欢迎来到我的转基因系列第三篇文章，旨在扩展我为《科学美国人》七月刊撰写的一篇报道。在这篇文章中，我将讨论抗除草剂作物——这是目前市场上最常见的转基因作物之一——以及这项技术的利弊。尽管你可能听到过各种说法，但它确实有利也有弊。而且情况很复杂。
农民们一直在与田间的病虫害作斗争，无论是昆虫还是杂草。无论是什么类型的耕作——有机、常规，还是其他任何方式——在这两方面都需要一定程度的干预。每一次干预都会带来成本，无论是经济上的、环境上的，还是两者的结合。
澳大利亚西澳大学的植物科学家、澳大利亚除草剂抗性联盟主任Steve Powles表示，对于杂草，有几种常见的工具。第一种是良好的农艺管理，包括维持作物营养；轮作覆盖作物以促进土壤健康；以及保持作物行距相当紧凑，这样杂草就没有足够的空间——以及最终，当作物长得足够高形成冠层时，也没有足够的阳光——来生长。健康、规划良好的田地有助于抑制杂草。
然而，杂草仍然会生长，所以有各种方法来杀死它们，包括：机械方法（耕作或手工除草）、热力方法（用丙烷喷灯“烧毁”）和化学方法（除草剂）。
每种方法都有缺点。耕作会侵蚀土壤，这意味着土壤不仅健康状况下降，无法支持作物生长，而且还会污染水道，扼杀水生动植物。火焰喷射有明显的安全和污染问题。过度使用除草剂可能会导致杂草产生抗药性，因为有些杂草不可避免地会抵抗化学物质，并产生同样顽强的后代——这是进化的必然。过多的除草剂也会导致各种环境问题，尽管这些问题因化学物质而异。即使是轮作，至少在短期内也存在经济上的劣势，因为一些覆盖作物在市场上价格不高。
Powles说，控制杂草的最佳选择是根据特定地块的实际情况，结合使用所有这些策略。至于除草剂和潜在的抗药性问题，他补充道：“如果你用一种除草剂获得了很好的杂草控制效果，那就暂时停用它一段时间。”
本以为很容易解决的问题
在发达国家，自20世纪中叶以来，常规农民一直严重依赖化学除草剂。1996年，孟山都公司通过推出抗除草剂大豆（其他作物随后也上市）使化学除草更加容易。这些种子经过基因工程改造，能够抵抗一种名为草甘膦的广谱除草剂（商品名为 Roundup Ready），这意味着农民可以种植作物，在田地里喷洒除草剂，然后就大功告成了。美国农业部农业研究局的植物生理学家兼草甘膦专家Stephen Duke表示，孟山都并没有引发对除草剂的迷恋，而是延长了这种迷恋：“它延续了我们对除草剂的依赖，但即使在没有转基因作物的情况下，我们也已经非常依赖除草剂了。它并没有真正改变什么——只是改变了我们使用的除草剂种类。”
Roundup Ready系统的优点是农民可以停止耕作，从而避免了相关的环境问题。草甘膦的毒性也较低——比咖啡因的毒性还低。安大略省圭尔夫大学的环境毒理学家兼农药毒理学专家Keith Solomon说：“就环境和人类健康而言，它可能是最安全的除草剂之一。”
随着Roundup Ready转基因作物越来越受欢迎，草甘膦取代了以前的一些化学物质，其中一些毒性更大。这也被一些人视为一个优势。但它也付出了代价。怀俄明大学的杂草生态学家Andrew Kniss说：“我们看到草甘膦抗性杂草的数量急剧增加，这完全在意料之中，因为使用量增加了。”有时，媒体将这些杂草称为“超级杂草”，尽管Kniss认为这是一个不恰当的说法。并非是转基因作物中的抗除草剂基因与杂草混合导致了抗性；相反，这只是老式的进化问题。
根据佐治亚大学的杂草科学家Stanley Culpepper的说法，在美国，最严重的杂草问题是抗草甘膦的苋属植物，这种杂草大约十年前首次在佐治亚州被发现。他补充说，从那时起，该行业已经花费了10亿美元来控制这种杂草。许多农民不得不回归手工除草。
如今，抗性苋属植物已经蔓延到美国南部以及中西部，最北可达明尼苏达州，部分原因是农业系统的联系日益紧密。例如，北方各州的农民可能会从南方的农场购买种子 stock 或农用设备，这些农场可能无意中混入了抗性种子，或者设备上沾染了抗性种子。这个问题因许多农场依赖草甘膦，而不是轮作不同的除草剂或使用其他杂草控制策略，导致抗性杂草不受控制地蔓延，而进一步加剧。
更糟糕的是，澳大利亚Powles小组的研究表明，抗草甘膦苋属植物的基因变化并没有给植物带来巨大的成本。换句话说，即使在没有草甘膦的情况下，这种植物仍然具有抗性。这意味着在一些抗性泛滥的田地里，除草剂完全失效了——我们不能简单地停用草甘膦几年然后恢复使用，因为苋属植物仍然具有免疫力。
我们能打破除草剂的循环吗？
阿肯色大学的杂草科学家Jason Norsworthy表示，开发一种新的农药活性成分需要高达2.56亿美元和大约九年的时间。而对于除草剂，目前没有新的选择。他补充说，上一款新除草剂是20世纪80年代推出的。“这就像爬山，爬悬崖。我们积累了越来越多的抗性杂草，却没有积累新的作用机制。在某个时刻，我们会跌下悬崖。”
即使化学公司找到了可能成为除草剂的新分子，它可能也无法像草甘膦那样强大或有用。Norsworthy补充说，在他有生之年，“我永远也看不到另一种除草剂在全球农业中产生草甘膦那样的影响。”
随着草甘膦在许多田地里的效果下降，生物技术公司正准备推出使用旧化学物质（包括2,4-D和二氯吡啶酸）的新型抗除草剂转基因作物。（前者常在媒体中被称为橙剂除草剂，但这并不完全准确。橙剂是2,4-D和另一种名为2,4,5-T的除草剂的混合物。在橙剂生产中，2,4,5-T被一种危险的二恶英污染，这很可能导致你听说的健康问题。）
我采访过的许多专家都担心农民会将新的抗除草剂转基因作物视为万能药，从而引发新一代抗性杂草。尽管如此，这可能不像草甘膦问题那样普遍，因为2,4-D对植物的作用范围不如草甘膦广泛，也可能不会像草甘膦那样被广泛使用（例如，2,4-D对禾本科植物无效）。
尽管如此，过度使用仍然令人担忧。Norsworthy说：“作为一个农业社会，我们必须摆脱那种在除草剂失效之前就不断使用的习惯，并指望产业界用新的作用机制来拯救我们。”
Powles曾在澳大利亚成功对抗除草剂抗性杂草，远早于美国出现草甘膦问题。他对此表示赞同。关键在于通过多样化杂草控制来减轻对除草剂的依赖。Powles说，美国及其他国家的农民必须采取多管齐下的方法。这包括良好的农艺管理和各种机械策略，以及定期轮作除草剂，应酌情谨慎使用。“我绝对相信，在美国可以控制除草剂抗性，”他补充道。“但这需要对当前的范式——当前人们的思维方式——进行非常大的改变，即‘什么除草剂，用什么方法’。”
一些州已经在实施多样化的杂草战略，包括Culpepper在佐治亚州监管的农场。但全国乃至全世界的农民是否会广泛采用这种方法，还有待观察。
所以，TL;DR（总而言之）的版本是，虽然抗除草剂转基因作物在导致草甘膦抗性方面发挥了重要作用，但它们是现代农业中更广泛的系统性问题的一部分，那就是过度依赖除草剂。理想的情况是制定一个多样化的杂草控制方案——根据农场的地点和其他细节量身定制。我采访过的所有科学家都认为，转基因作物可以在可持续的杂草控制系统中发挥作用，但前提是不要过度使用。当然，生物技术公司有推动其产品的动力，这肯定会导致过度使用，从而产生抗性。我没有解决这个问题的答案，尽管正如Kniss告诉我，公共资金用于杂草管理会有所帮助。
你怎么看？在除草剂使用方面，我们如何明智地使用转基因作物，以便在获得技术优势的同时，为我们的农场保持最佳的杂草控制系统？与我之前的转基因帖子一样，我将开放评论。请遵守两条简单的规则：保持话题相关，并保持礼貌。
更新于2017年3月30日：本文早期版本曾指出，佐治亚州农民在过去十年中花费了10亿美元手工除草棉田，这是不准确的。农民们花费了10亿美元，通过包括手工除草、除草剂等各种杂草管理方式来控制苋属植物。
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延伸阅读
关于我们如何打破抗性循环的更多信息，请阅读：Nathanael Johnson在Grist上发表的《我们如何反击除草剂抗性超级杂草》。
关于2,4-D转基因作物争议的更多信息，请阅读：Brandon Keim在Wired上发表的《下一代转基因作物已问世——争议也随之而来》。
