抗蟲作物的末日即將來臨？

若您聽過「基改作物」這個名詞，事實上不管它們被稱為轉基因作物（transgenic organisms），或是基改作物（genetically modified organisms，GMO），目前的基改作物，最大宗的大致上可以分為兩種：

1. 抗殺草劑：這部分目前在市面上主要是抗年年春（嘉磷塞，glyphosate）。
2. 抗蟲：這部分目前在市面上主要為帶有蘇力菌（Bacillus thuringiensis）的結晶蛋白（δ-endotoxin，俗稱Bt toxin）。

目前抗殺草劑的作物，由於雜草已經逐漸演化出對年年春的抗性，已漸漸失去神效；至於抗蟲作物呢？

source：wiki

首先我們來回顧一下抗蟲作物的歷史。蘇力菌最早用於有機農業，以噴灑孢子的方式來殺滅鱗翅目（Lepidoptera，如蝴蝶、蛾等）害蟲。抗蟲作物在1996年第一次上市，當時的作物僅含有單一結晶蛋白；但為了預防極可能發生（也真的發生了）的抗性，研究團隊開始發展含有多個結晶蛋白的抗蟲作物（pyramided Bt crops，以下略稱為多重抗蟲作物），並於2002年上市。

在這六年間，難道沒有抗Bt害蟲出現嗎？答案是：有的。事實上，在1985年便已經發現對Bt產生抗性的印度谷螟（Plodia interpunctella）。因此，在抗蟲作物上市後，各國都要求種植抗蟲作物的農民必需設置隔離區（refuge）。隔離區是什麼呢？就是在種植抗蟲作物的田地旁邊，種植不帶有抗蟲基因的農作物。這些農作物提供害蟲生長繁殖的地區，當抗性害蟲出現時，由於基因突變通常頻率不高，因此在有隔離區的狀況下，抗性害蟲為少數，於是抗性害蟲有較高的機率與不具抗性的害蟲交配。在抗性基因為隱性突變的前提下，當抗性害蟲與不具抗性的害蟲交配後，所生出的子代便不具有抗性，當他們食用了抗蟲作物後，便會死亡。

印度谷螟。圖片來源：wiki

但是，隔離區要奏效，必需要有許多因素配合。首先，隔離區要夠大（至少要佔農地的20%），如果不夠大、或是農民在隔離區噴灑農藥殺死害蟲，那麼隔離區就沒有用了。接著，基因突變的頻率要夠低，而且突變基因要是隱性。如果是顯性、或是突變的頻率偏高，那麼隔離區必需要擴大到至少為種植抗蟲作物的一半面積，才有可能延遲抗性害蟲的出現20年（這裡說的不是不會出現喔！）。再來是，不論在作物的哪一個階段，抗蟲作物裡面的結晶蛋白要能夠殺死幾乎全部的害蟲；也就是說，作物內的抗蟲蛋白不僅要有效，而且濃度要穩定。最後，如果抗性突變使害蟲在不含有抗蟲基因的作物上的競爭力減弱，這也可以使抗性害蟲晚些出現。

但是，目前已經知道，當作物開始開花結果的時期，抗蟲蛋白的濃度會降低。這時候就代表原先設計的隔離區要擴大了！可是隔離區越大，代表收益越差；因為隔離區就是要用來養蟲，所以在隔離區能收穫的農作物一定不多、賣相也差。

所以，農民們無不企盼著多重抗蟲作物的上市，能解決這些問題。不過，真的解決了嗎？

答案是，在一些條件能配合的狀況下，多重抗蟲作物可以有較小（注意：不是沒有）的隔離區。

什麼條件呢？首先，隔離區當然還是不能噴農藥；接著，害蟲對於不同的結晶蛋白間，不存在著交叉作用（cross-reactivity）。最後，最好是所有的農田一次全部換成多重抗蟲作物。當然，基因突變率、突變基因為隱性或顯性、抗蟲蛋白的濃度的穩定性還是都要列入考慮的。

那麼，從2002年到現在，有新的抗性害蟲出現了嗎？

答案是：有，而且很多。將2005年與2010年相比，有五個區域（包括了南美洲、美國與印度）都出現了超過一半的害蟲出現抗性，這使得抗蟲玉米的功效變差了（下圖紅色部分）。而在2005年時，只有棉鈴蟲（Helicoverpa zea）出現抗性，但是在2010年時，除了棉鈴蟲以外，玉米秸稈螟（Busseola fusca）、西方玉米根蟲（Diabrotica virgifera virgifera）、斜紋夜蛾（Spodoptera frugiperda）、棉紅鈴蟲（Pectinophora gossypiella）都出現了抗性；而結晶蛋白依然有效的區域（下圖綠色部分），已由2005年的絕大多數，退到不到三分之一了。

2005與2010年抗性害蟲出現情形。圖片來源：Nature Biotechnology