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表現多種抗蟲毒素的轉殖作物就可以萬無一失嗎?

棉鈴蟲(Helicoverpa zea)

人類與害蟲的戰爭永無休止,但目前看來人類要取得勝利並沒有這麼容易。

棉鈴蟲(Helicoverpa zea )是危害農作物的幾種主要害蟲之一,幼蟲期的牠胃口奇佳,可以危害玉米、棉花、蕃茄等作物。自從發現了蘇力菌(Bacillus thuringiensis)以及它的的結晶蛋白的殺蟲效果之後(1),目前人類已經成功的將結晶蛋白的基因植入植物中。

這些轉殖作物在1996年第一次正式大量栽種,但很快地,棉鈴蟲便發展出了抗藥性。

於是科學家們便發展出新的轉殖作物。這種新的轉殖作物同時帶有兩個不同的結晶蛋白;理論上,如果其中一種結晶蛋白無法殺死害蟲,另一種也會發生功效。

但是,亞利桑納大學的昆蟲學家們卻發現:已經對單一結晶蛋白有抗藥性的棉鈴蟲,對於另一種結晶蛋白也會有不同程度的抗藥性。相較於不具抗藥性的棉鈴蟲,具有抗藥性的棉鈴蟲在帶有兩個不同結晶蛋白的轉殖玉米上的存活率要高得多(2)。

而且,當研究團隊試驗其他七種不同的害蟲時,他們也觀察到交叉抗藥性的存在。交叉抗藥性可使這些害蟲更快發展出對抗新藥的武器,也會使得我們苦心孤詣發明出來的殺蟲良方很快就失去功效。

更麻煩的是,研究團隊發現抗結晶蛋白的基因是顯性遺傳,這使得抗藥基因可以很容易透過交配在下一代就發揮功效。

大部分的基因突變都是隱性遺傳,由於隱性遺傳在交配後的第一代(F1)不具有性狀,因此突變基因要延續下去並不容易;需要有兩個突變的物種交配之後,第一代裡面會有25%的機率才會表現出突變基因具有的性狀。但是顯性遺傳會使交配後的第一代至少一半具有抗藥性。這也使得「refuge」的使用更重要。

「refuge」是什麼呢?原來農夫在種植具有抗蟲基因的轉殖作物時,會留下一部份農地種植不帶有抗蟲基因的農作物;這些農作物可以讓不具有抗藥基因的害蟲持續存活,也可以延緩具有抗藥能力的害蟲出現的時間。

但由於過去美國環保署(EPA)對於結晶蛋白(Bt toxin)的前景太過樂觀,因此也沒有特別要求種植抗蟲轉殖作物的農民要留下一定的面積作為「refuge」。

或許這也間接造成抗藥性棉鈴蟲的大量出現?不論如何,亞利桑納州的研究團隊發現,對於抗結晶蛋白的棉鈴蟲,只留下十分之一的田地作為「refuge」是不夠的,至少要留下三成到四成的田地來作為「refuge」,才有可能延緩具有抗藥性的棉鈴蟲的全面反撲。

不過,依據本文(3)裡面的資料,目前美國種植轉殖玉米約佔全體玉米產量的90%;所以要如何達到30-40%呢?看情形棉鈴蟲的全面反撲只是早晚的事了,唉!

參考資料:

  1. Bacillus thuringiensis. 2013. Wikipedia.
  2. Multi-toxin biotech crops not silver bullets, scientists warn
  3. T. Brévaulta, S. Heuberger, M. Zhang, C. Ellers-Kirk, X. Ni, L. Masson, X. Li, B. E. Tabashnik, and Y. Carrière 2013. Potentialshortfall of pyramided transgenic cotton for insect resistance management. Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

關於作者

葉綠舒

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