我国转基因作物的研发与安全管理

吴珊, 庞俊琴, 庄军红, 陈丽梅

(中国农业大学生物学院， 植物生理学与生物化学国家重点实验室， 中国农业大学作物功能基因组与分子育种研究中心， 北京 100193)

从1983年Barton等[1]利用人工构建的载体将外源基因转入到烟草体内到农杆菌介导的转化法在大量植物上的广泛应用，植物基因工程技术得到了迅速的发展。利用植物基因工程技术获得优良性状的转基因植物，不仅打破了不同物种间的界限，而且有效地改变了物种的遗传性状，极大地提高了育种效率[2]。全球第一批研发成功的转基因作物主要包括抗虫、耐除草剂和抗病等性状。转基因作物的种植和大面积推广大大减轻了农药、除草剂等化学药剂残留对生态环境和人类健康产生的危害，为粮食安全提供了新的方法，为全球实现可持续发展提供了新的途径和思路。

转基因生物技术在促进农业生产、提高产量、改善品质、减少劳动力等方面拥有诸多不可替代的优点，推广转基因作物对国际贸易、粮食安全、农业经济的持续发展等起到了积极的作用。同时，由于担心转基因技术对物种带来的遗传变异会对人类健康、生态环境造成潜在风险，其在农作物中的应用和推广受到一定程度的限制。因此，为促进转基因作物产业化发展，对转基因生物安全进行科学管理是非常必要的。

本文综述了全球转基因作物发展的概况，阐述了我国转基因作物研发现状以及农业转基因生物安全的管理体系，旨在为推动我国转基因作物的科学研究和产业化提供指导和帮助。

1 转基因作物发展概况

自1994年全球首例商业化生产的转基因耐储藏番茄在美国获批上市[3]，至今已有70个国家和地区应用了转基因作物，其中26个国家已批准种植转基因作物，44个国家批准进口转基因作物用于食用或饲用[4]。转基因生物技术已经成为全球应用最为迅速的技术之一。

国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)最新数据显示，2018年全球共有26个国家种植了1.917亿hm2的生物技术/转基因作物(图1)。相较于1996年，转基因作物种植面积增长了约113倍，累计面积达25亿hm2[4]。2018年，世界五大转基因作物种植国(美国、巴西、阿根廷、加拿大和印度)的种植面积占全球转基因作物种植面积的91%，转基因大豆、玉米和油菜平均应用率不断增长。美国作为全球第一大转基因作物种植国， 2018年的种植面积达7 500万hm2(占全球总种植面积的39%)；我国转基因作物种植面积仅有290万hm2。

图1 2018年全球生物技术/转基因作物种植面积Fig.1 Global area of GM crops in 2018

目前，全球批准商业化种植的转基因作物已增加至30种，玉米、大豆、棉花和油菜占比约99%，主要性状是抗虫和耐除草剂。除以上四大作物，其他转基因作物例如抗虫茄子、抗病番木瓜、耐除草剂甜菜和耐除草剂高油酸油菜等品种也在不断推出，这些产品为全球消费者以及食品生产商提供了更多样的选择。此外，其他一些转基因产品也陆续出现，例如美国已经种植了两代具有多种优良性状(防挫伤、防褐变、抗晚疫病等)的马铃薯，巴西和印度尼西亚分别种植了第一批抗虫和抗旱的甘蔗，澳大利亚种植了第一批用于研发和育种的高油酸红花。具有重要经济价值和营养价值的水稻、小麦、马铃薯、香蕉、鹰嘴豆、木豆和芥菜等转基因作物的研究也在如火如荼的进行之中，预计未来不久这些转基因作物将逐渐走向市场，广大粮食种植者、生产者和消费者均将从中受益。转基因作物性状的研发正在从以抗虫、抗逆和耐除草剂等增产为目的逐渐转向以增产和提高品质为目的[5]。

2007年开始，具有复合性状的转基因作物成为生物技术育种的一个重要方向，抗虫耐除草剂转基因玉米、耐除草剂耐盐大豆和耐除草剂高油酸大豆等纷纷获批并开始大规模种植。由于它们能够满足农户和消费者的多样化需求，并能够降低生产成本，受到种植者的欢迎，发展迅猛。2018年,复合性状转基因作物种植面积达到8 051万hm2，比种植初始的2007年增加了约3.7倍，占全球转基因作物种植面积的42%[4]。可以看出，聚合抗虫、耐除草剂、耐盐、抗旱，再加上营养成分改善等品质改良的复合性状转基因产品将是未来转基因产业化发展的重要方向。

此外，利用转基因植物个体作为生物反应器，稳定或瞬时表达药用蛋白的新技术获得广泛关注。迄今为止，一批重组抗体、抗原、疫苗及药用蛋白都在转基因植物中获得了表达。美国Medicago公司利用拟南芥生产的H5N1型禽流感疫苗已完成临床二期试验。利用转基因植物生产药用蛋白具有方法简单、成本低廉、易储藏等突出优点，为转基因植物的产业化增加了新的内容和方向[6]。

近年来，生物技术领域兴起的基因编辑技术获得迅猛发展。在作物改良上应用的基因编辑技术主要包括ZFNs、TALENs和CRISPR/Cas9系统，利用这些技术可以实现对植物基因组进行精准的定点敲除、插入和替换。其中，CRISPR/Cas9系统以其操作简单、目标精准、周期短等特点获得偏爱，并被广泛应用于多种作物的性状改良。CRISPR/Cas9技术的出现，使得作物新品种开发成本大幅下降，大量公司加入其中，如美国的Calyxt、Cibus和Benson Hill Biosystems已经开展基因编辑项目，与拜耳、先正达和杜邦等农业巨头竞争主导地位。目前，利用基因编辑技术创制的作物产品有低肌醇六磷酸玉米、耐冷藏低丙烯酰胺马铃薯、低麸质小麦、高油酸大豆、抗褐变蘑菇和抗褐变苹果等[7-10]。

2 我国转基因作物研发现状

2018年我国转基因作物种植面积位居全球第7位[4]，主要种植有抗虫棉花和抗病番木瓜。自1986年国家“863”计划实施以来，我国不断推进转基因技术的发展。2008年，我国启动实施国家转基因生物新品种培育科技重大专项，已经取得重大进展，克隆了一批抗病虫、耐除草剂和抗逆等性状的关键功能基因，突破了一批基因编辑技术等核心基因操作技术，培育了一批抗虫耐除草剂玉米和耐除草剂大豆等重要转化体[11]。但近十年来我国的转基因作物种植面积并没有大的变化(图2)。

图2 世界五大转基因种植国和中国转基因作物种植面积Fig.2 Area of GM crops in top 5 countries and China

当前，我国农业转基因技术在基因挖掘和技术创新上与发达国家仍有很大差距。美国已经研发并推广了第四代聚合8个基因的转基因玉米Smartstax，能够抗多种害虫和除草剂(抗地上和地下6种害虫、耐2种除草剂)(http://www.isaaa.org；https://www.corteva.us)。根据农业农村部公布的2019年农业转基因生物安全证书(生产应用)清单和公开的安全评价资料，我国已获得安全证书的抗虫耐除草剂转基因玉米仅具有抗鳞翅目害虫和耐草甘膦性状。另外，由于公众缺少对转基因技术的科学认识，加之个别人对转基因别有用心，社会上有很多反对转基因的声音，技术创新的不足以及舆论环境的压力导致我国转基因产业化发展速度较慢[12-14]。2018年ISAAA数据显示，巴西和阿根廷等发展中国家的转基因种植面积已远远赶超我国[4]。

近二十年来，我国的转基因产业化发展基本处于停滞状态，市场上的转基因产品种类少、品种更新慢。虽然我国已先后批准了多种作物的生产应用安全证书，包括棉花、甜椒、番茄、番木瓜、水稻、玉米和大豆等，但目前真正实现产业化并获批商业种植的只有棉花和番木瓜[15]。为满足国内市场和消费需求，我国每年从国外大量进口大豆、玉米、油菜、棉花、甜菜等作物及其产品。根据海关总署最新发布的数据，2019年我国大豆进口量8 551万t，为历史第二高峰。粮食进口量的日益增加，农产品贸易逆差不断扩大，在一定程度上增加了我国粮食安全风险[16]。基于上述现状，加快推进转基因作物的商业化种植，减少粮食进口量，从而逐步改善我国农产品贸易逆差具有重要的现实意义[13]。

3 我国农业转基因生物安全管理体系

我国政府一直以来十分重视农业转基因生物的科研和安全管理工作，随着我国科研技术的迅速发展，为了防范农业转基因生物风险和加强境内农业转基因生物研发、生产、经营及进出口等过程的监管，参照国际通行指南，借鉴美国、欧盟等管理经验，立足国情，我国建立了规范严格的农业转基因生物安全管理制度，建立了较为完善的法律法规体系、技术支撑体系、安全评价体系与安全监管体系，涉及转基因安全评价、标准制定、体系建设、进口加工审批、标识管理和监督管理等多个环节[17-18]。

3.1 农业转基因生物安全法律法规体系

我国目前已经颁布了多种农业转基因生物安全管理法规，形成了多层次、多维度的制度管理体系。2001年，国务院发布《农业转基因生物安全管理条例》(2017年10月7日最新修订)，农业农村部(原农业部)制定《农业转基因生物安全评价管理办法》(2002年1月5日发布，2017年11月30日最新修订)、《农业转基因生物进口安全管理办法》(2002年1月5日发布，2017年11月30日最新修订)、《农业转基因生物标识管理办法》(2002年1月5日发布，2017年11月30日最新修订)和《农业转基因生物加工审批办法》(2006年7月1日实施)4个配套规章，以及相关公告、技术指南、标准和规范。农业农村部制定《转基因植物安全评价指南》《动物用转基因微生物安全评价指南》(2010年10月发布，2017年1月修订)和《转基因动物安全评价指南》(2017年1月发布)，对植物、动物和动物用微生物等农业转基因生物的评估内容进行了详细介绍[17]。海关总署发布了《进出境转基因产品检验检疫管理办法》(2004年5月24日实施， 2018年4月28日最新修订)。

除此之外，2006年颁布、2018年修订的《农产品质量安全法》指出，对于农业转基因生物农产品的标识应按照相关农业转基因生物安全管理要求进行。2015年修订的《种子法》对涉及转基因植物品种的选育和审定等内容作了明确规定，转基因作物通过品种审定，并获得生产许可证及经营许可证，才能进行商业化种植与生产。2018年修订的《中华人民共和国食品安全法》对食品安全检测与评估、许可、标签、召回制度和罚则等均作了详细规定，同时为我国转基因食品安全保障提供了法律依据。

3.2 农业转基因生物安全技术支撑体系

我国建设了较为全面的技术支撑体系。组建了国家农业转基因生物安全委员会。安全委员会委员主要从事农业转基因生物实验研究、检验检疫、环境保护等工作，负责农业转基因生物的安全评价和咨询工作。同时组建了转基因生物安全管理标准化技术委员会，开展转基因生物实验研究、试验、检测、加工、进出口等与安全管理方面相关标准的制定和修订。截至目前，已发布实施标准193项，认定了41个检测机构开展对转基因植物、动物和微生物的第三方复核验证[18]。

3.3 农业转基因生物安全评价体系

参照国际惯例，我国按照植物、动物和微生物三类分别进行科学评价，并遵循个案分析原则，实行分级、分阶段管理。按照其转化受体、基因操作等综合评价对人类、动植物、微生物和生态环境的危险程度，将转基因生物分为4个安全等级，即安全等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。同时采用分阶段的评价体系，包括5个评价阶段，即实验研究、中间试验、环境释放、生产性试验和安全证书阶段。其中，按照农业转基因生物的用途，安全证书阶段评价又分为生产应用和进口用作加工原料两类。

一个新的农业转基因生物申请生产应用一般需通过上述5个阶段的安全评价，评价合格并批准的将获得相应的安全证书，而获得安全证书并通过品种审定的才能应用。一个新的农业转基因生物申请进口用作加工原料，前提是该转基因生物已在输出国或地区获得安全证书，并经农业农村部委托的具备检测条件和能力的技术检测机构进行食用安全和环境安全的检测，安委会评价合格，经农业农村部批准才能获得相应的安全证书[18-19]。

以转基因植物为例，安全评价主要从分子特征、食用安全和环境安全三个方面进行。分子特征是在分子层面对转基因植物进行安全评价，是整个评价过程的科学基础，有助于从根本的遗传物质上识别该转基因植物是否会带来风险。分子特征主要评价外源基因供体生物安全性、载体各主要元件来源、通过基因操作导入的外源基因或修饰后内源基因的功能特性、外源基因在植物基因组中的插入或基因组删除情况，以及外源插入序列在转录水平和翻译水平的表达等。

除了分子特征、遗传稳定性、目标性状和农艺性状评价外，还分别从食用安全和环境安全方面进行综合评价。从转基因植物新表达的外源蛋白毒理学试验(包括经口急性毒性资料、28 d喂养试验)、致敏性生物信息学分析，以及营养学评价、关键成分分析和全食品安全性评价(大鼠90 d喂养试验)等角度全面评价转基因植物及其产品的食用安全。通过转基因植物的功能效率、生存竞争能力、对生物多样性的影响，基因漂移带来的影响，抗病虫转基因植物对靶标生物以及非靶标生物带来的抗性风险等来评价其环境安全性。

有关转基因作物安全性的争论主要集中在转基因作物的食用安全性、环境安全性、标记基因安全性及长期生态效应[20]。科学研究表明，经过专业安全性评价、获得批准安全证书的转基因生物及其产品是安全的[21]。欧盟组织500多个科学团体参与的130多个项目历时25年研究得出的结果显示，生物技术，特别是转基因生物技术，并不比传统育种技术风险大。世界卫生组织、美国医学会、美国国家科学院、英国皇家学会等多个权威机构和组织也已达成以上共识[22]。

3.4 农业转基因生物安全监管体系

我国建立了涉及各环节的安全监管体系。国务院建立了部际联席会议制度，由农业农村部牵头，由农业、科技、食药、卫生、商务、环保、检验检疫等部门组成，主要研究农业转基因生物安全评价和管理工作中的重大问题。农业农村部设立了领导小组和农业转基因生物安全管理办公室，负责全国范围内的农业转基因生物安全评价、监督管理、体系建设、标准制定、进口审批和标识管理[18]。县级以上的农业行政主管部门负责本区域内转基因生物的监督管理、生产与加工的审批，其管理机构设在各省农业转基因生物安全管理办公室(各省农业主管部门科教处)。

我国是唯一对转基因产品采用定性标识的国家，也是标识最多的国家，目前已经建立和完善了转基因标识管理制度。2002年，农业农村部(原农业部)发布农业转基因生物标识目录以及《农业转基因生物标签的标识》，对标识目录内的农业转基因生物或利用农业转基因生物制成的产品强制标识。已明确进行标识的作物有转基因大豆(活性种子、大豆，无活性大豆粉、大豆油、豆粕)、玉米(活性种子、玉米，无活性玉米油、玉米粉)、油菜(活性种子、油菜籽，无活性油菜籽油、油菜籽粕)、棉花(种子)、番茄(活性种子、鲜番茄、番茄酱)。

4 生物安全监管面临的新挑战及新思考

近年来，转基因作物种类、性状越来越丰富，基因编辑等新生物技术也在快速发展，预计未来5～10年内还将涌现出更多的全新技术。对不断出现的新技术、新性状如何监管是目前各国政府都在研究的问题。

2020年5月18日，美国《联邦纪事》发布一项新政策，美国将不再把一些基因编辑产品纳入政府监管，并明确已获批的转基因作物品种衍生系将自动通过审批，放宽了其市场准入。加拿大对包含基因编辑技术在内的生物技术产品均采用基于产品的监管模式，监管原则是产品的新性状而不是采用技术，即不管使用何种技术，只要作物拥有新性状则应通过安全评估和授权[23]。阿根廷针对基因编辑技术在内的新技术产品实施“个案分析”的管理审批政策，如确认最终产品不含有外源基因，则不属于转基因生物监管范畴[24]。俄罗斯于2019年4月发布《2019—2027年联邦基因技术发展规划》，将在未来10年内开发30种基因编辑植物和动物品种，旨在减少对进口作物的依赖。与拉美国家不同，欧盟对新技术产品的监管非常严格，2018年7月欧盟最高法院裁定基因编辑作物必须接受与传统转基因作物同样严格的监管。

在国内外新兴生物技术和新政策快速发展背景下，可以结合我国自身国情并借鉴国外经验，加快出台利用基因编辑等新技术获得新产品的安全评价指南。对新技术产品可以采用分类管理等方式避免“一刀切”，促进我国新技术的发展及应用。同时，积极开展我国转基因监管系统的讲座和培训，向基层管理人员、科研工作者和广大民众介绍我国农业转基因生物安全监管的最新内容，这样不仅能让民众更加了解我国在转基因监管上做出的努力，也能为我国更好地推动转基因产业化铺实舆论基础。未来，随着生物技术的不断创新和优化，新的生物技术和新品种必将成为应对日益变化的环境、快速增长的人口以及提高人们生活水平的有力工具。因此，加快监管领域标准制定，完善产业化后的监管制度，力争做到政府监管、产品研发和产业发展并行。