我國作物轉基因技術的發展與現狀

康國章+李鴿子+許海霞

摘要 轉基因技術是作物分子生物學的核心，在降低資源投入、保護環境安全、保障糧食供給等方面顯示了巨大的潛力，已成為現今應用最為迅速的作物生物技術。本文著重闡述了轉基因的概念及其與以往相關技術的異同、現今應用程度、不同時期的轉基因方法、我國轉基因技術的發展歷程、我國轉基因的管理政策及加強科普宣傳的重要性等方面，以期為人們更好地了解轉基因技術、更加科學地對待轉基因的應用和發展提供參考。

關鍵詞 作物；轉基因；概念；發展歷程；管理政策；科普宣傳

中圖分類號 S5 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）22-0027-03

Abstract Transgenic technology is the core of crop molecular biology，and plays important and potential roles in reducing the input of agricultural resources，protecting environmental safety，ensuring food supply，etc. This paper introduced its concept and differences from other crop breeding technologies，present utilization，its methods，its development history during China，its strict management policies，the importance of its popular science propaganda，etc，in order to help public peoples deeply understand transgenic technology，and provide reference for its utilization and development in future.

Key words crop；transgenic；concept；development history；management policies；popular science propaganda

轉基因作物已在全球一些國家大面積種植，在降低資源投入、保護環境安全、保障糧食供給等方面顯示了巨大的潛力[1-2]。但是轉基因技術作為一種新興技術，它帶來了全球對生物安全問題的廣泛關注，并引發了一系列轉基因的突發事件，造成公眾對轉基因產生誤解，這可能與科研工作者注重轉基因研發工作，而忽視轉基因技術的信息傳播與普及推廣有關。因此，2015年中央一號文件首次提出要加強農業轉基因生物技術的科學普及。研究生是科研人才的最主要后備軍，主要培養目標之一是在本門學科內掌握堅實的基礎理論知識。隨著研究水平內容的持續深入與研究方法的不斷創新，分子生物學在作物學各個領域已得到了廣泛應用[3-4]。河南農業大學擁有河南省高校唯一一個一級學科國家重點學科——作物學，2010年以來，作物分子生物學已成為該校作物學碩士研究生培養的專業學位課程。轉基因是作物分子生物學中重要的研究方法，是研究基因功能、創制優異作物種質資源等的重要手段[5-6]。近年來，筆者一直擔任河南農業大學作物學學科研究生的作物分子生物學課程，圍繞其中重要的轉基因內容從以下幾方面進行了講授，取得了較好的授課效果。在本文中，筆者結合在研究生授課中教學內容，介紹了我國轉基因的發展歷程及現狀，以提高人們對轉基因的認識與了解。

1 轉基因的概念及與以往相關技術的異同

在農業領域，育種技術推動了農業的持續發展，推動了其向現代農業的轉變。在5 000年以前，人類已開始有意識將當年收獲的最好種子保存，用作翌年進行播種，開啟了選擇育種的歷程。18世紀中期，人們發現雜種優勢的優點，開始將2個性狀優良的品種通過雜交創制新品種。20世紀20年代開始至40年代，人們開始利用物理（輻射等）、化學（誘變劑等）手段誘導作物種子發生變異，再從變異群體中選擇符合理想的作物新品種。1973年科學家科恩和博耶將遺傳物質從一個生物轉移到另一個生物，以DNA重組和轉基因技術為核心的現代生物技術，開始在農業、醫藥、食品、能源和環保領域得到廣泛應用。轉基因作物育種是一種前所未有的作物育種新方法。由此可以看出，雜交育種是優良性狀基因的聚合，選擇育種是性狀自然突變基因的選擇，誘變育種是人工對突變基因的選擇[7-8]。轉基因技術是在更大范圍內實現基因整合，與傳統技術只能在近緣屬種間實現基因轉移不同，特別在現今作物育種目標越來越高，而作物種質資源范圍越來越窄、品種更換周期越來越短的局面下，轉基因作物育種具有更重要的意義[9-10]。在自然界中廣泛存在轉基因現象，如農桿菌可以將自身的基因轉移到植物基因組中并獲得穩定的遺傳表達，只不過發生頻率很低。在轉基因中，人們可以廣泛應用這一原理，高效、快速將目標基因導入到作物中[11]。因此，轉基因技術是傳統育種技術的繼承與發展。

2 目前轉基因作物在全世界范圍內的應用程度

1994年，轉基因延熟保鮮番茄進入美國市場開始銷售，1996年，轉基因作物開始大規模商業化種植，種植面積為170萬hm2，此后發展極為迅速，經歷了1996—2014年連續19年的快速增長，已成為現今世界上應用最為迅速的作物技術。2014年全世界有8個發達國家和20個發展中國家種植了轉基因作物，種植面積高達1.815億hm2，2015 年種植面積為1.797億hm2，較2014年減少了約1%，但這一波動主要是由于糧食低價格因素所導致。20年來，全世界種植轉基因作物面積累計達到20億hm2。其中，轉基因大豆、玉米、棉花和油菜排在前4位，種植面積分別達到10億、6億、3億、1億hm2。美國、巴西、阿根廷、印度和加拿大排在前5位，2015年這5個國家轉基因種植面積分別達到7 090萬、4 420萬、2 450萬、1 160萬、1 100萬hm2。endprint

自轉基因技術商業化種植以來，美國是世界上轉基因技術應用最為廣泛的國家。2015年，美國約94%的棉花、94%的大豆、92%的玉米均是轉基因作物。轉基因作物的種植也為美國農業帶來了巨大的收益；同時，種植轉基因作物能減少蟲害問題，降低農藥使用量，有利于環境保護和促進農業的可持續發展等。

2015年，我國的轉基因植物種植面積為370萬hm2，主要種植棉花、木瓜和楊樹，但小麥、玉米、水稻、大豆等主要糧食作物未種植轉基因品種。目前，我國雖然實現主糧的基本自給，但農產品缺口較大，而進口的大多數糧食作物（玉米、大豆等）以轉基因為主，成為轉基因糧食產品的消費大國。以玉米為例，2013年和2014年我國玉米籽粒進口量分別達到326.42萬t和259.90萬t。而阿根廷、巴西、美國等糧食出口國種植的玉米等基本都是轉基因品種，因此，我國進口的玉米只能是轉基因產品，這些進口玉米主要用于飼料和其他工業用途。另外，我國消費了全世界大豆產量的1/3，進口量占全球大豆進口的65%，其中90%以上為轉基因大豆，這些大豆主要用于食用油等產品。

3 轉基因技術發展歷程

轉基因技術最初所采用的載體大多含有篩選標記，以利于轉化后代的鑒定以篩選出含有目的基因的轉化體。但篩選標記基因存在于轉化體的基因組內，從而引發了轉基因植物安全的許多問題，諸如篩選標記基因可能具有潛在毒性和致敏性，并有可能漂移到其他生物體中威脅環境生態安全，這也是人們對轉基因安全所關注的焦點所在。為降低轉基因所帶來的風險，隨后人們采用共轉化法、位點特異性重組系統、轉座子系統、同源重組法和多元自主轉化載體系統等方法獲得無選擇標記的轉基因植株。但這些方法篩選較為復雜、工作量較大且仍存在一定的安全風險。自2013年我國科學家成功將基因組編輯技術其中的一種——CRISPR-Cas9（成簇的規律間隔短回文重復序列）應用于主要糧食作物以來，轉基因技術得到了更加快速的發展。這種技術可預先確定切割DNA位點，精確地插入突變或者在基因組的最佳位置改變單核苷酸從而使表達最大化。與傳統常規育種方法和轉基因方法相比，它主要存在著4個方面的優勢，一是精確性，能精確控制單個或多個基因，其產品與自然突變無差別；二是可監管，它的產品適用于科學的、符合目的的和適當的監管，這與以前的轉基因作物的嚴格監管有很大差異；三是快速，基因組編輯技術所獲得的產品時間長度遠小于傳統的轉基因技術；四是低成本，由于改良作物的速度更快以及監管更簡化，基因組編輯所需總成本遠低于傳統的轉基因方法。該技術在近年來油菜、玉米、小麥、大豆、水稻、馬鈴薯、番茄和花生等主要農作物轉基因作物種質新資源創制方面得到了廣泛應用。該技術被《Science》雜志社評為2015年度“最杰出的新革命”。美國農業部認為只要基因編輯作物中不含有來源于植物害蟲的DNA，則不認為其是轉基因作物。一向對轉基因技術保持有極其苛刻的監管制度的歐盟國家瑞典近期公開表示，利用CRISPR-Cas9技術進行基因組編輯得到的植物不屬于歐洲對轉基因的定義范疇。

4 我國轉基因的發展歷程

我國轉基因技術從20世紀80年代起步至今，經歷了4個主要發展歷程。

1986—2000年為第一階段，在這一階段中，我國內地主產棉區棉鈴蟲連年大暴發，導致整個國家出現“棉荒”，使我國棉花生產不僅遭受巨大損失，而且過量使用農藥也造成了環境污染。我國開始追蹤世界轉基因科技前沿，鼓勵模仿世界先進技術。這一階段中，轉基因棉花開始應用于生產，但轉基因大豆、玉米和水稻等食用主糧作物尚處于實驗室研發階段。這一階段中，轉基因技術逐步引進國內。

2001—2009年為第二階段，我國轉基因研究開始從局部自主創新邁入全面自主創新階段。2009年，轉Cry1Ab /1Ac融合基因的抗蟲水稻華恢1號及雜交種Bt汕優63（兩者均為華中農業大學研發）、轉植酸酶PhyA2基因的BVLA430101玉米自交系（中國農業科學院生物技術研究所與奧瑞金公司聯合研發）獲得農業部頒發的安全證書，轉基因主糧產業化提上議事日程。轉基因的風險不確定性逐步受到公眾關注，政府開始全面加強對農業轉基因生物安全的管理，嚴格審批流程。轉基因生物新品種培育重大專項開始啟動，“加快研究、推進應用、規范管理、科學發展”的轉基因作物發展方針逐漸明確。

2010—2013年為第三階段，上述轉基因3個安全證書發放之后，圍繞轉基因安全性、主糧化等形成了激烈的爭論。支持人士強調轉基因的安全性，強調不發展轉基因技術，中國會在國際競爭中落后；而反對人們則認為“我不關注你是否會落后，我只關注我是否健康，而且關注我的子孫后代是否健康”，這些輿論導向不利于轉基因的后續與推廣。在此情況下，國家的轉基因政策趨向于保守，上述3個安全證書發放后，其品種審定、生產經營許可等沒有繼續向前推進，而采用了“預警式”轉基因生物安全管理模式。

2014至今為第四階段，自2013年中央農村工作會議上，習近平總書記提出了“確保安全、自主創新、大膽研究、慎重推廣”的轉基因發展16字方針以來，國家轉基因發展戰略逐漸明晰。目前，我國的轉基因政策主要有3個方面：一是注重自主創新。國家轉基因生物新品種培育重大專項繼續推進，以提高我國農業綜合生產能力和農業生態安全保障能力，力爭到2020年，使我國農業轉基因生物研究及產業化整體水平躍居世界前列。二是堅持慎重推廣。國家在推動轉基因作物應用上堅定不移。2014年底，上述3種轉基因作物產品再次獲得農業轉基因生物安全證書，有效期為5年（2014年12月11日至2019年12月11日）。三是突出強調安全性。在管理上要嚴格，要堅持依法監管。

5 我國轉基因的管理政策

自轉基因技術出現開始，科學家就一直重視其安全性。世界各國均嚴格管理控制轉基因生物的研究、試驗以及生產等各個環節的監測。我國自轉基因第2個階段開始主糧作物研究后，從研究、試驗、生產、加工、經營等全過程，都開展了嚴格的管控，對轉基因農產品可能存在潛在風險的實驗室研究和田間試驗階段進行了重點監測。目前，我國轉基因全過程的安全評價分為試驗研究、中間試驗、環境釋放、生產性試驗和申請安全證書5個層次。在完成中間試驗、環境釋放、生產性試驗后可申請安全證書，獲得安全證書是進入品種審定與種子管理程序的必要條件。轉基因產品在每個省推廣均需要申請1個安全證書，有效期一般為5年。endprint

雖然目前我國轉基因技術發展的方針已明確為“大膽研究、自主創新”，但同時指出“嚴格管理、慎重推廣”，目前，我國是世界唯一采用定性按目錄強制標識的國家，要求生產、經營轉基因食品等均應顯著標示。自轉基因生物新品種培育重大專項實施以來，我國的轉基因研究取得了很大進展；另外，我國是轉基因農產品的進口大國，這些新的形勢對我國轉基因的管理提出新的要求。2016年5月23日，農業部審查批準了《農業轉基因生物安全管理通用要求實驗室》等10項標準（中華人民共和國農業部公告第2406號），并自2016年10月1日起實施，以保證對轉基因從實驗室、溫室到田間試驗等全過程的嚴密監控措施，防止未經過安全評價的轉基因作物擴散到環境和食物鏈。

6 加強轉基因科普宣傳

21世紀，我國面臨農業資源不斷減少和人口不斷增加的雙重壓力，為了實現提高農業效益、糧食安全和生態安全的戰略目標，提高轉基因研究與應用將是一項重要舉措，這不僅符合我國制定的釋放轉基因產品三步走（先非食用，再間接食用，后直接食用）的政策方針，也符合“十三五”規劃的“創新、協調、綠色、開放和共享”的理念。轉基因作為一種復雜的、直觀難以看得見的、機理未完全研究清晰的新生事物，公眾對轉基因的疑慮和擔心均是正常的，公眾了解少，不免難以接受。另外，轉基因研究人員雖然熟知轉基因技術，但大多數缺乏溝通和傳播技巧，公眾很難聽得懂，也易造成公眾的疑慮和擔心。在這種情況下，2015年中央一號文件明確提出了“加強農業轉基因生物技術研究、安全管理、科學普及”，首次將轉基因科普與研發和安全管理并列，加強科普宣傳在今后的轉基因研究與推廣工作中的一項重要任務。

因此，轉基因科學家在今后的工作中，進一步制作出廣大群眾易于理解與掌握的轉基因科普知識（如2010年科技部出版的《轉基因科普小知識》），培訓更多的科普專家，廣泛利用報刊、電視、微信、微博、網絡、現場講座等傳播方式，多舉辦轉基因科普知識培訓會（如2016年10月，農業部等部門組織專家深入大學與科研院所舉辦的相關培訓會），通過持續的轉基因科普活動來提高整個社會對轉基因的認知程度，讓轉基因技術知識的傳播和普及跟上轉基因技術應用和發展的步伐，使廣大群眾和各級領導干部深入了解轉基因技術的來龍去脈、技術操作流程、我國與其他各國的管理體系，由不理解變為理解，由排斥變為接受和推廣，為轉基因技術的發展營造健康的社會氛圍。

7 展望

由于雌雄器官之間的相互識別機理，傳統雜交育種主要在近緣屬種間進行，它在糧食產量不斷提高過程中曾發揮了巨大作用。但在目前糧食單產較高水平下，加上親本資源有限，導致我國主要糧食作物的單產增長非常緩慢。而轉基因技術可以將來自于植物遠緣屬種間，甚至人、動物和微生物的優良基因導入到主要糧食作物中，擴大了培育良種的優異種質來源。近年來，隨著安全性較高的先進轉基因技術不斷出現，如基因組編輯技術，轉基因技術已作為一種有效的育種技術，在作物定向改良中發揮了越來越重要的作用。2015年，美國已種植了第一例基因組編輯產品—SU CanolaTM（抗磺酰脲除草劑油菜）；2016年，美國科研人員沒有導入外來基因而僅使用基因組編輯技術剪掉了讓香菇變褐色的DNA，并種植了這類基因組編輯的香菇。由于它僅是剔除掉“壞片段”，因而不算轉基因食品。美國眾議院2015年7月通過了一項法案用于預先制止州和地方非轉基因法，盡管這項法律還需美國參議院通過與總統簽署才能生效為法律，但已經給近些年的轉基因爭議劃上了一個逗號，雖沒結束，但已告一段落。目前，在我國領導層的堅定支持和科學家的有力推動下，國家轉基因政策走向逐漸明晰，在自主創新、科學評估、突出重點、嚴格監管等方針政策下，使轉基因技術成為今后保障我國糧食安全、推動農業現代化發展的新動力。在目前轉基因技術迅速發展的趨勢下，加強在廣大科研后備力量中的科普宣傳有利于這一技術的研究、推廣與應用。

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