生物强化技术：植物代替药丸
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文章来源：GMO Safety? ? 翻译：无穷的探索 ? ?日期：2011-12-19
数以百万的疾病和死亡案例，特别是在发展中国家，是由于缺乏某些微量营养物质比如维生素和微量元素造成的。所以，需要给发展中国家和新兴国家提供营养补充物和工业化强化食品。现在科学家们正在努力培育含有维生素A、锌和铁的主要农作物。其中一些培育方法使用了基因工程技术。
饥饿不仅仅是卡路里摄入不足。在世界上的很多地方，特别是在那些发展中国家，由于缺乏足够的微量营养成分很多人具有严重的健康问题。这种现象也被称为“无声的饥饿”。
所谓微量营养成分是指那些人体所必需的但又不能自身合成的营养物质。其中包括维生素、微量元素和氨基酸。为了获取足够的微量营养成分，一个人需要有平衡的膳食，但在发展中国家很多人无法得到膳食平衡。他们每天通常只进食一种主食，比如在亚洲主食为大米，在非洲的某些地区主食为木薯。这种不平衡的膳食结构所引起的后果有：生长发育受阻、对疾病抵抗力下降由此导致死亡率的上升、以及由于缺乏维生素A而导致的双目失明等。
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过去数十年间，很多发展中国家都提供工业化的强化食品和补充食品，这些食品中含有一些重要的微量营养成分。尽管取得一些明显的成效，但始终有一些问题并没有得到解决。比如一些偏远地区食品运输非常困难，说服人们常规食用这些强化食品和补充食品也不是件容易的事。另外生产及运送这些食品的成本也较为昂贵。自1990年代起，为了解决上述问题，科学家们一直在想办法来使当地的本地农作物可以增加微量营养成分的含量。
强化食品和补充食品不能也不应代替既平衡又丰富的膳食。但是像世界卫生组织(WHO)和食品和农业组织(FAO)这样的机构却将希望寄托在强化食品和补充食品上，因为这些地方人们太过于贫穷而根本无法获得膳食平衡。贫困是个甚至在中期内都无法解决的问题。
利对传统作物进行育种以达到生物强化的方法2004年，国际农业研究咨询组织(CGIAR)启动了名为“HarvestPlus”的项目，目前有超过200名全世界各类科研机构的科学家参与到这个项目中。他们采用传统育种方法来增加大豆和珍珠粟中铁的含量、大米和小麦中锌的含量、玉米和甜薯以及木薯中维生素A的含量。科学家们使用在发展中国家培育出的并被消费的变异品种。世界上首例市场化的生物强化农作物就是由HarvestPlus项目培育出来的。
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利用基因工程以达到生物强化的方法目前全球有4个利用基因工程来强化一些主要农作物的微量营养成分的项目。它们都是由盖茨基金会于2003年设立的“全球健康大挑战”(Grand Challenges in Global Health Initiative)资助的。这些作物都是免费提供给发展中国家的小型农户的。
黄金大米黄金大米中含有β胡萝卜素，即维生素A原，人体可以利用它转化成维生素A。β胡萝卜素使大米呈现出黄色或桔黄色。未经转基因修饰的普通大米的叶子和稻壳中含有类胡萝卜素，但稻谷中没有这种物质。
第一个黄金大米品种是1990年代由Ingo Potrykus(苏黎世联邦理工学院，ETH Zurich)和Peter Beyer(弗莱堡大学，University of Freiburg)领导的一个国际小组培育出来的。他们往大米中插入两个基因，这两个基因含有合成类胡萝卜素途径的两个酶。其中的一种基因是从一种土壤细菌中分离出来的，另一种则来自于一个水仙花品种。尽管大米本身拥有合成这两种酶的基因，但在谷粒中不能表达出来。在第二代黄金大米的培育过程中，来自水仙花的基因被来自玉米的基因所替代。
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第一代黄金大米的谷粒中所含有的维生素A原不足以提供日常膳食所必需的比例，而第二代黄金大米则能为那些以大米为主粮的人提供充分的日常需要。2009年的一项营养研究表明黄金大米所提供的维生素A原能够完全被人体所吸收，这意味着它能满足人们的营养需求。
多年来，这个项目得到很多基金会的支持，很多公司也放弃了相关的知识产权和许可费用。目前，科学家们正在将黄金大米品种和亚洲本土水稻品种杂交以培育适合亚洲的黄金大米品种，该项目是由国际水稻研究所(IRRI)主持的。首批亚洲黄金大米品种将于2013年上市。与此同时，菲律宾水稻研究所(Philippine Rice Research Institute)正在培育能抵抗细菌和病毒的黄金大米品种。自2005年以来，全球健康大挑战一直在资助由Peter Beyer领导的国际ProVitaminRice社团，该社团多年来在研究如何强化黄金大米中铁、锌、维生素E和蛋白质的营养价值。
木薯生物营养促进计划该计划的目的是强化木薯可食用的根部的维生素A原、维生素E、铁和锌的营养水平，同时增加蛋白质含量并降低氢化物水平。另外还要延长木薯的储存时间并提高对木薯病毒的抵抗力。
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到目前为止，科学家们已经成功增强了木薯中维生素A原和维生素E的营养水平，但锌和铁的水平只达到预期的一半。科学家们还设法降低木薯根部氢化物的水平，这意味着木薯根部会含有更多合成氨基酸所必需的氮的含量，所以其蛋白质水平比未经转基因修饰的木薯要更高。
上述的大多数研究工作是由位于美国圣路易斯的Donald Danforth植物科学中心执行，当然，很多其他科学家也参与其中，包括一些来自于尼日利亚和肯尼亚国家农业研究所和瑞士苏黎世理工学院的科学家们。
非洲生物强化的高粱这一项目的目的是强化高粱中的维生素A原、维生素E、铁、锌和氨基酸的营养水平。迄今为止，已经可以在高粱中增强三种重要的氨基酸水平并降低高粱醇溶蛋白的含量。高粱醇溶蛋白水平的降低可以使高粱更容易消化。另外还降低了谷粒中植酸的水平，这使得高粱中本来含量丰富的铁和锌更容易被人体吸收和利用。维生素E的含量也有显著提高。
上述的大多数工作是由非洲的科学家和研究机构完成的，先锋公司作为商业伙伴也参与其中。预计2017或2018年首批种子可以提供给农民。
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微量营养成分含量高的香蕉品种这个项目是要强化香蕉中的维生素A原、维生素E和铁的含量。科学家们从对香蕉代谢途径具有重要作用的基因中分离出启动子，然后将其插入到不同的香蕉品种中以培育出强化上述微量营养成分的香蕉品种。科学家们利用这种方法还成功改造了大蕉(Plantain)。参与这个项目的有来自澳大利亚布里斯班大学、乌干达和坦桑尼亚国家农业研究中心以及美国ProCell公司的科学家们。
黄金大米：这种大米中含有β胡萝卜素，也称为维生素A原，因为它是转化成维生素A的最重要物质。因为含有这种物质，大米的颜色呈现为黄色或桔黄色。
照片来源：International Rice Research Institute (IRRI)
树薯或木薯是非洲某些地区最主要的农作物。
利用遗传工程技术使其可以食用的根部富含
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维生素A原、维生素E、铁和锌。
照片来源：cassava.ethz.ch
农民们将在2017/18年获得富含各种微量营养成分的高粱种子。
照片来源：Display garden of the Max Planck Institute for
Plant Breeding Research, Cologne
澳大利亚和非洲的科学家们这在培育富含微量营养成分的香蕉品种。
照片来源：Manfred Schütze, pixelio.de
营养缺乏症及其后果全球分布图
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缺乏维生素A：对疾病抵抗力下降、失明。据世界卫生组织(WHO)
估计，全球有1.27亿学龄前儿童患有维生素A缺乏症。其中每年有
50万失明，这些失明儿童中约有一半在失明后的一年内死亡。
缺铁：贫血；智力发育受阻及学习困难、生理发育受阻及功能紊乱。
WHO估计发展中国家中每两名孕妇中有一名孕妇、每两个学龄前儿
童中有一个儿童患有缺铁症。
缺锌：使儿童生长缓慢以及对疾病抵抗力极差，导致儿童死亡率升高。, 百拇医药