中美轉基因作物產業化最新進展

金文涌 葉鳳林 劉定富 陸永良 應繼鋒

（1 中國水稻研究所，杭州 310006；2 南方農村報社，廣州 510601；3 武漢金玉良種科技有限公司，武漢 430064）

生物技術是21 世紀的一個重大科學領域和發展方向，而轉基因技術是現代生物技術的核心內容之一，在農業上已經得到廣泛的應用。20 世紀70 年代美國及歐洲部分國家開始轉基因作物研究。1983 年全球首例轉基因作物——轉基因煙草在美國誕生。1996 年轉基因玉米、大豆等在美國等國首次商業化種植。隨后的20 多年，轉基因作物種植面積呈指數級增長，推廣到了多個國家，覆蓋了發達和發展中國家的廣闊農田[1-3]。然而，在轉基因作物的商業推廣應用方面，世界各國存在不少差異。中美兩國都是世界上的農業大國，中國是最大的發展中國家，美國是最大的發達國家，兩國對轉基因作物在農業上的發展應用有所不同，差距不少。本文簡要介紹當今中美兩國在農作物轉基因領域的產業化最新進展。全球數據截至2019 年；中國部分數據截至2021 年；美國數據截至2022 年6 月。

1 全球轉基因作物產業概況

1.1 種植面積和產量產值2019 年全球轉基因作物種植面積為1.904 億hm2，是1996 年170 萬hm2的112 倍。轉基因作物的發展趨勢見圖1。

圖1 1996-2019 年全球商業化生物技術作物種植面積

種植轉基因作物帶來了巨大的政治、經濟和社會效益。從1996 年的第1 次大規模商業化以來，因種植轉基因作物，全球各個國家累計增加作物產量8.22 億t，經濟收益為2249 億美元。種植轉基因作物相比于種植常規作物更節約資源。1996-2018年由于轉基因作物的種植，節約耕地2.31 億hm2，僅2018 年就節約耕地2430 萬hm2。轉基因作物的種植還能夠大大減少農藥的使用，有助于改善環境。隨著轉基因作物的推廣應用，1996-2018 年間農藥活性成分用量減少了7.76 億kg，農藥使用量減少8.3%，環境影響商數（EIQ）降低18.3%。轉基因作物的應用還有助于優化生態環境，緩解全球氣溫變暖[4]。

1.2 主要農作物及種植國家2019 年全球有29 個國家/地區（其中24 個為發展中國家，5 個為發達國家）共種植1.904 億hm2的轉基因作物，其中56%的轉基因作物種植面積在發展中國家，另外的44%在發達國家[1]。在歐盟26 國及其他16 個國家及地區，進口轉基因作物主要用于飼料、食品或食品添加劑的加工。各類轉基因作物中，大豆、玉米、棉花和油菜是全球應用最多的轉基因作物。全球種植面積最大的轉基因作物是大豆，9190 萬hm2；第二是玉米，6090 萬hm2；第三是棉花，2570 萬hm2；第四是油菜，1010 萬hm2。2019 年，全球單一作物種植面積（包括非轉基因及轉基因作物）中，有79%的棉花、74%的大豆、31%的玉米以及27%的油菜是轉基因作物。

2019 年是轉基因作物商業化的第24 個年頭，全球轉基因作物種植面積累計已達27 億hm2。29 個國家中，美國、巴西、阿根廷、加拿大和印度各種植轉基因作物7150 萬hm2、5280 萬hm2、2400 萬hm2、1250 萬hm2、1190 萬hm2，這5 個國家總計種植了達1.727 億hm2的轉基因作物，約占全球轉基因作物種植面積的91%（圖2）。由此可以看出，美洲大陸是轉基因作物的最大種植地。大面積、機械化、規模化依然是種植轉基因作物的主要栽培模式[5]。

圖2 美國、巴西、阿根廷、加拿大和印度轉基因作物的面積及應用率

1.3 主要轉基因性狀抗蟲（IR）和耐除草劑（HT）性狀是全球應用面積最廣泛的2 個性狀，也是美洲大陸需求量最大的性狀，其根本原因是這2 個性狀最適應當地機械化、規模化耕作模式。全球轉基因作物種植面積的45%是抗蟲和耐除草劑相結合的復合性狀，通常叫做雙抗性狀。IR/HT 復合性狀轉基因作物種植面積的增長證明了農民對轉基因作物接受度很高，同時隨著技術的發展，復合性狀的轉基因作物品種將逐步取代單一性狀的轉基因作物品種。根據20 多年的發展趨勢來看，耐除草劑性狀依然是以機械化、規模化為代表的北美農場模式的主導性狀；而抗蟲、耐除草劑性狀是亞洲、非洲小農戶模式的主導性狀[1]。

2 美國轉基因作物商業化現狀

2022 年美國農業統計服務局（NASS）更新了當年主要農作物種植面積及轉基因作物普及率（圖3、圖4）。2022 年全美種植了玉米、大豆、棉花、苜蓿、油菜、甜菜等轉基因作物，面積分別為3386萬hm2、3398 萬hm2、480 萬hm2、90 萬hm2、79 萬hm2、47 萬hm2。其中玉米、大豆、棉花的轉基因品種普及率分別為93%、95%和95%；油菜、甜菜幾乎達100%；2022 年美國累計種植轉基因作物7480 萬hm2以上，接近全球轉基因作物種植面積的40%（圖5）。

圖3 美國歷年轉基因作物總面積和三大轉基因作物面積

圖4 1996-2022 年抗除草劑大豆、玉米、棉花和抗蟲玉米、棉花的普及率

圖5 1996-2022 年全球和美國轉基因作物面積及美國/全球占比

抗蟲玉米和抗蟲棉花包括單一抗蟲性狀和復合性狀，抗除草劑玉米和抗除草劑棉花包括單一抗除草劑和復合性狀，抗除草劑大豆僅含有抗除草劑1 種性狀。自1996 年種植以來，美國三大作物各性狀的普及率均呈上升趨勢。

1996-2022 年美國轉基因玉米各種性狀的普及率呈現出單抗不斷降低，雙抗不斷增多的趨勢（圖6），2021 年雙抗性狀達81%。根據美國農業部國家農業統計局（NASS）網頁數據，近幾年主栽作物大豆、玉米、棉花、油菜、甜菜的轉基因普及率均持續維持在90%以上。

圖6 1996-2022 年美國轉基因玉米各種性狀的普及率

過去的27 年間，美國轉基因作物種植面積是逐步持續增加，普及率也逐年提高。2022 年轉基因玉米、大豆、棉花普及率分別達到了93%、95%和95%。雙抗玉米和雙抗棉花的普及率已分別達到了81%和88%，雙抗大豆也在快速發展。很明顯，既抗蟲又抗除草劑的復合性狀比單一抗蟲和單一抗除草劑更受歡迎。

3 中國轉基因作物產業化現狀

3.1 基本情況我國的轉基因作物研究始于20 世紀80 年代初期，前期科研人員主要是由一批20 世紀50 年代初留學回國人員以及改革開放后的一批進修人員組成。在以中國農業科學院原生物技術研究中心為代表的前輩們的大力支持下，1986 年生物技術被列入國家高技術研究發展計劃（“863”計劃），1989 年我國進行了煙草、棉花、番茄等作物的轉基因田間測試，1992 年種植了世界上第1 批商用轉基因煙草。1996 年《農業生物基因工程安全管理實施辦法》正式發布實施，同年，河北冀岱棉種技術有限公司成立，這是一家專門從事轉基因棉花研究推廣的中外合資種子公司。1997 年我國開始進口轉基因大豆，并陸續批準轉基因玉米、油菜的進口。1998 年岱字棉的第2 家合資公司——安徽安岱棉種技術有限公司成立，我國開始規模化種植轉基因棉花。至2000 年，我國已批準上市的國內自主開發的轉基因植物有5 種，開展研究的轉基因植物種類達47 種，涉及各類基因103 個。已有水稻、小麥、玉米、大豆、番木瓜、煙草、馬鈴薯、楊樹等10 余種轉基因植物獲準進行田間試驗。

2003 年原農業部批準具有自主產權的抗蟲玉米開展生產性試驗。農業領域唯一的國家級重大專項“轉基因生物新品種培育重大專項”于2008 年啟動實施，國家投入巨額資金支持我國的轉基因品種研發及產業化自立之路。2009 年8 月3 種轉基因玉米、水稻獲得了原農業部發放的轉基因安全證書。

然而，從2009-2019 年約10 年左右的時間里，轉基因產業化基本上在原地踏步。影響產業化的因素有很多，除了公眾的科學認知不足等社會因素外，還有關鍵核心技術原創不足、企業主體尚不成熟、配套政策研究滯后等。最近幾年，隨著確保口糧基本自主、中國碗要裝中國糧的意識提高，以及近期對全球糧食危機憂患意識提高等諸多因素，相關配套條例逐漸完善，轉基因產業化又開始進入正常軌道。

3.2 發展現狀中國1998 年開始種植轉基因棉花，2006 年開始種植轉基因木瓜，之前批準過煙草、番茄、辣椒、楊樹，至今僅種植棉花和木瓜。中國曾是世界上最早種植轉基因作物的國家之一，曾是全球第四大轉基因作物種植國，但2004 年后種植面積全球占比不斷下滑，2019 年下滑至第7位。中國轉基因作物種植面積全球占比2004 年最高，為4.57%；2019 年僅占1.68%（圖7）。

從圖7 可以看出，中國轉基因作物種植面積在2003 年就超過了300 萬hm2，直至2019 年一直徘徊，主要原因是一直沒有放開其他主要作物。可以預期，隨著轉基因玉米、大豆的陸續放開以及基因編輯作物的推廣，中國有望在幾年內成為全球第三大生物技術作物種植國，預計面積可達3000 萬hm2以上。

圖7 中國轉基因作物種植面積及全球占比

2019 年開始，農業農村部接連多次發放了玉米、大豆等轉基因生物安全證書。截至2022 年6 月1 日，我國有11 個抗蟲、耐除草劑轉基因玉米、3 個耐除草劑轉基因大豆、2 個轉基因水稻獲得生產應用安全證書（表1）。根據統計，11 個轉基因玉米中，大北農占了4 個，杭州瑞豐占3 個，先正達旗下的中國種子集團有限公司占3 個。

表1 中國獲得安全證書的轉基因作物品種及單位

2022 年1 月農業農村部對《農業轉基因生物安全評價管理辦法》《主要農作物品種審定辦法》《農作物種子生產經營許可管理辦法》《農業植物品種命名規定》4 部規章的部分條款予以了修改。配套條例的完善預示著轉基因玉米、大豆產業將率先迎來快速發展期。玉米、大豆轉基因產業化還存在關鍵一步門檻，即品種審定。在我國的管理體系中，獲得了安全證書的轉基因作物，需要轉育到品種中進行試驗，并通過品種審定，且企業具備相應的種子生產經營許可證，其種子等繁殖材料才可以上市銷售。

2022 年6 月國家農作物品種審定委員會發布轉基因作物審定通知《國家級轉基因大豆品種審定標準（試行）》和《國家級轉基因玉米品種審定標準（試行）》，這表明轉基因玉米、大豆品種進入市場的最關鍵一步已經走通。

4 結語和展望

從1996 開始商業化大規模種植轉基因作物以來，全世界共有71 個國家和地區參與了轉基因作物的種植（包括直接種植及間接消費加工轉基因產品），其中29 個國家和地區種植轉基因作物，24個發展中國家和5個發達國家分別種植了56%和44%的全球轉基因作物種植面積。另有42 個國家和地區進口了用于生產食品、飼料和加工的轉基因作物，消費了轉基因產品。

中國曾是世界上最早種植轉基因作物的國家之一，種植面積曾位于世界前列。但是因為各種原因，21 世紀后，轉基因作物種植面積不斷下滑。近年來，隨著國際形勢越來越復雜多變，國家對糧食安全問題的重視程度不斷提高，“只有用自己的手攥緊中國種子，才能端穩中國飯碗”這些民族理念的貫徹普及，加上轉基因作物對糧食生產的作用看得見、摸得著，我國的轉基因作物產業化已經走在一條快速發展道路上。

首先是隨著2022 年1 月農業農村部4 部有關轉基因作物規章制度的修改發行以及2022 年6 月國家農作物品種審定委員會發布轉基因作物審定的2 個通知印發，表明合法合規種植轉基因作物已有相關法律保障。其次，以中國農業大學和中國農業科學院等為代表的國家科研單位，以杭州瑞豐生物科技有限公司等為代表的生物技術公司，真正研發出了擁有自主知識產權的轉基因作物品種。再次，以袁隆平農業高科技股份有限公司等為代表的國內頭部種子企業，通過近10 年的遠見準備，大批已經通過國家審定的優良品種的轉基因化（已審定品種+基因技術）基本完成。轉基因化品種已經通過5～6 年的區域試驗和生產試驗，數目有限的優良轉基因品種可以得到審定。最后，轉基因技術是一種成熟的技術。以種植轉基因玉米為例，如果農民種植轉基因抗蟲玉米，雖然每667m2將增加種子成本19 元，但能夠節省農藥成本14 元，同時降低人工成本5 元，二者完全可以相互抵消，同時轉基因玉米的種植相對于普通玉米還能挽回一定的產量損失，即使最終只增產5%，按我國目前玉米單產計算，也可以增收657 元/hm2[6]。轉基因玉米帶來的效益明顯，且經過多年試驗示范和科普，東北地區農民已經完全能夠適應和接受。

因此，轉基因作物（特別是玉米）會迅速普及。預測今后的3～5 年，我國的轉基因玉米、大豆的普及率有望達到50%～70%，特別是在規模化、機械化種植的北方春玉米區，以及適度規模化的黃淮海玉米區。另外，伴隨著我國的單抗基因性狀（單一抗蟲或單一抗除草劑）的普及推廣，預測2027 年左右多基因復合、多性狀疊加的目標性狀改良品種將更受歡迎。