全球轉(zhuǎn)基因作物的發(fā)展?fàn)顩r

段燦星，孫素麗，朱振東

“民以食為天”，糧食是人類最基本的生存資料，農(nóng)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)地位，突出地表現(xiàn)在農(nóng)作物生產(chǎn)的糧食上。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口不斷增長，傳統(tǒng)糧食作物的產(chǎn)量已滿足不了人類對食物的需求。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的快速發(fā)展，轉(zhuǎn)基因作物應(yīng)用而生，目前已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，為提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)、保障全球糧食安全、促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供了重要的助力。轉(zhuǎn)基因作物不僅可以減少種植成本、增強(qiáng)抗病蟲、抗逆性、增加產(chǎn)量，還能改善營養(yǎng)成分，甚至具有治療效果[1]。

1 轉(zhuǎn)基因相關(guān)概念

什么是轉(zhuǎn)基因技術(shù)？農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在《答問》中，明確給出了轉(zhuǎn)基因技術(shù)的概念：轉(zhuǎn)基因技術(shù)是將高產(chǎn)、抗逆、抗病蟲、提高營養(yǎng)品質(zhì)等已知功能性狀的基因，通過現(xiàn)代科技手段轉(zhuǎn)入到目標(biāo)生物體中，使受體生物獲得新的功能特性，產(chǎn)生新的品種和新的產(chǎn)品[2]。轉(zhuǎn)基因技術(shù)是現(xiàn)代生物發(fā)展的核心技術(shù)之一，在保障全球糧食安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和拓展農(nóng)業(yè)基本功能等方面具有重要作用和巨大潛力[3]。什么是轉(zhuǎn)基因作物？是指運(yùn)用分子生物學(xué)（基因重組和組織培養(yǎng)）技術(shù)，將其他生物或物種（植物、動(dòng)物、微生物）的基因轉(zhuǎn)入作物后培育出來的具有特定性狀的農(nóng)作物品種。轉(zhuǎn)基因作物通常具有高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗病蟲、抗非生物逆境、抗除草劑、耐儲(chǔ)存、提高某些營養(yǎng)成分含量、改善作物品質(zhì)、增強(qiáng)口感和色澤等優(yōu)良性狀。

2 常見的轉(zhuǎn)基因作物

自1996年起，全球轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物開始大規(guī)模商業(yè)化種植，目前，種植最為廣泛的轉(zhuǎn)基因作物包括大豆、棉花、玉米和油菜四大類，其他較為常見的有轉(zhuǎn)基因木瓜、番茄、甘蔗、蘋果、甜菜、苜蓿和 蘋果等。

2.1 轉(zhuǎn)基因大豆

轉(zhuǎn)基因耐除草劑、抗蟲大豆是目前全球種植最為廣泛的轉(zhuǎn)基因作物，據(jù)國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織（International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications,ISAAA）統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)基因大豆2018年的種植面積高達(dá)9 590萬公頃，占全球轉(zhuǎn)基因作物種植總面積的一半[4]。目前，商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因大豆主要包括抗耐草劑、抗蟲、高油酸含量以及其他品質(zhì)改良等幾類，轉(zhuǎn)入的目標(biāo)基因包括cp4 epsps、gm-hra、pat、bar、aad-12、cry1Ac、cry1F、fatb1-A、fad2-1A等[5,6]。

2.2 轉(zhuǎn)基因玉米

轉(zhuǎn)基因抗蟲、耐除草劑玉米是全球第二大轉(zhuǎn)基因作物，2018年種植面積為5 890萬公頃[4]。一種常見的土壤細(xì)菌——蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis,Bt），能產(chǎn)生幾種蛋白質(zhì)，昆蟲攝入后就會(huì)死亡，但這些蛋白質(zhì)對人類無害，長期被有機(jī)種植者用作天然殺蟲劑。將控制這些蛋白合成的基因（Bt）轉(zhuǎn)入玉米后，就能在玉米植株體內(nèi)產(chǎn)生Bt毒蛋白，不用打農(nóng)藥就可以減輕或避免蟲害。Bt殺蟲基因已成為轉(zhuǎn)基因作物中應(yīng)用最為廣泛的抗蟲基因，目前還在不斷研發(fā)殺蟲活性更高、殺蟲譜更廣的新Bt毒蛋白基因。轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲玉米因其抗玉米螟、棉鈴蟲、粘蟲等效果顯著且直觀，使其成為轉(zhuǎn)基因作物中商業(yè)化種植速度最快的作物之一[7]。目前，商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因玉米主要為抗蟲、耐除草劑、抗旱以及品質(zhì)改良等品種，轉(zhuǎn)入的基因包括cry1Ab、epsps、Cry2Aj、G10evo、maroACC、cp4epspsZM、bar、Cry1Ab-Ma、mCry2Ab、mG2-aroA等[8]。

2.3 轉(zhuǎn)基因棉花

轉(zhuǎn)基因抗蟲棉是全球第三大廣泛種植的轉(zhuǎn)基因作物，2018年的種植面積為2 490萬公頃[4]。1990年，孟山都公司將修飾過的Bt殺蟲基因轉(zhuǎn)入棉花并獲得高Bt毒蛋白含量的轉(zhuǎn)基因棉花植株，隨后進(jìn)行了Bt抗蟲棉的選育和品種的商品化。自上個(gè)世紀(jì)90年代以來，棉鈴蟲在我國大部分棉區(qū)持續(xù)性大發(fā)生或爆發(fā)，給棉花生產(chǎn)帶來了巨大的威脅，棉農(nóng)談“蟲”色變，僅1992年一年即造成直接經(jīng)濟(jì)損失60多億元，間接損失超過100億元，對整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了很大影響。我國轉(zhuǎn)Bt殺蟲基因棉花研究起始于90年代初，郭三堆等成功培育了我國第一個(gè)具有商業(yè)化種植前景的轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉[9]，并于1997年開始在我國廣泛種植。目前商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因棉花主要為抗蟲、抗病、抗旱和耐除草劑的品種[10-11]。

2.4 轉(zhuǎn)基因油菜

轉(zhuǎn)基因油菜也是全球廣泛種植的農(nóng)作物，ISAAA統(tǒng)計(jì)表明，2018年轉(zhuǎn)基因油菜的種植面積達(dá)1 010萬公頃[4]。美國、加拿大是最早商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因油菜的國家，截至2017年，美國已獲批40余個(gè)商業(yè)化轉(zhuǎn)基因耐除草劑油菜品種，美國種植的油菜均為轉(zhuǎn)基因品種。目前，商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因油菜主要為耐除草劑轉(zhuǎn)基因油菜、高月桂酸轉(zhuǎn)基因油菜、含ω-3脂肪酸的轉(zhuǎn)基因油菜等幾大類[12]。

2.5 黃金大米

黃金大米是β-胡蘿卜素強(qiáng)化的轉(zhuǎn)基因稻米[13-14]。維生素A缺乏（簡稱VAD）是全球性公共衛(wèi)生問題，全球1/4的學(xué)齡兒童（1.27億）存在維生素A缺乏的問題，失明超過25萬。1999年，瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院蘇黎世分校Ingo Potrykus博士發(fā)明了黃金大米，他通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，讓大米胚乳能生產(chǎn)β-胡蘿卜素，這樣的大米呈金黃色，在動(dòng)物體內(nèi)可以轉(zhuǎn)化為生存所需的維生素A，可以有效緩解貧困地區(qū)高發(fā)的維生素A缺乏癥及其導(dǎo)致的失明和免疫力低下[15]。

2.6 轉(zhuǎn)基因番茄

1994年，由美國Calgene公司成功培育的世界首例商品化轉(zhuǎn)基因作物一轉(zhuǎn)基因延熟耐儲(chǔ)存番茄Flavr-SavrTM獲準(zhǔn)進(jìn)入市場。1998年，孟山都公司培育的轉(zhuǎn)基因抗蟲番茄品種“5345”在美國獲批環(huán)境安全和食品安全評價(jià)，2000年，該轉(zhuǎn)基因番茄品種在加拿大獲批食用[16]。近年來，用轉(zhuǎn)基因方法已培育出抗病蟲害、抗除草劑、抗逆、延遲成熟和品質(zhì)改良的番茄品種，番茄雄性不育系轉(zhuǎn)基因育種也取得了一定進(jìn)展。

2.7 轉(zhuǎn)基因木瓜

番木瓜環(huán)斑病毒是木瓜生產(chǎn)上為害最嚴(yán)重的病害，曾給木瓜產(chǎn)業(yè)造成毀滅性的打擊[17]。目前商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因木瓜主要為抗環(huán)斑病毒的品種。1990年，世界首個(gè)轉(zhuǎn)抗番木瓜環(huán)斑病毒基因的木瓜品系在美國培育成功，1998年美國批準(zhǔn)商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因番木瓜品種“日出”和“彩虹”，挽救了美國的木瓜產(chǎn)業(yè)[18]。2003年被加拿大、2011年被日本批準(zhǔn)進(jìn)口，2011年底被日本批準(zhǔn)種植。我國于2010年引進(jìn)轉(zhuǎn)基因木瓜。“華農(nóng)1號(hào)”是我國歷時(shí)10年自主研發(fā)的轉(zhuǎn)基因番木瓜品種，20世紀(jì)90年代中期開始進(jìn)行基因分離克隆，2006年正式培育成功，隨后在廣東省進(jìn)行了5年的區(qū)域?qū)嶒?yàn)和推廣，2010年獲農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒發(fā)的安全證書“農(nóng)基安證字（2010）056號(hào)”，隨后在我國華南地區(qū)開始大規(guī)模種植[19-20]。目前，我國市面上90%以上的木瓜均為轉(zhuǎn)基因木瓜。

3 全球轉(zhuǎn)基因作物現(xiàn)狀

2020年是轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化種植的第25個(gè)年頭。來自國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織已公布的數(shù)據(jù)表明，2018年，全球26個(gè)國家共種植了1.917億公頃的轉(zhuǎn)基因作物，而2017年種植面積為1.898億公頃，增加了190萬公頃，增幅比例約為1.0%。自1996年以來的23年間，轉(zhuǎn)基因作物種植面積增長約113倍，累計(jì)達(dá)25億公頃。轉(zhuǎn)基因作物在美國、巴西、阿根廷、加拿大和印度等5大種植國的應(yīng)用率接近飽和，分別為93.3%、93.0%、約100%、92.5%和95.0%[4]。全球有26個(gè)國家和地區(qū)種植轉(zhuǎn)基因作物，其中21個(gè)為發(fā)展中國家，5個(gè)為發(fā)達(dá)國家，轉(zhuǎn)基因作物的種植面積占比分別為54%和46%。

在2018年全球廣泛種植的四大轉(zhuǎn)基因作物中，從種植面積看，大豆＞玉米＞棉花＞油菜。而轉(zhuǎn)基因作物的應(yīng)用率則是大豆＞棉花＞玉米＞油菜，應(yīng)用率為78%、76%、30%和29%。美國、巴西、阿根廷、加拿大和印度是轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的5個(gè)國家，總計(jì)達(dá)1.745億公頃，占全世界轉(zhuǎn)基因作物總面積的91%。美國的轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大，為7 500萬公頃，包括3 408萬公頃轉(zhuǎn)基因大豆、3 317萬公頃轉(zhuǎn)基因玉米、506萬公頃轉(zhuǎn)基因棉花、90萬公頃轉(zhuǎn)基因油菜、49.1萬公頃甜菜以及126萬公頃的紫花苜蓿，此外，還種植約1 000公頃的木瓜、南瓜、馬鈴薯和蘋果。其次是巴西、阿根廷、加拿大和印度，其種植面積分別為5 130萬、2 390萬、1 270萬和1 160萬公頃，其中巴西和阿根廷種植的轉(zhuǎn)基因作物主要為大豆、玉米和棉花，加拿大種植的主要是轉(zhuǎn)基因油菜、大豆、玉米和甜菜，而印度則主要種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，2018年的種植面積達(dá)1 160余萬公頃（表1）。

表1 2018年全球主要轉(zhuǎn)基因作物在不同國家的種植情況a （單位：百萬公頃）

4 我國轉(zhuǎn)基因作物情況

目前，我國已批準(zhǔn)商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物僅棉花和木瓜[21]，已獲得安全證書的有轉(zhuǎn)基因玉米和水稻，已批準(zhǔn)進(jìn)口的轉(zhuǎn)基因作物包括大豆、棉花、木瓜、油菜、甜菜和玉米等。

1）大豆我國批準(zhǔn)進(jìn)口的轉(zhuǎn)基因大有18個(gè)品 種（系）（A2704-12、A5547-127、DAS-44406-6、DP305423、GTS40-3-2、MON87701、MON87705、MON87708、MON87769、MON89788、SYHT0H2、DBN?9??4-6、MON87751、305423×GTS40-3-2等），都是用作加工原料，制成大豆油、腐竹、豆腐等豆制品進(jìn)行售賣。目前，我國禁止種植轉(zhuǎn)基因大豆品種，因此從田間地頭采摘和收獲的大豆都是非轉(zhuǎn)基因的。

2）玉米國外有30余個(gè)商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因品種，我國批準(zhǔn)進(jìn)口20余個(gè)轉(zhuǎn)基因玉米品種（MON87427、DAS-4?278-9、5307、Bt11×GA21、MIR162、T25、DP4114、MIR604、TC1507、MON 87460、MON 89034、Bt176、3272、Bt11、59122等），全都用作原料，主要用于飼料加工、榨油和工業(yè)原料。目前，我國禁止種植轉(zhuǎn)基因玉米，因此新鮮的、帶有玉米果穗的均為非轉(zhuǎn)基因玉米。

3）棉花是目前我國種植最為廣泛的轉(zhuǎn)基因作物，包括我國自主研發(fā)和進(jìn)口的品種，主要為轉(zhuǎn)Bt殺蟲基因的抗蟲棉以及耐除草劑的品種，由于其對棉鈴蟲的抗性效果非常顯著，深受棉農(nóng)喜愛，因此，大田和市面上的棉花絕大多數(shù)為轉(zhuǎn)基因棉花。

4）油菜目前國外有30余個(gè)轉(zhuǎn)基因油菜品種，我國批準(zhǔn)進(jìn)口的轉(zhuǎn)基因油菜包括Ms1Rf1、MON88302、T45、Oxy-235、Ms8Rf3、Ms1Rf2、Topas19/2、GT73等抗除草劑品種，都是用作加工原料，主要是制成菜籽油進(jìn)行售賣。

5）甜菜目前國外有3個(gè)轉(zhuǎn)基因甜菜品種，我國批準(zhǔn)進(jìn)口的甜菜有1個(gè)品種（H7-1），用作加工原料。

6）木瓜包括我國自主研發(fā)的品種（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)培育“華農(nóng)1號(hào)”）和進(jìn)口的品種（夏威夷大學(xué)培育的抗病番木瓜55-1）等，“華農(nóng)1號(hào)”于2010年獲得農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒發(fā)的安全性證書后在我國大規(guī)模種植，對于我國木瓜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展起到了十分重要的作用。目前市場上銷售的木瓜大多為轉(zhuǎn)基因抗病品種。

5 結(jié)束語

隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的大力發(fā)展和人們觀念的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)基因作物的食用安全和環(huán)境安全問題將迎刃而解，滿足不同需求的轉(zhuǎn)基因食品會(huì)不斷出現(xiàn)在人們的生活當(dāng)中，轉(zhuǎn)基因作物將為保障全球糧食安全、提高營養(yǎng)品質(zhì)、滿足不同人群的個(gè)性化需求提供重要支撐。