圣路易斯——在一个不起眼的地下实验室里，穿着牛仔裤的工程师们手持蓝图，在未完工的地板上拖着梯子，一边闲聊着红雀队（Cardinals），一边拧紧一个新原型设备的螺栓。乍一看，这里就像美国任何一个机械车间。
但当你注意到卷曲着萌发出的纤细大豆幼苗，它们的根须缠绕在塞满土壤的试管中，你就会想起——这里的一切都与种子有关。
孟山都公司生产了世界上90%的转基因作物，它结合了古老的技术——杂交不同植物以产生期望的性状——以及最先进的技术，从基因组研究到NASA级别的机械工程。
孟山都公司最初是一家化学公司，生产过一些世界上最具争议的物质——糖精、DDT、PCBs、橙剂——之后才发展成为今天的生物技术巨头。其发展历程一直伴随着争议，包括起诉农民、不公平贸易行为的指控等等。该公司生产除草剂“农达”，同时也生产基因经过工程改造以抵抗“农达”活性除草成分的种子。如今，美国绝大多数的大豆、玉米、甜菜和油菜籽都带有这些工程基因。
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每一粒种子背后都至少有十年的研究，涉及遗传学家、工程师和农民，他们致力于培育出能够精确生长并以大自然可能未曾设想过的方式生长的种子。以下是具体做法。
第一步：寻找新性状
孟山都公司技术勘探部主管Ginny Ursin一生都在研究植物；她10岁时就在前院搭建了一个简易温室。她说，这个温室建造得非常牢固，以至于一名城市建筑检查员过来询问是否需要许可证。在加州大学戴维斯分校获得遗传学博士学位后，她研究了植物积累油脂的生化途径。她花了十多年时间开发一种新型的欧米伽-3大豆，这种大豆实际上能产生一种前体脂肪酸，人体可以将其转化为有益心脏健康的欧米伽-3——无需鱼类即可获得鱼油。它的历史包括阿拉斯加的野花、一种用于印尼烹饪的霉菌以及多年的耐心培育。
要生产转基因生物，必须确定植物所需的性状，并找到其他哪些生物已经具备这种性状。这既需要运气，也需要仔细的搜索——孟山都公司最初生产“耐农达”的抗草甘膦植物，使用的是在农达工厂附近发现的细菌的基因。Ursin仔细阅读了阐述生物体脂肪酸组成的科学书籍，测试了数百种花卉和真菌，最终将生命之网缩小到在月见草和一种名为神经孢菌的霉菌中发现的两种脂肪酸生成酶。
培育转基因大豆种子也涉及到对植物本身进行测试，以找出最有价值的样本。孟山都公司发明了一些尖端技术，以帮助其科学家提高这一步骤的效率。
第二步：提取基因
过去，研究单个种子的基因密码需要种植种子，将植物培育到一定大小，然后用打孔器剪下一片叶子收集样本。但孟山都公司自动化工程部主管Kevin Deppermann解释说，这是一个耗时且资源消耗巨大的过程，因此研究种子本身更为容易。这需要将种子磨碎，但这也同样不方便，因为磨碎的种子就无法播种了。为了解决这个问题，孟山都的工程师发明了一种特殊的切片装置，它只刮下种子的一小部分，并将其磨成粉末，以便用基因组测绘技术进行分析。与此同时，剩余的可用的种子被保存起来用于播种和培育。
“现在，我们可以在种子下地之前就知道它含有哪些基因了，”Deppermann说。
Deppermann吹嘘说，他最近从NASA喷气推进实验室挖来了一名工程师，他相信凭借正确的工具，孟山都公司将能够实现到2030年作物产量翻三番、同时资源消耗减少三分之二的目标。他说，孟山都公司去年已申请专利的切片机就是这样一种工具。一股空气将切下的薄片与种子其余部分分离；条形码系统确保两者之后可以进行匹配。该设备的大小与家用空调相当，每秒可以切一片种子。切下的薄片被磨成细粉，并使用公司内部开发的自动化高通量基因分型系统进行分析。
为大豆设计切片机很容易，因为大豆种子的形状使其总是以特定的方式掉落。但玉米粒形状各异，如果不小心刮掉了错误的部分，可能会杀死胚胎。孟山都公司的玉米切片机使用摄像头和物体识别算法来确定每粒种子应如何对齐以进行正确切片。用于甜瓜和其他水果的下一代切片机配备了每秒拍摄10万帧的摄像头——所有这些都是为了帮助遗传学家更快地发现新性状。
第三步：“性状插入”
现在你已经获得了基因，下一步就是将它们插入植物中。有几种方法可以做到这一点，包括使用“基因枪”，它们会发射DNA片段。0.22口径的弹药将涂有DNA的金属颗粒射入植物组织。孟山都公司不再使用这项技术，但其他生物技术公司仍在广泛使用。
对于欧米伽-3大豆，Ursin和同事们使用了一种更精细的工艺，他们加热大豆幼苗，使其处于应激状态，从而使其容易被一种称为**农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）**的细菌感染。这种细菌专门侵入植物DNA，并欺骗植物产生喂养细菌的糖和氨基酸。科学家们可以利用这种“特洛伊木马”的能力，将新的蛋白质插入植物的染色体中。Ursin说，植物会将这种外源编码的蛋白质识别为自身的蛋白质。
“现在这些DNA存在于所有植物的祖细胞中。花粉的基因组中将包含这些DNA，因此当发生授粉事件并产生新种子时，该性状就会传递到下一代，”她说。这样，你就得到了第一代转基因植物。
这同样是一个机会游戏——就像育种一样，你永远不知道后代会变成什么样。Ursin和同事们培育了大量经过改造的幼苗，以确保新的基因能够正确地位于基因组上，因为如果位置不对，植物可能会遭受各种副作用，使其不适合（以高价）出售给农民。下一步：寻找最佳候选者。
第四步：生长室的考验
经过大约两年的测试，Ursin将她的高产大豆幼苗缩小到几株潜在的优胜者，然后进一步筛选，最终选出一粒特殊的转基因种子。尽管前方还有许多法律障碍——孟山都公司对障碍并不陌生——但公司官员希望这些大豆能在两年内上市。
孟山都公司占地广阔的园区式总部拥有多个食堂，以及一队班车，负责在仅以“A”到“Z”命名的建筑物之间接送员工；Deppermann和他的同事们在这里工作。在圣路易斯郊区切斯特菲尔德镇的路上，是像Ursin这样的生物学家的管辖范围：一个占地150万平方英尺的园区，拥有108个温控生长室、26个温室和250个实验室，公司目前正在对其进行6500万美元的升级改造。
这些生长室里培育着数不清的数千株幼苗，正在测试它们的耐旱性、耐盐性、抗病虫害能力等等。目前，植物生物学家必须手工研究它们的作物，拍摄它们的根部照片并测试它们的成活率。Deppermann希望整个过程都能实现自动化，并且除了新的种子切片机之外，自动化实验室的工程师们正在建造这样的设备。
那些在机器轰鸣声中静静生长的纤细大豆幼苗？它们是自动萌发系统的测试候选者，该系统会吸取单个种子，播种，吹去根部的泥土以检查它们的健康状况，并自动提供植物生长所需的营养。
“我们必须让它在整个过程中保持生命，”Deppermann说。
第五步：种植
自动化技术旨在让遗传学家的工作更轻松，但仍然需要有人播种、照料植物并收割。这时就轮到Marcus Jones了。Jones体格健硕，如同NFL线卫，留着引人注目的脏辫，并在一支非洲-古巴乐队里打鼓。他充满激情地谈论着“农田景观”以及高效、高产土地利用的重要性。他帮助开发了孟山都公司的GenV播种机，这是一种经过升级、配备GPS的拖拉机，能够为农民提供超精确的播种数据。
购买一袋孟山都的种子，您将获得的不仅仅是一堆转基因植物胚胎——孟山都公司还提供关于植株间距、水肥使用、种植密度等详细说明。孟山都公司利用播种机来制定这些建议。该机器可以精确到9英寸了解其在田间的具体位置，并且可以24/7工作，必要时可在夜间播种。它有五个独立的种子箱，可以区分不同的杂交品种，并能准确记住每棵植物种植的位置，从而确保孟山都公司农艺专家的准确数据。播种机可以以不同的速度和间距播种，从而全面了解植物在特定条件下的生长情况。
今年夏天，Jones和同事们正在与John Deere合作进行一项试点研究，开发一种也能对环境做出响应的播种技术，根据不同条件推荐株距、施肥等。Jones表示，目标是以更少的水、更少的空间和更少的养分来种植更强壮、产量更高的作物。
“我们不会再获得更多土地，但我们可以在每英亩土地上种植更多，”他说。
**第六步：基因表达**
现在你已经分离出了新的基因，切片了成千上万的种子以找到有力的候选者，在特殊的生长室里培育了候选植物，并学习了在土壤中种植它们的理想方法。现在你必须防止杂草窃取它们的养分，并阻止害虫在你收获作物之前就将其吃掉。这正是孟山都公司的核心业务所在：能够抵抗除草剂和害虫的转基因作物。
购买孟山都公司转基因种子的农民可以在整个生长季节自由地在田间喷洒农达。该公司表示，这减少了耕作的需要，从而防止了土壤侵蚀。草甘膦是农达的活性成分，它通过阻止植物形成三种特定的芳香氨基酸——色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸——来杀死生长中的植物。
为了培育“耐农达”植物，孟山都公司克隆了一个基因，该基因来自一种在农达工厂附近生长的农杆菌。研究人员发现，这种细菌的氨基酸生产不受草甘膦影响，他们使用**大肠杆菌（E. coli）**克隆了负责这种性状的基因。然后，他们使用另一种农杆菌——熟悉的**农杆菌（A. tumefaciens）**——将基因插入植物的染色体中。拥有该细菌基因的植物仍然能够生产这三种氨基酸，并且可以正常存活。而杂草则没那么幸运。
农杆菌不是该公司用于基因改造的唯一细菌。“Bt”品种的棉花和玉米经过改造，能够产生一种对昆虫幼虫有毒的化学物质，而表达这种性状的基因来自一种名为**苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis）**的细菌。（该基因也是通过**农杆菌（A. tumefaciens）**过程插入的。）农民需要种植“隔离区”，即不种植经过工程改造的抗虫种子区域，以便害虫仍有地方取食，从而降低其产生抗性的可能性。然而，研究表明，Bt植物的根部会将Bt毒素渗入土壤，尽管Bt是一种本地细菌，但该植物对其他土壤微生物群的影响仍然相对未知。Bt棉花在中国和印度这世界上两大棉花生产国广泛种植。
耐农达大豆于1996年上市，随后是苜蓿、玉米、棉花、春季油菜和冬季油菜。这些作物迅速流行起来；美国90%以上的大豆和约70%的玉米都带有耐农达基因。但杂草也开始产生抗农达的变种——去年春天，在22个州发现了至少10种对草甘膦有抗性的阔叶杂草。这就是为什么该公司正在研发对除草剂二氯吡啶酸和草甘膦都具有抗性的转基因大豆和油菜籽——这样农民就可以同时使用这两种除草剂。
孟山都公司生物技术副总裁Steve Padgette表示：“二氯吡啶酸对阔叶杂草是一种有效的除草剂，而这也是近几年来出现诸多挑战的领域。”他说，该除草剂已获准在大豆中进行萌发前使用，这意味着农民可以在作物发芽前喷洒；孟山都希望将其获准用于萌发后喷洒，就像现在的农达一样。
与此同时，反对者认为Bt和耐农达作物的环境影响尚未得到充分研究。在众多担忧和指控中：转基因反对者引用了一些研究，声称一种耐农达玉米对实验鼠的肾脏和肝脏有毒（孟山都公司表示该研究存在缺陷）；声称旨在提高产量的作物实际上适得其反；Bt玉米对帝王蝶幼虫有毒；转基因作物鼓励农民随意喷洒化学品，危害环境（支持者引用了相反的研究，认为转基因作物减少了农药和除草剂的使用）等等。
12月，一项涉及耐农达苜蓿的诉讼案达到一个关键阶段，可能允许该作物在今年春天再次种植。该苜蓿于2005年获得美国农业部的批准，次年，消费者和环保组织根据《国家环境政策法》提起诉讼。食品安全中心提起诉讼，并获得了禁令，禁止销售和种植耐农达苜蓿，直到美国农业部动植物卫生检验局（APHIS）完成环境审查。美国最高法院在上个夏天解除了禁令，直到研究完成；现在研究已完成，农民们很可能在今年春天种植该作物。
还有许多其他案件在法院之间来回审理——去年秋天，一位加州法官下令销毁转基因甜菜种植，但该裁决后来被推翻，允许作物暂时留在地里。
未来步骤：以大自然为指南，养活世界
除了广谱除草剂抗性之外，转基因种子的未来在于更宏大（也更艰难）的目标，如提高作物产量、抗旱性、改善氮素吸收，甚至增加附加值，以使大规模生产的食品更具营养。孟山都公司正在与非洲农业技术基金会合作，为其用于培育耐旱玉米的技术进行授权，该公司希望这种玉米能在2012年在美国上市。玉米在美国是主要的经济作物，所以孟山都公司并非完全免费提供，但这项公私伙伴关系（部分资金来自比尔及梅琳达·盖茨基金会和霍华德·G·巴菲特基金会提供的4700万美元赠款）将帮助非洲公司开发自己的品种，这些品种理论上可以在西非的干旱地区茁壮成长。
Ursin已不再驻扎在实验室，她现在为孟山都公司可能考虑合作或收购的其他生物技术公司物色项目。但她表示，她期待明年能站在一片盛开的欧米伽-3大豆田中，这对她来说将是一个梦想成真。
“在自家院子里种菜，整个夏天都有番茄和罗勒，这与谈论到（到2050年）养活90亿人口是完全不同的。对于每一个育种者，每一个参与食品生产的人来说，都面临着一些巨大的挑战，”她说。（生物技术）不是唯一的东西……我知道人们对这项技术有疑虑。但它是一项了不起的技术。它以大自然为指南。”
孟山都公司远非唯一走在这条道路上的生物技术公司。其主要竞争对手杜邦公司（以其先锋品牌生产转基因种子）和瑞士公司先正达公司也在致力于开发附加值作物。例如，先正达公司正在生产维生素A含量更高的黄金大米。研究表明，这种附加性状可以对抗发展中国家的维生素A缺乏症。杜邦公司也在研发自己的能够生产更健康油脂的大豆。杜邦公司的高油酸大豆通过消除氢化作用的需求来减少反式脂肪，并于6月获得了FDA的非管制批准，这意味着它可能在2012年进入食品供应链。孟山都公司的高管们也希望他们的欧米伽-3大豆能在2012年全球上市。
尽管面临阻力——尤其是在欧洲，以及在中国和印度等国家日益增长的阻力——但这种新一波的附加值性状是基因工程的下一步。一方面，改造食品以提供更好的营养和更高的产量，似乎比仅仅销售更多的除草剂更有益。随着专利的过期，种子公司将寻求从能够帮助农民将其产品推向关注健康的消费者的特性中获利。
虽然社会、经济和政治变革无疑对确保世界贫困人口的健康食品供应更为重要，但来自各种意识形态的专家认为，由生物技术驱动的第二次绿色革命也越来越有必要。甚至梵蒂冈也发表了看法，表示发达国家有道德责任保障粮食安全。梵蒂冈的科学顾问去年秋天发布了一份14页的文件，称转基因作物并不比自然进化更危险，发达国家中反对者的反对是没有道理的。
这样的政策辩论将继续下去，但转基因作物，就像那些在孟山都机械车间里艰难生长着的脆弱小豆苗一样，很可能就是未来的食物。
