基因工程正在進入森林。
雖然將外源DNA拼接到農作物中的做法在玉米和大豆中已經很普遍，但很少有公司或研究人員敢於將基因工程應用於美國經濟的重要支柱——樹木。
但這種情況很快就會改變。兩大行業巨頭國際紙業公司和米德韋斯特瓦科公司計劃透過用轉基因桉樹取代本地松樹，來改造美國東南部的種植園森林。桉樹是一種生長迅速的澳大利亞樹木，其傳統品種目前在熱帶木材工業中占主導地位。
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這些公司在轉基因樹木方面的努力，由他們的合資生物技術公司ArborGen LLC主導，旨在首次克服幾個障礙。最突出的是，他們押注於一種有爭議的基因拼接技術，該技術限制了樹木的繁殖能力，旨在消除人們對轉基因桉樹具有入侵性並取代本地森林的擔憂。
如果這種生育控制技術（在農業中因擔心種子企業會利用它而受到批評）被證明有效，那麼它可能會為許多野生植物（包括雜草）開啟大門，將其進行基因工程改造，用於生物質等能源應用以及下一代生物燃料，而無需擔心入侵性。
這種多年生植物（之所以這樣命名，是因為它們與一年生的農作物不同，可以存活和生長多年）的使用長期以來引起了企業和政府（包括能源部，該部已與ArborGen合作）的興趣。這些植物（包括許多以纖維素乙醇為目標的草類）可以在需要時收穫，並且由於其耐寒性，可以在貧瘠的土地上生長。
然而，關於ArborGen使用的生育系統的有效性，仍然存在許多問題。據主要科學家稱，該系統從未在多年的試驗中進行過嚴格的研究，以證明其可以有效地控制植物的傳播。他們說，在依賴此類系統來限制花粉和種子傳播之前，必須進行更多的研究。
儘管如此，自2008年以來，ArborGen一直在尋求政府對其桉樹的放松管制，這種桉樹主要經過基因改造以抵抗冰凍溫度。觀察人士說，如果成功，ArborGen可能會透過成為第一家大規模推出生物工程樹木的公司，徹底改變木材工業和南方景觀。
在最樂觀的情況下，使用ArborGen據稱價格昂貴的種子的種植者將在生產力方面看到巨大的收益，併成為新一代生物能源煉油廠的首選樹種。南方將成為新的阿巴拉契亞；木材將成為其煤炭。這種進步的跡象已經出現，包括最近有訊息稱，德國公用事業公司RWE AG將在佐治亞州建造世界上最大的木屑顆粒工廠，以補充其煤炭消耗。
透過採用桉樹作為樹種，美國將只是趕上巴西等國家，這些國家在最近幾十年利用了廣闊的樹木種植園，從木材淨進口國轉變為出口國。雖然在此期間南方松樹種植園有所增加，但該公司表示，松樹的生長速度無法與桉樹競爭。
ArborGen的監管事務主管萊斯·皮爾森說：“美國在這方面落後了。世界各地的許多國家已經種植桉樹幾十年了。”
的確，主要由於來自南美洲的競爭，對傳統美國木漿的需求已經放緩。據公司估計，這個萎靡不振的行業可能允許東南地區多達1000萬英畝的土地被重新用於快速生長的桉樹。
但研究過ArborGen並稱其樹木為“遊戲規則改變者”的木材顧問柯蒂斯·塞爾策表示，新興的生物能源產業是否足以彌補巴西種植園失去的需求仍然不清楚。
塞爾策說：“我不清楚生物質是否會彌補傳統市場[在它們]衰落時的缺口。但這是有可能的。”
即使考慮到政府的激勵措施和碳定價，ArborGen也必須消除監管機構和環保組織的擔憂，他們擔心其工程樹木，尤其是在具備了抗寒能力後，將會在森林中肆無忌憚地蔓延。
花粉問題
俄勒岡州立大學的樹木遺傳學家史蒂夫·施特勞斯也曾為ArborGen提供諮詢，他認為，從最基本的角度來看，生命在於繁殖。物種為了適應和生存而進行的鬥爭，會使控制植物生育能力的嘗試變得困難。
ArborGen依賴於最流行的限制植物花粉的系統，該系統使用細菌基因產生一種名為barnase的有毒酶，該酶會切割細胞中的遺傳物質，導致細胞死亡。透過基因上的技巧，該酶僅在樹木傳播花粉的部分產生，從而破壞其繁殖能力——至少在大多數情況下是這樣。
施特勞斯說，鑑於將要生產的樹木數量，可能會有足夠的遺傳不穩定因素，從而使極少數耐凍桉樹能夠繁殖。他補充說，barnase不應被視為絕對的遏制系統，而應被視為一種緩解策略。
施特勞斯說：“這並不意味著不會產生花粉粒。生物學中幾乎沒有任何東西是100%的。”
施特勞斯說，幾乎可以肯定的是，極少數幼苗會從桉樹種植園中逃脫。但他認為這些樹木不太可能被證明具有入侵性，因此不必過分擔憂。
他說：“當您談論樹木時，會發生風暴，會颳風。遏制不是絕對的。存在一些傳播的可能性。它是否可能成為一種入侵性雜草？在我看來不太可能。”
到目前為止，只有ArborGen的兩個實驗性桉樹站被允許開花，該公司報告說樹木產生的花粉很少。它現在正尋求大大擴大允許開花的樹木的數量和地點，達到在七個州散佈的28個地點，總面積為330英畝。美國農業部本月早些時候釋出了該擴建的批准草案，但需徵求公眾意見。
ArborGen的公共事務主管南希·胡德說，經過改造的桉樹已經種植在這些地點中的大部分地方，並且隨著它們接近性成熟，ArborGen不得不摘下樹木的花朵或將其完全砍倒，從而造成數百萬美元的研究損失。
一些環保組織指責說，這個試驗面積相當小，幾乎不相當於大規模的商業種植。（相比之下，南方有超過3200萬英畝的松樹種植園。）然而，ArborGen承認，它希望美國農業部能在這些樹木達到收穫年齡（大約七年左右）時對其進行放松管制，從而允許出售由此產生的紙漿。
許多生物技術研究人員支援擴大實驗許可，這將允許對生育遏制系統進行更完整的研究。ArborGen的首席技術官莫德·欣奇說，雖然ArborGen到目前為止幾乎沒有釋出任何經過同行評審的研究，但它將在今年釋出barnase的結果。
這樣的資料將是一個可喜的變化。施特勞斯在2007年撰寫的一份分析報告中指出，雖然barnase的機制已得到充分證明（並獲准用於油菜籽等馴養作物），但對其有效性的研究卻很少。
施特勞斯寫道：“在任何作物中，似乎都沒有進行任何足以評估遏制基因的實際有效性的認真田間研究。在發表許多此類研究之前，認為基因在不久的將來可以被完全安全地遏制是不明智的。”
克萊姆森大學的分子生物學家洪羅開發了另一種野生植物——草皮草的基因遏制系統，他說，在對任何像桉樹這樣的野生轉基因植物進行放松管制的決定時，必須考慮到這種缺乏研究的情況。他說，他的團隊最近完成了一項為期一年的關於該系統有效性的研究，但還需要進行更多的研究。
他說：“對於多年生植物的轉基因逃逸會產生什麼影響，還沒有進行太多的研究。在這方面，我們將保持謹慎。”
公眾將如何看待轉基因森林樹木的概念還有待觀察。但正如研究人員指出的那樣，人們已經接受了一些沒有花粉控制的工程樹木。幾乎所有夏威夷的木瓜樹都經過基因改造以抵抗破壞性的環斑病毒，並且正在進行類似的努力以拯救美國板栗樹，這種樹木幾乎已被真菌疾病根除。
然而，無法保證100%的遏制可能會延遲具有輕微入侵風險的生物工程植物的開發。但施特勞斯預測，這種萬無一失的系統將會出現。
他說：“我確實相信我們可以實現絕對遏制。我相信，我們將在10年內做到這一點。但這尚未得到證實。”
澳大利亞入侵者
環保組織說，ArborGen的生育控制未經證實，這令人擔憂，主要是因為它們將被用來引入一種健壯的外來樹木。木材工業長期以來一直夢想將桉樹進口到南方，模仿巴西的成功，在那裡，種植園在幾十年內將該國從木材進口國轉變為出口國——但也付出了一些環境代價。
此前在國內嘗試在南方建立桉樹的努力在20世紀80年代初達到頂峰，但由於冬季的冰凍，試驗性種植園中出現了大片死亡的區域。只有在佛羅里達州，這些樹木才得以存活，儘管它們的應用有限，主要用於覆蓋物。到目前為止，所有將樹木移到更溫和的條件下的努力都失敗了。
得益於從孟德爾生物技術公司獲得授權的一個植物基因，該公司是孟山都公司的主要研發承包商，ArborGen公司耐寒的桉樹已經在更寒冷的環境中生長，一直延伸到卡羅萊納州。（ArborGen公司與孟山都公司有著許多聯絡，首先是其執行長芭芭拉·威爾斯曾在這家種子巨頭工作了 18 年。）孟德爾的調控基因控制著影響抗寒性的其他基因的表達，它的使用代表了植物生物技術的先進水平。
但自然保護協會的高階生態學家多麗婭·戈登表示，在為這種植物的種植開啟大門時，更需要仔細審查桉樹大規模種植後的表現。
戈登說：“我擔心的是入侵性。不是它本身是轉基因生物，”戈登說。“我擔心的是，它會對佛羅里達州的自然區域和東南地區的自然區域構成什麼威脅？”
去年，同時也在佛羅里達大學工作的戈登評估了用於培育ArborGen雜交品種的兩個物種之一，即大桉樹（Eucalyptus grandis），也稱為玫瑰桉。戈登發現，這種樹以前在南非已經變成入侵物種，這讓她得出結論，這種樹也存在在南方變成入侵物種的風險。
戈登在一個評估佛羅里達州植物入侵風險的小組中任職，去年，該小組將玫瑰桉列為可能的入侵者。該小組表示，只能種植該樹的少數變種，並且只能在嚴格的管理措施下進行，包括在開花開始後的六個月內收穫——這比林業種植園希望的時間要早得多。
戈登說，雖然玫瑰桉存在入侵風險，但ArborGen公司的樹木還是一個未知數。然而，考慮到其中存在的不確定性，自然保護協會已向美國農業部建議，應允許ArborGen公司種植的土地和開花的樹木減少，並且在佛羅里達州不允許種植。美國農業部批准的許可草案將允許在該州 10 個地點開花。
她說：“我們不知道隨著時間的推移它是否會變得更具入侵性。”在弄清楚之前，“對我來說，不在佛羅里達州進行這些試驗是合乎邏輯的。”
科羅拉多州立大學的森林生態學家丹·賓克利說，擔心桉樹的入侵性並非不合理。然而，玫瑰桉似乎只在像南非這樣的乾旱地區才呈現出雜草的特性，在那裡它可以利用其巨大的水分效率。相比之下，南方要潮溼得多。
ArborGen公司的皮爾遜補充說，即使在佛羅里達州，桉樹也被證明有些脆弱。
他說，這種樹“在種植環境之外是不存在的”。在封閉的種植園內，“你需要非常小心地管理這些東西，才能讓它們生存和茁壯成長。”
“更多木材，更少土地”
他說，雖然他希望看到更多關於桉樹種植園的用水量和火災影響的資料，但賓克利理解這種樹的吸引力。
與南方種植園中使用的松樹不同（松樹在當地經濟中悄然取代了菸草），桉樹可以在幾年內展開完整的樹冠。它對碳的需求量很大，並且在 27 個月內可以長到 55 英尺高。
ArborGen公司的欣奇說，桉樹種植園的最終好處是能夠在更少的土地上種植更多的木材。（這並非巧合，該公司的座右銘是“更多木材，更少土地”。）在南方，森林不斷地被開發佔用，天然硬木林的採伐變得更加困難。她說，提高生產力將“在整個經濟鏈中”產生好處。
對於整個林業種植園的做法，也提出了類似的說法，儘管這種做法在南方很普遍，但仍然存在爭議，而且幾乎沒有資料可以證實這些說法。
斯特勞斯說，最終，如果美國認真地從植物中尋求生物能源，那麼該國將面臨一個選擇，是更多地從像農作物一樣對待的樹木中獲取能源，還是從草中獲取能源，而草的入侵性可能要大得多。
他說，“如果我們想依靠生物燃料作為可再生技術多樣化組合的重要組成部分”，那麼砍伐樹木是最佳選擇。 “有很多邊際土地可以利用。”
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