求量為100萬噸，2015年為150噸，至2020年將達(dá)到170萬噸。若使用植酸酶轉(zhuǎn)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(zhuǎn)基因玉米籽粒中的植酸酶可以分解其中的植酸為動(dòng)物提供磷元素，因此大部分磷酸氫鈣可以被替代，按每生產(chǎn)一噸飼料磷酸氫鈣需要磷礦1.5噸計(jì)算，則今年可以減少磷礦石的開采量達(dá)120萬噸，說明在玉米籽粒中生產(chǎn)植酸酶可以有效降低對(duì)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(chǎn)生的能耗以及對(duì)自然資源和環(huán)境的破壞。[pagebreak]
三、“點(diǎn)石成金”的神奇之手
消化道內(nèi)缺乏植酸酶的單胃動(dòng)物（豬、雞、鴨）和水產(chǎn)類（魚、蝦）無法有效利用玉米飼料中的植酸而造成磷源浪費(fèi)，未被動(dòng)物利用的植酸磷形成高磷糞便排出體外。隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展,畜禽糞便排放不斷增加，1999年，我國(guó)畜禽糞便產(chǎn)生總量約為19億噸，而同期全國(guó)各工業(yè)行業(yè)工業(yè)固體廢棄物為7.8億噸，畜禽糞便產(chǎn)生量是工業(yè)固體廢棄物的2.4倍，部分地區(qū)如河南、湖南、江西這一比例甚至超過4倍，除北京、天津、上海等少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)的城市地區(qū)外，大多數(shù)地區(qū)的值都超過了一倍以上。2002年，我國(guó)畜禽糞便產(chǎn)生量達(dá)27.5億噸，畜禽糞便每年流失至水體的總磷為34.5萬噸。2007年全國(guó)畜禽糞便年排放量已超40億噸，是工業(yè)有機(jī)污染物的4.1倍，且大多未經(jīng)處理直接排放，對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境帶來極大威脅。2010年，我國(guó)每年畜禽糞便產(chǎn)生量將達(dá)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(jìn)行有效的處理，將進(jìn)一步加重湖泊等水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境惡化問題，進(jìn)而威脅飲用水安全和農(nóng)產(chǎn)品安全。磷污染的治理是一個(gè)耗時(shí)、耗力、耗能的過程，是發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)需要克服的極大障礙。
有計(jì)算表明，至2015年動(dòng)物糞便排出的磷總量將達(dá)到375萬噸，而使用植酸酶玉米則可以減少動(dòng)物糞便磷排放140萬噸。當(dāng)植酸酶在玉米籽粒中高表達(dá)以后，它就如同一只化腐朽為神奇的手，把植酸磷這種“廢物”點(diǎn)石成金，轉(zhuǎn)化成為能被動(dòng)物所利用的磷，可謂是一舉兩得：既減少了植酸磷糞便對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)經(jīng)動(dòng)物吸收利用后也大大提高了動(dòng)物的生產(chǎn)性能。
四、安全可靠的植酸酶玉米
轉(zhuǎn)基因植酸酶玉米是把在飼料生產(chǎn)中需要額外添加植酸酶這一程序轉(zhuǎn)化為由玉米籽粒自身來生產(chǎn)出植酸酶。植酸酶可以把玉米、大豆等飼料原料中大量存在的植酸磷分解成無機(jī)磷，解決單胃動(dòng)物缺乏植酸酶，無法有效利用飼料原料中含量豐富的植酸磷的問題，提高單胃動(dòng)物對(duì)飼料磷的利用率和動(dòng)物的生產(chǎn)性能，降低動(dòng)物糞便中磷的排泄量。從而減少或免去為滿足動(dòng)物生長(zhǎng)對(duì)磷的需求在飼料中添加磷酸氫鈣的使用量。
歐盟各成員國(guó)、加拿大以及美國(guó)等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家早在上世紀(jì)九十年代在養(yǎng)殖業(yè)中就把它作為一種“綠色磷”用以取代傳統(tǒng)的無機(jī)磷酸鹽；并制定了強(qiáng)制使用植酸酶的相應(yīng)政策，我國(guó)在飼料中使用植酸酶也已經(jīng)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、大麥、水稻、玉米、大豆、菜豆、綠豆、豌豆、番茄、白芥菜、馬鈴薯、蘿卜、萵苣、菠菜、百合花粉等我們?nèi)粘Ｊ秤玫募Z食作物、飼料和蔬菜作物中，中國(guó)農(nóng)科院范云六院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組研發(fā)的轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米所表達(dá)的植酸酶和小麥等植物中的植酸酶是同一類酶，人類或動(dòng)物已有長(zhǎng)期安全食用或飼用的歷史。
我國(guó)政府十分重視農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理工作，堅(jiān)持立法先行、有法可依、執(zhí)法保障、已經(jīng)形成了一整套適合我國(guó)國(guó)情并與國(guó)際慣例相銜接的法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)程和管理體系，轉(zhuǎn)基因植酸酶玉米這一成果經(jīng)過了長(zhǎng)達(dá)6年的一系列復(fù)雜嚴(yán)格的國(guó)家安全性評(píng)審程序，表明它的安全性與普通玉米實(shí)質(zhì)完全等同。
【結(jié) 語】
植酸酶玉米研制的成功是我國(guó)科學(xué)家獨(dú)立自主、積極創(chuàng)新的結(jié)果，擁有全部的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米對(duì)新一代GMO和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品朝環(huán)境友好、營(yíng)養(yǎng)平衡、節(jié)能生產(chǎn)方向發(fā)展具有重要的引領(lǐng)作用，對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。它的產(chǎn)業(yè)化將是我國(guó)作物生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中具有劃時(shí)代意義的里程碑，是我國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中繼轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉后又一個(gè)具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ霓r(nóng)業(yè)高科技新興產(chǎn)業(yè)。轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米的產(chǎn)業(yè)化對(duì)提高我國(guó)玉米種業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和促進(jìn)飼料及養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大影響和貢獻(xiàn)，并使我國(guó)在當(dāng)今農(nóng)業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的激烈國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。
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