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华南农业大学培育出少污染、节粮快生长的转基因猪

来源:www.e-wanjie.com 点击:1581

华南农业大学的科学家将微生物中的四种酶基因转移到猪基因组中,生产出污染显着减少、粮食保存和快速生长的转基因猪。

2017年,中国将投放6.88亿头生猪,投放4.33亿头生猪,猪肉总产量将达到5340万吨,约占世界生猪产量和猪肉产量的一半。如此大量的生猪养殖为我国居民提供了60%以上的肉制品,但也给环境保护和食品消费带来了巨大压力。其中,生猪粪便氮磷排放总量约占全国污染总量的20%和40%,生猪饲料消费占全国畜禽饲料消费总量的50%以上。

华南农业大学吴振芳教授的团队将微生物中的四种酶基因转移到猪基因组中,生产出氮磷污染显着降低、粮食保存和快速生长的转基因猪新品种,有望缓解养猪业的环境污染和粮食消费问题。研究结果将在不久的将来发表在着名的国际学术期刊《eLife》上。

担心养猪

自2016年6月猪肉价格创历史新高以来,“养猪周期”开始进入下行通道。据《中国商报》等媒体调查,2018年上半年,农民平均每头猪损失约200元,打破了农民的心理承受极限。

在养猪生产中,饲料成本占总成本的70% ~ 80%,是养猪场最重要的支出。因此,科学家希望从营养吸收利用、品种培育等方面提高饲料转化效率。从而节约饲料消耗,增加养猪效益。培育新的速生节粮猪品种一直是育种者的追求,但传统的育种方法难以同时兼顾,也就是说,如果追求速生要求在育肥猪中添加更多的饲料,势必会造成大量的饲料浪费,如果追求更少的饲料消耗,就会导致育肥猪生长缓慢。

猪饲料中的氮和磷是猪生长发育的基本元素。然而,由于猪消化道中缺乏一些关键消化酶,饲料中约2/3的氮和磷不能被猪利用,只能随粪便和尿液排出体外,浪费了大量饲料,对环境造成严重污染。畜禽粪便携带的磷主要以无机磷的形式存在。一旦排入自然环境,会造成土壤硬化和地下水污染,并造成水体富营养化,难以去除。根据《全国第一次污染源普查公报》 (2010),中国水产养殖业已成为主要污染源之一,产生的化学需氧量约占全国总排放量的44%,总氮约占全国总排放量的24%,总磷约占全国总排放量的42%。全国许多地区都出台了限制和禁止畜禽养殖的措施,以减少畜牧业对当地环境的污染。养猪业受到这些限制性措施的极大影响。随着养猪业规模的不断扩大和污染排放的集中,养猪业的发展空间将进一步受到限制。

有人问,既然养猪污染如此严重,我们能不能像解决我国大豆短缺一样,从国外进口大量猪肉来减少养猪量?不幸的是,世界猪肉出口总量仅相当于中国猪肉消费量的10%左右。显然,依靠进口来满足中国居民对猪肉的刚性需求是不可行的。有没有办法让猪长得更快,节约饲料,减少污染?“一石三鸟”研究发现,影响饲料养分消化的主要因素是饲料中的各种抗营养因子,其中主要成分是非淀粉多糖(NSP)和植酸。NSP是植物种子糊粉层细胞(富含蛋白质的区域)和胚乳细胞细胞壁的主要成分,其主要成分包括木聚糖、葡聚糖和纤维素

为了提高饲料中氮磷的转化效率,目前有两种成熟的解决方案。第一种解决方案是使用基因工程细菌或酵母从微生物中生产重组木聚糖酶、葡聚糖酶和植酸酶,然后将这些重组消化酶添加到猪饲料中。该解决方案已商业化30多年,并已广泛用于猪饲料生产。另一个计划是由中国农业科学院生物技术研究所范刘芸院士开发的植酸酶转基因玉米。植酸酶基因被转移到玉米基因组中,使玉米作为能量饲料携带自己的植酸酶,可以显着提高饲料中植酸磷的利用效率,减少磷的排放。该品种于2009年获得农业部颁发的转基因安全证书,并于2015年获得新的安全证书。预计它将成为第一个获准商业化种植的转基因饲料作物。

然而,这两种方案间接将来源于微生物的消化酶如木聚糖酶、葡聚糖酶和植酸酶添加到饲料中。在第一种方案中,重组消化酶的生产过程将产生新的环境污染和额外的能耗,而第二种方案仅解决磷的利用和排放问题,而不涉及氮的利用和污染问题。

因此,吴振芳教授的研究小组提出了第三个方案来提高饲料中氮和磷的利用效率。

研究组利用转基因技术和体细胞克隆技术,将微生物的四个基因,包括两个葡聚糖酶基因、一个木聚糖酶基因和一个植酸酶基因,同时引入猪基因组,从而培育出具有这四个基因的转基因克隆猪。在腮腺蛋白启动子的控制下,上述三种重组消化酶仅在猪的唾液腺中特异性分泌,而在其他组织中不表达。其次,这些消化酶随唾液进入猪的消化道,不断降解饲料中的非淀粉多糖和植酸磷,显着提高饲料中氮、磷、钙等营养物质的消化效率。

令人惊讶的是,与饲喂相同饲料的普通猪相比,转基因猪排出的粪便氮和磷的量可分别减少20%和45%以上,这些转基因猪的生长率和饲料转化率可分别增加20%和10%以上。根据张献伟博士和研究小组其他人的计算,当每头猪在低氮日粮条件下上市时,这些转基因猪可以节省近27公斤饲料,并缩短繁殖周期约30天。

这种转基因猪不仅环保,而且节省食物,长得很快。这可以描述为一石三鸟。如果以我国每年投放6亿头生猪计算,可以节省约1600万吨饲料,降低饲料成本近500亿元,这表明这些环保节粮转基因猪不仅可以减少环境污染,节约饲料,而且有望给农民带来巨大的经济效益。

这一环保节粮转基因猪的研究成果已获国家重大转基因生物新品种培育专项基金资助,并将于近期在着名的国际学术期刊《eLife》上发表。《eLife》杂志于2012年底由霍华德休斯医学研究所、德国马克斯普朗克学会和英国医学慈善机构威尔康信托发起。它很快成为在生命科学和生物医学领域具有重要影响的学术期刊。

他们什么时候会在餐桌上?

然而,这些环保和节省食物的转基因猪不容易出现在人们的餐桌上。

早在2001年,加拿大圭尔夫大学的科学家就在《自然生物技术》年(自然生物技术)宣布成功培育出一只环保转基因猪。在腮腺蛋白启动子的控制下,重组植酸酶在转基因猪唾液中表达,可减少粪便磷排放50%以上,达到75%。

这是世界上第一种环境友好的转基因动物。2010年2月,加拿大环境部(Environment Canada)宣布,圭尔夫大学培育的环保转基因猪符合加拿大环境保护的要求

然而,环境猪项目的过早死亡并不能阻止食品转基因动物产品的产业化。2015年11月,美国食品和药物管理局宣布,加拿大开发的一种快速生长的转基因鲑鱼产品可以上市。2016年5月,加拿大还批准了转基因鲑鱼的上市,而不需要转基因标签。目前,转基因鲑鱼产品已经在加拿大市场占据领先地位。快速生长的转基因鲑鱼是第一种供人类直接食用的转基因动物产品,这也为转基因动物的全球产业化打开了大门。

与加拿大环保转基因猪相比,华南农业大学培育的环保节粮转基因猪具有氮磷减排效果,综合性能更好。根据我国有关转基因生物安全评价的法律法规,转基因新品种产业化需要多个生物安全评价阶段,包括中间试验、环境释放、生产试验、安全证书申报等。重点评价转基因产品的食用安全性和环境安全性。至于什么时候能为工业发展服务,吴振芳教授说,“这项技术已经在储备中。这主要取决于国家审批的进展和公众的科学认知。”

(原标题:转移四个基因,这些猪是环保和节约食物)

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