全球商业化转基因作物发展现状和趋势

苏 燕 许 丽 徐 萍

（中国科学院上海生命科学信息中心， 上海 200031）

全球商业化转基因作物发展现状和趋势

苏 燕 许 丽 徐 萍

（中国科学院上海生命科学信息中心， 上海 200031）

苏燕，硕士，中国科学院上海生命科学信息中心助理馆员，主要从事生命科学领域的战略情报和学科情报研究。

E-mail:suyan@sibs.ac.cn

转基因作物的商业化发展，为解决全球粮食安全、气候变化和可持续发展做出了巨大贡献。国际农业生物技术应用服务组织（International Service for the Acquisition of Agri-Biotech Applications，ISAAA）报告显示，转基因作物商业化种植19年以来（1996～2014年），为全球带来了持续的经济社会效益，化学农药的使用率降低了37%，作物产量提高了22%，农民利润增加了68%。

1 全球转基因作物政策布局

转基因作物是现代农业发展的重要手段，在研究和保障生物安全的同时，加快转基因农作物的研发和产业化已引起各国的高度关注，并成为国际农业生物技术领域竞争的焦点。

美国国家科学基金会（NSF）和国家食品与农业研究院（NIFA）资助了多项转基因作物研究。2012年，NSF资助佐治亚大学100万美元，用于研究大豆基因功能，利用跳跃基因建立并编目一个大豆插入和基因活化突变体库。2014年，NIFA资助了针对转基因技术、目标性状可持续粮食安全、目标性状营养价值和目标性状能源性状4个方面的16项转基因作物研究。欧盟FP7框架于2012年相继启动“欧洲植物表型研究网络”与“提高豆类作物非生物和生物胁迫抗性”项目，共投资800多万欧元用于研究耐旱和抗病性基因及相关分子机制，并注重转基因技术开发。英国作物改良研究会2012年公布的第二轮资助项目重点关注利用生物技术改良油菜、大麦和小麦等英国主要的谷类作物。加拿大通过Growing Forward 2框架计划、基因组研发计划、基因组组织等对农业研发进行资助，《加拿大基因组2012～2017年战略计划》着重支持油菜、小麦、亚麻、马铃薯、向日葵、葡萄、牛和猪的基因组学研究。《澳大利亚农业蓝图2013～2020年》指出，未来将通过利用创新技术向全球人口提供高品质的粮食和纤维。印度《第十二个五年规划（2012～2017年）》则进一步支持转基因产品设施建设、转基因技术和分子育种。《俄罗斯联邦至2020年生物技术发展综合计划》也投入大笔资金，用于利用基因组和生物技术新方法培育作物新品种。

表1 中央一号文件中对转基因作物产业的部署

中国高度重视转基因作物培育和产业发展。2015年，中央一号文件明确提出“要加强农业转基因生物技术研究、安全管理、科学普及”，这是近十年来中央一号文件中第六次提到转基因技术（表1）。发布于2013年的《生物产业发展规划》强调要提升生物育种核心竞争力；2012年《生物种业科技发展“十二五”重点专项规划》重申了重要性状遗传基础研究和种质资源创新的重要性。与此同时，2008年国务院批准实施“转基因生物新品种培育”重大科技专项；2013年国家自然科学基金委员会启动“主要农作物产量性状的遗传网络解析”重大研究计划，资助水稻、玉米株型发育和籽粒形成的关键基因、遗传网络调控、分子育种设计，以及转基因动植物新品种培育与转基因技术；2014年中国科学院也启动了“分子模块设计育种创新体系”战略性科技先导专项，旨在解析调控复杂农艺性状的分子模块。

图1 1996～2014年全球转基因作物种植面积

2 全球转基因作物发展态势

转基因技术已成为生物育种中广泛应用的作物栽培技术。ISAAA2015年发布的报告显示，1996年以来，全球转基因作物的种植面积持续增长，到2014年达到1.815亿公顷，种植面积增加了100多倍（图1）。研究表明，对于较贫穷的国家而言，害虫和杂草问题更严重，转基因作物带来的收益也就更高，因此发展中国家的农民应用转基因技术实现的收益率要比发达国家高14%。近年来，发展中国家转基因作物种植发展较快，2011年起，种植面积已超过发达国家。

通过分析专利，可以准确反应行业的研发动态以及产业化情况。2005～2014年，全球转基因作物相关专利（族）数量持续增长，十年申请专利共计12 065项 ，反映出该领域的快速发展（图2）。

图2 2005～2014年全球转基因作物相关专利申请数量

3 转基因作物改良性状分析

全球转基因作物种植种类不断增多，2014年全球商业化种植了27种转基因作物，其中种植面积最大的作物是转基因大豆，约占转基因作物总面积的一半；其次是玉米，占30%；然后是棉花占14%，油菜占5%，其他作物仅占1%。全球82%的大豆、68%的棉花、30%的玉米、25%的油菜都是转基因作物。从专利申请量来看，大豆、玉米、棉花、油菜4大转基因作物相关技术的专利申请量逐年增加，特别是转基因大豆和玉米，相关专利申请量持续保持领先。自苏芸金芽孢杆菌（Bt）基因应用于棉花可有效抗虫以来，棉花育种发生巨大变革，近10年转基因棉花研究突飞猛进。此外，转基因油菜的专利数量也稳步发展（图3）。

图3 2005～2014年4种主要转基因作物相关专利申请数量

目前商业化种植的转基因作物性状主要集中在抗逆性状上，包括抗除草剂、抗虫、抗病毒等，这类作物能够降低耕种成本、增加作物产量以及减少农药的使用量。在耐逆境方面，研究方向已经转向多性状叠加的转基因控制体系（图4），以获得双重效益，提高广谱性效果，同时多重高效抗逆特性组合，可降低选择压力。如美国孟山都公司已经与陶氏公司合作研发出了八重抗逆抗虫特性的组合品种——SmartStax，可以一并防治地上地下昆虫并且抗广谱除草剂。SmartStax综合了多个品种优势，包括孟山都Yieldgard VT Triple（抗玉米根虫、抗草甘膦和抗玉米螟的三重转基因玉米）、RoundUP Ready 2（抗麦草畏和草甘膦转基因大豆）和来自陶氏的HerculexXtra（抗玉米螟和根部蠕虫玉米）、Liberty link（抗草铵膦性状系列产品）。目前，玉米、棉花和大豆已有SmartStax的商业化品种，而更多的SmartStax作物品种正在研发中。

此外，注重提高产品品质（如改善食品味道、增加食物营养、减少食物中的反式脂肪酸、提高油料作物的含油量等性状）的转基因产品正在研发中。

从应用的技术来看，转基因作物相关技术的专利IPC分布显示，A01H-005/00（新被子植物或获得新被子植物的方法；通过组织培养技术的被子植物再生）、C12N-015/82（微生物或酶；其组合物用于植物细胞）、A01H-005/10（新被子植物种籽或获得新被子种籽的方法；通过组织培养技术的植物再生）等，是全球转基因作物领域的重点技术（表2）。

图4 2000～2014年美国转基因玉米改良性状作物种植面积

另外，通过基因组编辑技术开发新品种作物已成为新的研发热点。基因组编辑使用序列特异性核酸酶在基因组特定位点实现DNA的插入、替换或删除，从而在基因组水平对基因进行定向修饰。相对于传统转基因技术来说，其对基因的改良更加精确高效。目前，至少两种基因组编辑的植物产品获得了美国农业部的批准，一个是植酸含量低的玉米品种，另一个是抗除草剂的油菜品种。加拿大也批准了基因组编辑的抗除草剂油菜的商业化。国际上对基因组编辑产生的植物新品种的监管标准存在争议：美国的农业监管部门认为由细胞自我修复机制产生的突变植物不属于转基因，因此，如果不是通过植物病原，如农杆菌等介导的基因组编辑植物不被定义为转基因生物（GMO）；欧盟委员会规定非自然方式产生的基因修饰就是GMO，但同时认为物理和化学诱变获得植物突变体不在这个范围内，然而基因组编辑植物与物理、化学诱变获得的植物无法区分，因此，欧盟委员对基因组编辑植物的监管标准存在不确定性。但最近，欧盟委员会也倾向基因组编辑植物不被定义为GMO。而在我国，目前还没有监管基因组编辑植物的相关政策法规出台。

表2 转基因作物专利排名前十位IPC分类号

4 转基因研发与种植国家分析

2014年，全球共有28个国家种植转基因作物。从地域分布来看，转基因作物主要分布在美国、巴西、阿根廷、印度和加拿大五个国家，欧洲转基因作物的种植面积很少（表3）。2014年美国批准了两种新的转基因作物于2015年开始种植，Innate™（降低丙烯酰胺含量的转基因土豆）和HarvXtra™（降低木质素含量的转基因苜蓿）；孟加拉国2014年率先批准了Bt茄子的种植和商业化；越南首次批准了转基因玉米（抗除草剂与杀虫剂）于2015年的商业化计划；印度尼西亚批准了抗旱甘蔗的2015年种植计划；巴西也有两种产品即抗磺酰脲类除草剂大豆Cultivance™和本国产的抗病毒大豆将于2016年开始商业化。从专利的优先权国家/地区分布来看，美国（7036项）遥遥领先，中国（3267项）紧随其后，两者专利数量远超其他国家，体现出其在转基因作物研发方面的重视（图5）。

表3 全球转基因作物种植情况

图5 2005～2014年转基因作物专利国家分布

2014年，中国转基因作物种植面积390万公顷，居全球第六位，种植作物主要为转基因抗虫棉，转基因抗虫棉的采用率较2013年提高3%，而抗病毒木瓜的种植面积增加了约50%。我国尚未有转抗除草剂基因的作物商业化，以及多重性状改良转基因作物商业化。

5 转基因研发机构分析

全球转基因作物研究的机构中，美国孟山都公司、美国杜邦先锋公司和德国拜耳作物科学公司专利数量稳居前三位（表4）。美国孟山都公司是农业转基因育种行业巨头，2012年，孟山都的销售额达76亿美元，约占全球市场份额的17%，其开发的转Bt基因抗虫棉占转基因棉总面积的2/3左右；美国杜邦先锋公司是世界最大的玉米种业公司，同样具有雄厚的科研实力，其世界玉米种子市场占有率20%以上，美国玉米种子市场占有率为40%；德国拜耳作物科学公司对研发的投入为同行中最高，占其销售额的10%，研发给公司的发展注入了强大的生命力，促使新产品不断涌现，市场占有率也持续升高。

表4 2005～2014年全球专利申请数量前十位机构

我国3所机构的专利数量跻身全球前十位，分别为中国农业科学院、中国科学院、南京农业大学。近年来，我国加快转基因作物研发步伐，取得了丰硕的研究成果。2009年8月，中国农业科学院范云六院士科研团队研究的转基因植酸酶玉米“BVLA430101”、华中农业大学张启发院士研究团队研究的Bt抗虫转基因水稻“华恢1号”和“汕优63”获得转基因作物安全证书，标志着中国转基因粮食作物向产业化阶段迈出了坚实的一步。其中，“BVLA430101”的专利已经转让给中国奥瑞金种业公司。在种子市场层面我国种业集中度非常低，全国持证种子企业5948家，但具备新品种研发能力的企业仅有100多家，销售额排名前五十位的企业仅占国内市场份额的30%，同一区域内同类作物存在多个品种的现象非常普遍，国内种子企业无论在技术、规模、营销与管理上均不具备与跨国种业公司抗衡的实力，转基因作物产业化的市场条件有待进一步优化。

6 结 语

转基因作物的经济社会效益潜力，引起了全球各国的高度关注。MarketsandMarkets2015年报告显示，到2020年全球转基因种子市场价值将达到352亿美元，复合年增长率为12.3%。自1996年转基因作物商业化启动以来，全球转基因作物种植面积持续增长，转基因改良物种多元化发展，改良性状多样化、复合化发展。转基因农作物产业的竞争态势激烈，已经逐渐形成了美国孟山都公司、美国杜邦先锋公司、德国拜耳作物科学公司等几大跨国公司垄断的局面。

目前我国大豆市场80%以上被进口转基因大豆所占据，同时由于国内日益增加的饲料和工业用需求，转基因玉米进口量近几年大幅上升。在现有需求格局下推广转基因作物，对我国的粮食供需平衡有重要意义。在技术研发水平上，近年来，我国涌现出许多具有自主知识产权的研发成果。我国的转基因水稻、玉米有部分品种具备产业化条件，但整体的研发水平与跨国种业公司仍存在较大差距。因此，应加强研发力度，建立完善转基因作物的管理体系和产业化政策，加快研发和知识产权的保护等，抓住转基因技术带来的发展机遇。

10.3969/j.issn.1674-0319.2015.05.005

转基因作物在经济社会效益中的潜力，引发了全球各国的高度关注。文章概述了转基因作物的全球政策布局，结合市场、专利数据，对全球商业化转基因作物发展现状和趋势进行了分析和阐述。