口袋K号27:生物技术和生物强化

理想饮食:充足均衡

我们这个时代的一个主要挑战是世界六分之一的人口遭受饥饿,完全不能接受的情况。此外,更多的人,全球一半以上的人口,受到不同形式的食物缺乏的折磨(粮农组织,2004)。这种“隐性饥饿”是由于品质,而不是数量,在可获得的食物中,而且,这与许多贫穷的发展中国家的人们仅仅或主要依靠低蛋白主食作物作为食物这一事实密切相关。

营养缺乏主要与蛋白质和微量营养素有关,如维生素A,铁,锌,硒和碘。克服营养不足的传统策略包括膳食补充剂和食物强化计划。威廉希尔 官网网址这些程序,威廉希尔 官网网址然而,存在几个问题:目标人口往往达不到(特别是发展中国家农村贫困人口);随着时间的推移,它们往往是不可持续的;它们主要解决问题的症状,而不是根本原因。

充足多样的饮食,包括水果,蔬菜和动物产品,是在能量需求和微量营养素需求方面获得良好营养的最佳解决方案。然而,这在世界上很大一部分人口中仍然遥不可及。因此,引进营养含量较高的生物转化主食作物会产生很大的影响,由于该战略依赖于改善现有的食品供应(Nestel.,2006)。

生物技术和生物强化

生物强化利用的是每天不断摄入的主食,因此,间接针对那些无法负担更多样化饮食的低收入家庭。在最初投资开发强化作物之后,不支付额外费用,使这一战略非常可持续。此外,改良品种可以在国际上共享。生物转化种子也可能对农业产生间接影响,种子中的微量矿物质含量越高,对害虫的保护效果越好。疾病,以及环境压力,从而提高产量(韦尔奇和格雷厄姆,2004)。生物强化本身不是一种灵丹妙药,而是对膳食多样性和补充的一种非常重要的补充。

生物转化作物可以通过传统的育种方法来发展,前提是在作物群体中有足够的遗传变异来获得所需的性状(如高蛋白含量)。在大米等主粮中,传统的育种策略无法改善某些复杂性状,如维生素A,因为没有富含这种维生素的天然水稻品种。所有的植物都产生维生素A,但只有在植物的绿色器官,而不是在淀粉储存部分的种子。在无性繁殖品种(如木薯和土豆)中,常规育种也非常困难。由于缺乏基因明确的育种系。此外,传统育种可以改变消费者所需作物的重要特性,比如味道。农业生物技术方法,在特定基因工程(GM)中,因此代表了非常有价值的,发展更有营养作物的补充战略。

生物强化作物

发展中国家很大一部分人口主要依靠一种或多种主要农作物作为营养,这些都是生物强化项目的主题,通过传统育种和现代生物技术方法。Rice世界上最重要的供人类食用的谷类作物,是30多亿人的主食,他们中的许多人很穷。玉米是至少22个国家的主要人类饮食,主要在非洲和拉丁美洲。小麦是一种非常重要的人类粮食,是世界35%人口的主食。马铃薯是最重要的非谷类食品作物,全球粮食总产量排名第四。木薯养活了8亿世界上最贫困的人口,大部分在非洲。

生物强化提高蛋白质含量

人类细胞在20种氨基酸中只能产生10种,蛋白质的组成部分,因此,必须在食物中提供缺失的必需氨基酸。因为人体不能储存多余的氨基酸,他们必须每天摄入。在许多贫穷的发展中国家,由于缺乏肉类等高蛋白来源,必需氨基酸的每日摄入量往往不够。鱼,或大豆。Rice木薯和马铃薯是碳水化合物的重要来源,但它们的蛋白质含量很低。

适合生物转化的蛋白质候选物包括甘薯中的储存蛋白孢子蛋白A,王子羽毛中的种子白蛋白AMA1蛋白(千穗谷)和ASP1,富含必需氨基酸的人工存储蛋白质。Asp1已在水稻和木薯中成功引入和表达。目前正在努力优化转基因植物的表达,提高蛋白质积累水平。

抗击维生素A缺乏症

维生素A缺乏,尤其在非洲和东南亚儿童中流行,导致不可逆转的失明,以及对疾病和死亡率的敏感性增加。水稻在绿色组织中产生β-胡萝卜素(维生素A)。但不是在种子里。公私合作生产富含维生素A的水稻品种,最终发展成黄金大米,其中两个基因是由基因工程引入的。

这些酶编码植物烯合成酶(PSY)和植物烯去饱和酶(CRTI)。金稻1号含有水仙花的psy基因和细菌erwinia uredovora的crti基因。两者都只在水稻种子中表达(ye.,2000)。用玉米和水稻的基因替代psy使金稻2号(paine)中β-胡萝卜素的含量增加了23倍。.,2005)。因此,72克黄金大米2可提供1-3岁儿童每日推荐维生素A摄入量的一半。金米处于高级试验阶段,预计将在几年内发布。

除了大米,为提高β-胡萝卜素含量而设计的其他作物包括马铃薯,油菜,西红柿,胡萝卜,和花椰菜.,2006;迪雷托.,2007)。

富铁作物抗贫血

缺铁性贫血几乎影响到所有国家的20多亿人,这使得缺铁成为目前世界上最常见的微量营养素缺乏症。蔬菜中含有铁,谷物,还有红肉。然而,植物体内铁的生物利用度低,而在大米中,植酸盐的存在加剧了这个问题,一种有效的铁吸收抑制剂,而且由于缺乏铁的再吸收增强因子。

因此,科学家们不得不增加谷物中的铁含量,降低植酸盐的含量,添加再吸收增强因子(Sautter.,2007)。从法国大豆和大豆中提取的铁储存蛋白铁蛋白在水稻胚乳中的表达导致种子铁含量增加3倍。为了降低植酸盐的含量,降解它的一种酶(称为植酸酶)也被转化为水稻,目前正在努力优化建设。最后,在水稻中过量表达富含半胱氨酸的蛋白质可以提高铁在消化过程中的吸收率。

番茄中叶酸含量增加

叶酸缺乏是一个全球性的健康问题,主要影响虽然不是唯一的,30岁以上的女性,它是发展中国家至少1000万孕妇贫血的主要原因。

在食品中,大多数叶酸以叶酸盐的形式存在。为了使番茄的叶酸含量更高,科学家在水果中过度表达了编码酶的基因,这种酶催化两种叶酸前体(d_az de la garza)的合成。.,2007)。在植物中,两种性状都是通过杂交组合而成的。葡萄成熟的转基因水果的叶酸积累量是对照的25倍。

采用生物技术生物转化作物面临的挑战

发展强化作物的一个主要问题是研究成本和法规遵从性,由于生物技术作物的极端预防性管理。就生物转化作物而言,私人技术开发商的利润微薄,公共资金的缺乏加剧了这个问题(鲍威尔,2007)。

通用技术往往是专有的,因此,知识产权问题也需要得到适当的考虑。在向贫困农民免费提供黄金大米的过程中,必须解决多达16项专利和72项知识产权问题。(网址:http://www.goldenrice.org/)一个成功的生物强化战略需要农民和消费者广泛采用这些作物,这提出了几个重要的挑战(鲍威尔,2007)。公众接受也是必不可少的,尤其是如果新特性明显改变了作物的品质,比如颜色(比如金米的颜色)味道,干物质含量。充分的信息计划将在确保接受方面发挥重要作用威廉希尔 官网网址。

技术的广泛传播,成功的必要条件,还依赖良好的市场网络和渠道来传播农业信息。一些发展中国家缺乏农业基础设施,尤其是在非洲,是采用新的生物转化品种的一个重大挑战。

结论

生物转化作物,无论是通过传统育种方法还是现代生物技术手段,不是万能药。全球营养的最终目标仍然是为世界人口提供充足和多样化的饮食。然而,生物强化作物可以补充现有的微量营养素干预措施,会对数百万人的生活和健康产生重大影响,尤其是那些最需要帮助的人。

工具书类

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