美國轉基因馬鈴薯田間試驗分析

瞿 勇 吳承金 * 殷紅清 李大春

（1中國南方馬鈴薯研究中心，湖北恩施 445000；2湖北省農業創新中心鄂西綜合試驗站，湖北恩施 445000）

美國轉基因馬鈴薯田間試驗分析

瞿 勇1，2吳承金1，2*殷紅清1，2李大春1，2

（1中國南方馬鈴薯研究中心，湖北恩施 445000；2湖北省農業創新中心鄂西綜合試驗站，湖北恩施 445000）

對1989～2010年6月美國轉基因馬鈴薯田間試驗的相關數據進行分析，揭示了美國轉基因馬鈴薯田間試驗的變化特點和趨勢。20 a間，美國先后受理了925次轉基因馬鈴薯的田間試驗申請，占美國轉基因作物田間試驗總次數的6.1 %，涉及到8個主要目標性狀，27家研究機構，32個試驗地點，累計試驗面積達129860.69 hm2。此外，還分析了美國轉基因馬鈴薯田間試驗變化的影響因素，并對轉基因馬鈴薯的育種趨勢進行了探討。

轉基因馬鈴薯；田間試驗；次數；美國

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是世界第四大糧食作物，僅次于小麥、水稻和玉米，廣泛種植于世界各地。隨著生物技術的發展，馬鈴薯是較先獲得轉基因植株和進行田間試驗的作物之一。美國是進行轉基因馬鈴薯田間試驗最多的國家，自1989年開始批準轉基因馬鈴薯的田間試驗（夏玉平和盧長明，2010），至2010年6月止，美國先后共受理了925次轉基因馬鈴薯的田間試驗申請，占美國轉基因作物田間試驗總次數的6.1 %，僅次于玉米、大豆和棉花，位居第4位。

轉基因作物的田間試驗是在實驗室效果理想的條件下以產業化為目的的中間試驗，是轉基因作物商業化前的重要環節（盧長明，2008）。試驗的物種、性狀與頻次等信息反映了轉基因作物研發的歷程，更能準確地反映轉基因作物研發的全貌和規律，為轉基因作物的發展提供參考。美國轉基因植物的環境釋放由農業部和環保署負責審批，但環保署只負責評價抗病蟲轉基因植物中殺病蟲物質的安全，農業部管理田間試驗（或稱環境釋放）和解除監控狀態。美國批準田間試驗的依據:轉基因植物不會帶來任何危險，不會引起植物病蟲害問題。田間試驗要在一定的隔離范圍內進行，試驗一旦結束，所有的試驗材料都必須從試驗地清除，并進行安全性處理。

轉基因作物的田間試驗是連接實驗室和產業化的重要中間環節（瞿勇 等，2010），盧長明（2008）、夏玉平等（2010）、瞿勇等（2010）對加拿大、美國和歐盟地區的轉基因作物田間試驗頻次進行了總體相關的分析。美國在轉基因作物的研究和產業化應用方面都處于世界前列，美國轉基因作物的田間試驗占世界的75 %以上，約有1/4的耕地種植轉基因作物。馬鈴薯作為世界主要糧食作物之一，尚未見轉基因馬鈴薯研究現狀的相關分析報道，本文以美國轉基因馬鈴薯的田間試驗為依據，分析相關頻次、目標性狀和釋放時間等信息，反映出美國在轉基因馬鈴薯方面的研究狀況和應用趨勢，從而為我國轉基因作物發展提供一定的參考。

1 研究方法

本文數據資料來源于美國轉基因作物田間試驗庫（http://www.isb.vt.edu/cfdocs/fieldtests1.cfm），該數據庫收集了1987年至今在美國進行的新性狀植物田間試驗的相關信息，本文針對1989～2010年6月在美國進行的轉基因馬鈴薯田間試驗的相關信息，運用Excel軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 轉基因馬鈴薯田間試驗頻次

美國于1986年在世界上率先開始了轉基因作物的田間試驗，1989年首次受理了孟山都公司抗PVY和PVX轉基因馬鈴薯的田間試驗申請，開始轉基因馬鈴薯的田間試驗。二十多年來，美國先后共受理了925次轉基因馬鈴薯田間試驗的申請，其中通過了831次，占90 %，撤銷29次，占3 %，拒絕65次，占7 %。在開始受理的申請中，幾乎所有的轉基因馬鈴薯都進入了田間試驗。從圖1可以看出，美國轉基因馬鈴薯的試驗頻次在20世紀呈穩步上升的發展趨勢，1999年時達最高峰，為154次，此后近十年的時間，美國轉基因馬鈴薯田間試驗頻次迅速下滑，呈平緩的趨勢，年均在20次左右。

圖1 美國轉基因馬鈴薯田間試驗頻次

2.2 美國轉基因馬鈴薯田間試驗目標性狀

轉基因作物最明顯的標志之一是具有不同的目標性狀，美國轉基因馬鈴薯田間試驗申請最多的目標性狀是抗蟲、抗病毒和品質改良，三者共占試驗總數的77.4 %。此外，還有抗菌、抗除草劑、標記基因、農藝性狀的改良等（表1）。馬鈴薯抗蟲方面，主要有抗馬鈴薯塊莖蛾、馬鈴薯葉甲蟲、蚜蟲等，涉及的基因有Cyr類、EPSPS基因等。抗病毒方面主要涉及抗X病毒、Y病毒、卷葉病毒等，轉化的目標基因有抗 PVX、PVY、PLRV等外殼蛋白基因。在品質改良上進行最多的是加工品質的改良，涉及到蔗糖磷酸蛋白合成酶基因，環糊精糖基轉移酶基因，多聚酚氧化酶基因等。此外，在其他方面還涉及眾多基因類型，例如，在抗真菌方面有CPuK3基因、金屬硫蛋白基因、幾丁質酶基因等類型；農藝性狀方面有冷誘導轉錄因子CBF1基因、DAHP合成酶基因等。

2.3 美國轉基因馬鈴薯田間試驗的機構

美國申請進行轉基因馬鈴薯田間試驗的機構共有27家，其中大學15家，私人公司9家，研究機構3家，如表2所示。試驗的機構中，孟山都公司申請次數最多，共申請了421次，占試驗總次數的45.5 %，其次是美國農業部和密歇根州立大學，各申請了133次和105次，分別占試驗總次數的14.4 %和11.4 %。孟山都公司作為世界最大轉基因企業，在馬鈴薯的研究方面依舊很強勢，從1989年率先申請轉基因馬鈴薯的田間試驗后，試驗的頻次逐年上升，特別是在1998年和1999年，分別申請了103次和116次，占該年轉基因馬鈴薯田間試驗總次數的72.5 %和75.3 %，但進入21世紀后，孟山都公司不再申請轉基因馬鈴薯的田間試驗。美國農業部也是于1989年最早開始馬鈴薯田間試驗的兩家機構之一，二十多年來基本上保持平穩的發展態勢，1998年進行得最多時也只有14次，至今仍在進行著田間試驗。排名第3位的是密歇根州立大學，1991年開始申請，20世紀90年代年均次數不到10次，近十年間申請的次數略有上升，特別是近五年的申請次數均占該年轉基因馬鈴薯田間試驗總數的50 %以上（圖2）。此外，愛達荷大學主要是在20世紀中后期進行了大量的試驗，辛普勞食品有限公司所申請的試驗則主要是在最近幾年，而世界轉基因植物研發的大公司在美國卻很少涉足轉基因馬鈴薯，如先正達公司在美國僅進行過1次試驗，拜耳公司，先鋒種業等機構卻未進行過相關的田間試驗。

表1 美國轉基因馬鈴薯田間試驗目標性狀

表2 美國轉基因馬鈴薯田間試驗機構分析

圖2 美國轉基因馬鈴薯的機構及年度分析

2.4 美國轉基因馬鈴薯田間試驗地區

自1989年美國的轉基因馬鈴薯首次在愛達荷州進行田間試驗以來，先后在美國的32個州累計進行了938次，試驗次數達10次以上的州有16個，其中最多是威斯康星州，共進行了203次試驗，占轉基因馬鈴薯試驗總次數的21.6 %，其次是愛達荷州和密歇根州，分別進行了165次和118次，3個州的次數占美國轉基因馬鈴薯田間試驗總次數的50 %以上（表3）。20世紀末及21世紀初，威斯康星州和愛達荷州一直是轉基因馬鈴薯田間試驗申請次數最多的兩個州。近幾年來，美國轉基因馬鈴薯的田間試驗主要在密歇根州進行，例如2009年美國共累計申請田間試驗27次，而在密歇根州就有14次，2007年、2008年分別在密歇根州申請釋放了14次和11次，均占該年份申請總數的50 %以上。

2.5 美國轉基因馬鈴薯田間試驗的面積

從美國轉基因馬鈴薯田間試驗的面積方面看，美國轉基因馬鈴薯的田間試驗主要在20世紀進行（表4），在1998年達到頂峰，1998～2000年申請田間試驗的總面積為113965.14 hm2，占1993～2010年累計總試驗面積的87.76 %。2000年后，美國轉基因馬鈴薯田間試驗面積銳減，近十年間的總面積只有逾230 hm2，不到累計總面積的0.2 %，2005～2008年4 a間，田間試驗面積均不到10 hm2，在2006年達最低，只有5.25 hm2。

表3 美國轉基因馬鈴薯田間試驗地區

表4 美國轉基因馬鈴薯田間試驗面積

從研究機構申請的田間試驗面積方面來看，孟山都公司不愧為世界最大的轉基因研發機構，20世紀90年代美國的轉基因馬鈴薯試驗在很大程度上都是孟山都公司在進行，1994～2000年間，孟山都公司申請的試驗面積均占該年申請總試驗面積的93 %以上，主要是進行抗蟲和抗病毒方面的試驗。2000年后，孟山都公司退出美國轉基因馬鈴薯的田間試驗，美國轉基因馬鈴薯田間試驗的面積也大幅度銳減。2000年后，美國轉基因馬鈴薯田間試驗主要是美國農業部和明尼蘇達州立大學在進行，近幾年，辛普勞食品有限公司逐漸在試驗面積上占居主導地位，其主要是進行品質性狀的改良。

3 討論

3.1 美國轉基因馬鈴薯田間試驗頻次的變化

美國轉基因馬鈴薯與美國其他轉基因作物田間試驗頻次的變化趨勢基本相同，也與世界轉基因作物的田間試驗變化相似，在20世紀80年代后期開始進入田間試驗，此后十年迅速發展，90年代末達到頂峰后開始下滑，然后維持一個平穩的發展態勢。出現這種變化趨勢并非偶然，主要有以下幾個方面的因素:① 歐盟自1998年起不再審批新的轉基因食品的申請，美國作為歐盟的最大轉基因產品貿易國，必受其影響。② 歐盟制定了新的標識與監管制度，要求凡是含有1 %以上轉基因 DNA或蛋白質的產品上市都必須實行許可和標簽制度，這對美國乃至全世界轉基因的發展有很大的影響。③ 美國自身轉基因安全管理措施的逐步完善，及國際關于轉基因生物安全管理的逐漸規范，使轉基因馬鈴薯也必須處于平衡的發展態勢。④ 國家利益的沖突，任何貿易的沖突，其背后都有利益的爭端，轉基因是非的背后，同樣有著巨大的利益驅使。

3.2 美國轉基因馬鈴薯田間試驗的研究機構及面積

世界轉基因生物的研究機構主要有科研單位，高校和私人公司，其中美國私人公司通常占有很大的比例，以孟山都公司最具代表性。美國轉基因馬鈴薯的研發方面，并未像其他作物那樣，出現很多的競爭機構，孟山都公司獨樹一幟，無論在田間試驗的次數，還是田間試驗釋放的面積方面，都占有很大比例，主要試驗性狀是抗蟲和抗病毒方面，而先正達公司，先鋒種業，植物基因系統公司等國際性的大公司在美國轉基因馬鈴薯方面只進行了很少或未進行過田間試驗。孟山都公司在2000年后停止在美國的田間試驗，這與前面所述的諸多影響因素有直接的關聯，美國轉基因馬鈴薯的田間試驗頻次和面積大幅下降，孟山都公司在轉基因馬鈴薯方面的變化趨勢也決定了整個美國轉基因馬鈴薯的變化趨勢。近幾年，美國轉基因馬鈴薯的田間試驗面積呈逐漸上升的趨勢，主要是以辛普勞食品有限公司為首的私人公司，試驗性狀集中在加工品質的改良方面，其次還有全球最大的薯片生產商菲多利食品有限公司，馬鈴薯生產商捷利康公司等。

3.3 美國轉基因馬鈴薯田間試驗的目標性狀

目前，轉基因作物中進行得最多的是抗除草劑性狀和抗 BT性狀基因的研究和利用。馬鈴薯是以收獲營養器官為目的的糧食作物，這與其他收獲種子的作物有所不同，馬鈴薯的育種目標集中在抗性提高和品質改良兩個方面，美國轉基因馬鈴薯的研究方向主要集中在抗蟲、抗病毒和品質改良幾個方面，這與馬鈴薯傳統育種的目標相同。

3.4 美國轉基因馬鈴薯田間試驗的啟發

隨著生物技術的發展及人類生活的需求，世界轉基因生物發展趨勢是不可逆的（張啟發，2005；孫雷心，2006；孫國鳳，2008），盡管目前在發展中還有一些待解決的問題，但隨著轉基因技術的不斷發展和相關國際規則的日益完善，轉基因技術及其產品將給全球帶來更大的利益（劉福林和李淑萍，2005；張俊祥 等，2005；劉治先 等，2008）。

① 馬鈴薯是重要的作物，轉基因馬鈴薯在世界各國的研究都處于重要位置，從田間試驗的頻次上看，轉基因馬鈴薯在美國和加拿大均位居第4位，歐盟位居第3位，以美國進行的田間試驗頻次最多，相比之下，我國在馬鈴薯方面的重視程度還不夠高。

② 美國轉基因馬鈴薯田間試驗的目標性狀在加工品質的改良方面尤為突出，特別是近些年相關食品公司更是加大了這方面的研究試驗，且這一趨勢還可能保持很長一段時間，說明我國在馬鈴薯的研究發展方面必須以市場為導向，在提高抗性的同時，著重于品質的改良，迎合產業加工的需求，創造馬鈴薯更大的市場價值。

③ 馬鈴薯在傳統育種和現代分子育種中，育種的目標性狀方面都表現出相同的趨勢，在今后的育種工作中，加強二者的有機結合，共同提高馬鈴薯的抗性和改良馬鈴薯的品質。我國在發展轉基因技術及其產業化部署的同時，既要與國際趨勢接軌，又要從實際國情出發，具有自己的特色，讓轉基因技術更好地為人類生產和生活服務。

瞿勇，邢素娜，盧長明.2010.歐盟轉基因植物田間試驗頻次分析.農業生物技術學報，18（5）:993-1000.

劉福林，李淑萍.2005.轉基因植物的現狀及發展趨勢.現代農業技術，（12）:85-86.

劉治先，喬峰，張銘堂，丁照華，楊菲，劉朋.2008.世界轉基因農作物的應用現狀和發展趨勢.山東農業科學，（7）:113-115.

盧長明.2008.轉基因作物田間試驗頻次分析.生物技術通報，（3）:153-161.

孫國鳳.2008.2007年全球轉基因作物商業化發展趨勢.生物技術通報，（3）:190-194.

孫雷心.2006.2005年轉基因作物商業化生產全球態勢.生物技術通報，（2）:108-109.

夏玉平，盧長明.2010.美國轉基因作物田間試驗頻次分析.農業生物技術學報，18（1）:163-173.

張俊祥，程家瑜，周永春.2005.全球轉基因作物種植狀況及其分析.中國生物工程雜志，25（7）:105-107.

張啟發.2005.對我國轉基因研究和產業化發展策略的建議.中國農業信息，（2）:4-7.

Field Trial Overview of Genetically Modified Potato in America

QU Yong1,2, WU Cheng-jin1,2*, YIN Hong-qing1,2, LI Da-chun1,2
（1Southern China Potato Research Center, Enshi445000, Hubei, China; 2Western Hubei Experimental Station, Hubei Agriculture Innovation Center, Enshi445000, Hubei, China）

A survey was made into the America database on field trials of genetically modified potato（Solanum tuberosum L.）during1989 to June2010 in order to reveal the change characteristics and research trend of genetically modified potato in America. Results indicated that925 field trials,taking6.1 % of the total field trials numbers on genetically modified potato, were undertaken in32 states during the last20 years, dealing with8 main target characteristics, and27 research institutions.The accumulated trial areas reached129860.69 hm2. In addition，this paper also analyzes the factors effecting changes in field trial of genetically modified potato in America, and carries out discussion on the trend of transgenic potato breeding.

Transgenic potato; Field trials; Frequency; America

S532

A

1000-6346（2011）02-0024-06

2010-09-16；接受日期:2010-10-21

農業部“948”項目〔2006-G12（B）〕

瞿勇，男，碩士，專業方向:作物遺傳育種，E-mail:quyongbreeding@163.com

*通訊作者（Corresponding author）:吳承金，高級農藝師，專業方向:馬鈴薯遺傳育種，E-mail:spwucj@163.com