树木设计

为了理解转基因树木的前景和危险，可以考虑美国板栗树的案例。

很少有树木像板栗树那样对美国的地貌和生态系统产生如此显著的影响。成熟的树木长到100英尺高，树干直径达5英尺。每年秋天，它们光滑、营养丰富、富含蛋白质的板栗果实像天赐甘露一样倾泻在森林居民（包括人类采集者）身上。然后，在1904年，一种意外进口的真菌开始侵袭这些树木。在不到50年的时间里，曾经定义了从缅因州到佐治亚州森林的树木几乎被完全消灭。今天，曾经强大的板栗树的树桩可能会长出小的克隆体。但即使这些幼苗躲过了无情的真菌，它们也只能达到之前板栗树一半的高度。年轻的克隆体很少能达到生殖成熟期。

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将美国板栗树与它们具有抗真菌特性的亚洲亲缘种进行杂交可以提供保护，但这需要很长时间，经过长寿树木的许多代，并通过人类育种者的数个生命周期才能实现。

或者，通过基因改造技术，可以在短短几年内将保护基因插入树木中。

当然，没有哪个解决方案是如此简单的：不利之处在于，转基因树木，就像任何其他转基因植物一样，可能会与野生树木繁殖并交换实验室插入的基因，从而产生不可预测的，甚至可能威胁生态系统的结果。

据研究人员和工业集团称，树木是下一个重要的农作物，转基因树木可以提供优于天然森林和传统育种木材的各种优势。例如，可以对转基因树木进行设计，使其易于造纸。它们可以生长得更快，需要更少的土地来产生相同数量的木材。它们可以被设计成具有抗虫害能力——从而节省化学处理——或者不含过敏原（参见“不含过敏原的树木”）。最后，它们甚至可以用于协助重金属的生物修复。

研究人员在20世纪80年代末开发了第一批转基因树木。到1998年，由文森特·蒋领导的密歇根理工大学的一个团队设计出了一种更适合造纸的树木。蒋和他的同事们确定了如何将正确的基因插入到白杨树中，从而使木质素含量减半——木质素必须在造纸过程中通过化学处理分离出来——并将纸张增强纤维素增加多达15%。这些树木将需要更少的处理化学品，使其比传统树木更“环保”且加工成本更低。密歇根理工大学为基因插入过程申请了专利；这些树木目前正在进行田间试验。

树木作为作物

木材是一项大生意，转基因树木也可以帮助改善另一个领域。美国农业部报告称，1999年在国家森林土地上砍伐了29亿立方英尺的木材，价值超过3.4亿美元。凭借转基因树木的潜在盈利能力，2000年，包括国际纸业和西弗科公司在内的几家大型木材和造纸公司加入了新西兰生物技术公司Genesis，成立了一家名为ArborGen的6000万美元的合资企业；当时，这是最大的专门从事转基因木材的国际商业合资企业。转基因树木的一个卖点是，它们将减少美国东南部树木种植园的土地需求，并减轻对西部剩余森林的压力。俄勒冈州立大学森林遗传学和生物技术教授史蒂夫·斯特劳斯说：“从野生转向种植的环境效益在于，你可以从现在使用的土地的5%、10%或20%中获得世界所需的所有木材。”

更“环保”的树木？

抗虫害的转基因树木也将减少对杀菌剂的需求，这对木材行业来说是另一个环境和成本节约的优势。可以向树木中插入表达Bt毒素的基因——最初来源于苏云金芽孢杆菌，这是一种在全世界用于害虫防治的杀虫细菌；Bt基因已被转入玉米、棉花、马铃薯和大豆中。

转基因树木也可能因其作为生物修复工具的潜力而更“环保”。除了他在美国板栗树方面的工作外，佐治亚大学雅典分校的林业教授和生物遗传学家斯科特·默克尔还将他的同事理查德·梅赫克隆和改造的大肠杆菌中的基因插入到东部杨树中。他说，最终，添加的基因将使树木能够生物合成某些形式的汞，像微生物一样将其以毒性较低的形式排放到大气中。“你可以在（树木中）积累重汞并将其运走，”默克尔说，有效地在汞和转基因生物扩散到当地生态系统之前将其移除。

默克尔提出的问题——转基因树木的潜在扩散——是该技术批评者提出的主要担忧。如果转基因树木开花，它们会将基因传播到附近的近缘树木，因为树木花粉可以传播数英里。“树木很容易与其野生近缘物种杂交，”密苏里植物园主任兼美国科学促进会现任主席彼得·雷文解释道。“实际上，在天然森林周围的种植园中，你可以预期后代将具有种植树木的任何特征，而且你可以预期无论它们是正常选择还是基因改造的结果都是如此。”

弗兰肯树？

出于这些原因，世界野生动物基金会和塞拉俱乐部等环保活动组织鼓励暂停种植任何转基因生物，包括树木。塞拉俱乐部的资深研究员吉姆·戴蒙德说，由于树木寿命长且具有复杂的生态系统相互作用，“预防原则应该阻止我们部署这项技术，直到我们比现在更全面地了解这些风险。”

斯特劳斯承认其中一些担忧。他同意“绝对的完全控制是不可能的”。包括树木在内的农作物是“与自然设想的非常不同的产品”，他补充道。但他表示，如果工程设计得当，转基因树木不会构成威胁——如果有什么不同的话，实验室培育的树木会比天然树木活力更弱。例如，木质素较少的树木如果没有杀虫剂就不太可能在昆虫袭击中存活下来，并且无法在野外生存。这意味着所谓的超级杂草综合征——关于其他转基因作物提出的担忧——不太可能发生在树木上。斯特劳斯说：“[转移]到野外的基因影响非常非常小”，因为自然选择将接管，转移的基因将融入背景或消失。

密苏里植物园的雷文表示，我们必须仔细监测引入任何生态系统的转基因植物。例如，我们可能希望经过基因改造的美国板栗树与当地的树木混合。但是，其他含有基因的树种，例如，表达Bt毒素的基因，可能会对天然森林的蝴蝶和蛾种群产生意想不到的有害影响。雷文说，研究人员可能认为他们可以预测将特定基因添加到植物的结果，“但自然总是有办法做出完全不同的事情。”