全球转基因作物发展演变与趋势

杨树果

(1.东北农业大学 经济管理学院，哈尔滨 150030； 2.黑龙江八一农垦大学 经济管理学院，黑龙江 大庆 163319)

自1971年第一个转基因生物被开发以来，农作物基因工程无论是在科学工作者之间还是社会大众之间一直是一个充满争议的话题，争论的焦点也从转基因的经济效应、生态环境风险、人体健康风险逐渐转移到粮食安全、知识产权及社会政治伦理等多个方面。尽管如此，在过去近50年里，转基因作物还是获得了空前发展。从学术界对全球转基因作物发展的研究来看，主要成果集中在全球转基因作物商业化种植，转基因技术的经济和环境影响，主要国家转基因作物的种植情况等。于滔等[1]对1996—2018年全球转基因作物商业化种植情况进行了概述，认为转基因作物因其安全、可持续和高收益，预计未来会被更多的国家批准种植，种植面积也必将继续增大，未来基因编辑技术将成为转基因作物育种的常规技术；Clive James和国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)自2008年开始，连续12年(2007—2018年)发布全球转基因作物商业化发展态势，介绍当年全球转基因作物的商业化种植状况[2-13]，最新的研究认为全球对转基因作物应用的增长可以证明转基因作物不仅在农业、社会经济和环境方面均产生良好收益，而且提高了食品安全水平、改善了营养水平，以科学为基础，采取谨慎的、前瞻性的监管措施，批判性地看待效益而不是风险，从环境保护和可持续发展的角度关注农业生产力[13]；Brookes[14]概述了1996—2012年生物技术对全球农业产生的经济和环境影响，分析结果表明，转基因技术在农场的应用产生了非常显著的经济收益，对全球主要农作物的生产水平提高做出了贡献；在关键的环境影响因素方面，减少了杀虫剂和除草剂的使用，显著降低了农业地区温室气体的排放；Martina[15]分析了美国2014年转基因作物的种植面积、性状表现及研发情况，认为农业生物技术帮助农民提高农作物产量，改善土地的生态状况，同时可以提高资源的利用效率，过严监管政策、有组织的造谣惑众、资源缺乏等会限制其潜力的发挥。

综上所述，既有研究对于了解全球转基因作物商业化种植的基本情况及其经济和环境收益等提供了一定参考，但对于人们普遍关注的商业化种植前的试验和审批，以及那些不种植转基因作物的国家转基因产品利用情况的研究并不多见。因此，本研究将抛开经济效应、生物安全、人类伦理等各种争议的观点，只是依据国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)的数据[16-37]，从转基因作物的田间试验、获准商业化、商业化种植、进口等方面系统梳理了全球转基因作物的发展演变，旨在客观地展示1986年第一次转基因作物田间试验以来几十年的全球转基因作物发展状况，以期提供一个全球转基因作物发展演变的全局性概貌，并展望未来转基因作物的发展趋势。

1 全球转基因作物田间试验

以商业化获批为标志，全球转基因作物发展大体上可分为两个阶段，1986—1995年的商业化前的田间试验阶段和1996—2018年的商业化发展阶段。

1.1 1986—1995年的商业化前的田间试验阶段

在1996年转基因作物商业化种植之前，出于生物安全的考虑，各国政府开始制定转基因作物田间试验的法规来评估其潜在风险。1986年美国和法国首次对转基因作物进行了田间抗除草剂试验，并将其作为烟草的标记基因。比利时、英国和智利于1987年紧随其后开始转基因作物田间试验，到1990年有10个国家进行了转基因作物田间试验。而到1995年则发展为34个国家、56种转基因作物、6种性状已经进行了田间试验。十年中累计试验次数达到3 647次，其中90%以上的田间试验是在发达国家进行的(表1)。

从1986—1995年进行转基因田间试验的作物来看，主要是玉米、油菜、马铃薯、番茄、大豆、棉花等8种作物，其中玉米田间试验数量最多，达1 024次试验，占8个主要作物试验总数的33%(表2)。

从1986—1995年转基因作物田间试验的性状来看，耐除草剂性状试验数量最多，达1 405次试验，占34%，其次是品质(20%)、抗虫性(18%)、抗病毒(11%)等(图1)。

1.2 1996—2018年的商业化发展阶段

1996年首例转基因作物获准商业化后，各国的研究机构和技术产业开发商们纷纷开展了各种转基因试验，1996—1997年开展了约10 000次田间试验，其中大多数试验来自北美的美国(57%)和加拿大(15%)。转基因作物田间试验中最常见的作物是玉米、番茄、大豆、油菜、马铃薯和棉花，最常见的性状依然是除草剂耐受性、抗虫性、品质和病毒抗性。1998年在中国进行了抗虫水稻试验，在澳大利亚进行抗虫和耐除草剂的小麦田间试验；尚未商业化种植转基因作物的日本已经完成了16个作物/性状组合的田间试验，包括10种作物(番茄、矮牵牛、水稻、烟草、大豆、油菜、康乃馨、玉米、棉花和甜瓜)、6个性状(3个病毒抗性、抗虫性和除草剂耐受性的输入性状，3个番茄延迟成熟、康乃馨的保质期和水稻低过敏源的品质性状)。1999年在非洲的肯尼亚开始了第一个甘薯田间试验。2002年中国对50种植物和120种功能基因进行了生物技术研究，并且已经批准了45种转基因作物用于田间试验，65种用于环境释放。2005年中国已经有十多个转基因作物进行了田间试验，包括三大主粮作物——水稻、玉米和小麦，以及棉花、马铃薯、番茄、大豆、卷心菜、花生、甜瓜、木瓜、甜椒，辣椒，油菜籽和烟草[25]。截至2006年，中国已经批准了20种作物211次田间试验[28]。2008年在印度10个转基因作物进行了田间试验，有茄子、卷心菜、蓖麻、菜花、玉米、落花生、黄秋葵、马铃薯、水稻和番茄[28]。截至2012年10月，在南非进行了玉米(抗旱、抗旱/抗虫、雄性不育，育性恢复，直观标记)、棉花(抗旱/抗虫)、甘蔗和木薯(糖的变化)4种作物、6个性状的田间试验[32]。2016年，在澳大利亚、新西兰、英国、欧盟、马拉维、乌干达、印度、菲律宾和孟加拉国等国开展了香蕉、小麦、甘蔗、水稻和黑麦草等十几种转基因作物、十几个性状的田间试验(表3)。

表1 1986—1995年全球转基因作物田间试验数量分布情况Table 1 Number of transgenic crop field trials worldwide 1986—1995

表2 1986—1995年全球最常见转基因作物试验情况Table 2 Most frequent crops of transgenic crop field trials worldwide 1986-1995

图1 1986—1995年全球转基因作物最常见的 性状类别田间试验情况Fig.1 Most frequent trait categories of transgenic crop field trials worldwide 1986-1995

2 全球转基因作物获准商业化生产

转基因作物获准商业化生产极大地推动了全球转基因作物的发展。中国是世界上第一个批准商业化种植转基因作物的国家，1992年中国获准转基因烟草种植，种植面积约40 hm2，主要用于商业用种。1994年美国食药管理局批准全球第一个食用转基因作物——延迟成熟番茄进入商业化生产。截至2017年，全球共有498项次获批。自2008年开始，复合性状获批数超过单一性状获批数，并在2013年达到峰值，2017年复合性状获批数占70.8%。4 133 份申请获批的转基因作物主要是食物类、饲料类和其他类，其中食物类1 995份(48.5%)、饲料类1 338份(32.38%)和其他类800份(19.36%，不包括对康乃馨、玫瑰、矮牵牛等观赏植物的批准)[37]。

表3 2016年公共部门田间试验的作物和性状Table 3 Crops and traits under field testing by the Public Sector in 2016

表3(续)

2.1 批准转基因作物商业化的国家

1992—2017年共有40个国家(欧盟28国计为一个国家)批准转基因作物的商业化种植[17]。1992年至1996年7月1日，7个国家(6个+欧盟)共有35项转基因作物的商业化申请获批，其中美国批准了20项(57%)，加拿大批准了8项(22%)，中国和澳大利亚各批准了2项，阿根廷、墨西哥和欧盟各批准了1项[16]。1996—2017年，美国仍是批准转基因作物商业化数量最多的国家，在主要国家的1 314项申请中，美国批准了196项(14.92%)，加拿大177项(13.47%)、墨西哥170项(12.94%)、澳大利亚129项(9.82%)和欧盟104项(7.91%)(表4)。

2.2 获准商业化的作物种类分布

从获批的商业化作物种类来看，截至2017年，29种作物被批准。其中1992年至1996年7月1日，8种转基因作物获准商业化，其中主要是玉米8项(23%)，番茄和油菜各5项(14%)、棉花4项(11%)、马铃薯3项(9%)、大豆、烟草和康乃馨各2项(5%)，南瓜1项(ISAAA，1996)；1996—2017年，29种转基因作物被批准，其中玉米仍是获批最多的作物，获批539项(41.02%)，棉花229项(17.43%)、大豆200项(15.22%)、马铃薯109项(8.3%)、油菜106项(8.07%)及其他24种作物131项(9.97%)(图2)。

2.3 获准商业化的作物性状分布

从获准商业化的作物性状来看，1992—1996年，均为单一性状，其中抗除草剂获批13项(40.6%)，抗虫性8项(25.0%)、延迟成熟番茄6项(18.8%)，病毒抗性3项(9.4%)和品质性状2项(6.3%)。1997年复合性状获批，抗除草剂获批数占36%，复合性状(包括抗虫/抗除草剂和杂交技术/抗除草剂2个性状)占20%，抗虫性占15%、病毒抗性占10%、品质性状19%。2017年，复合性状的商业化占一半以上(51%)，其中抗除草剂/抗虫占40%，抗除草剂/授粉控制占6%，抗除草剂/品质和抗虫/抗病各占3%和2%(图3)。

数据根据国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)，2017资料整理。表4、图3和表8同。 Data are adapted from ISAAA, 2017. The same in Table 4, Fig.3 and Table 8.图2 1996—2017年获准商业化的转基因作物种类分布Fig.2 Distribution of crop categories of approved GM events 1996-2017

3 全球转基因作物种植

全球转基因作物自1996年开始大面积商业化种植以来，从最初的6个国家增加到30多个国家，作物种类也扩大到10多种，种植面积从1996年的280万hm2增加到2018年的1.92亿hm2，扩张了68.6倍(图4)。

3.1 转基因作物种植区域分布

从种植区域分布来看，转基因作物商业化初期，发达国家是转基因作物种植的主要区域，1998年面积占比高达84.2%，但此后所占比重呈下降趋势，因为发展中国家的转基因作物种植面积迅速扩张，2011年发展中国家与发达国家的转基因作物面积持平，2012年以后发展中国家的转基因作物种植面积一直超过了发达国家，并于2014年后二者占比相对稳定。2018年，有26个国家种植转基因作物，其中发达国家5个，面积约占46%，发展中国家21个，面积约占54%(图4)。

表4 1996—2017年主要国家批准转基因作物商业化情况Table 4 Global status of approved commercialized biotech/GM crops 1996-2017

表4(续)

复合性状包括抗除草剂/抗虫、抗虫/抗病、抗除草剂/品质和抗除草剂/授粉控制。 Stacked traits include HT/IR, IR/DR, HT/PQ and HT/PC(HT, herbicide tolerance; IR, insect resistance; DR, disease resistance; PQ, modified product quality; PC, pollination control)图3 2017年获准商业化种植的转基因作物性状分布Fig.3 Distribution of traits of approved GM events in 2017

从国别看，美国一直是世界上转基因作物种植面积最大的国家，占比最高时曾占全球转基因作物总面积的73.7%(1998年)，最低也在39%以上(2015—2017年)；其次是巴西、阿根廷和加拿大(表5)。

2018年，美国、巴西、阿根廷和加拿大四国合计的转基因作物种植面积占全球转基因作物总面积的85.0%。美国转基因作物种植面积达7 500万hm2，占全球转基因作物总面积的39.0%，转基因作物中面积占比为大豆45.4%、玉米44.2%、棉花6.8%、苜蓿1.7%、油菜1.2%、甜菜0.7%，以及1 000 hm2的木瓜、南瓜、马铃薯和苹果。巴西转基因作物种植面积5 130万hm2，占全球转基因作物总面积的26.8%，主要转基因作物中大豆68.0%、玉米30.0%、甘蔗7.8%和棉花2.0%。阿根廷转基因作物种植面积2 390万hm2，占全球转基因作物总面积的12.5%，其中大豆75.3%、玉米20.9%和棉花1.5%。加拿大转基因作物种植面积1 275万hm2，占全球转基因作物总面积的6.7%(表5)。

数据根据国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)，1997—2018资料整理。表6和表7同。 Data are adapted from ISAAA, 1997-2018. The same in Table 6 andTable 7.图4 1996—2018年全球转基因作物种植面积Fig.4 Global area of biotech crops from 1996 to 2018

3.2 转基因作物种植品种分布

1996年转基因作物商业化初兴时，以转基因烟草面积最大，达100万hm2，占全球转基因作物总面积的35%；其次是棉花(80万hm2，28.6%)、大豆(50万hm2，17.9%)；剩余约20%是玉米(10%)、油菜(5%)、番茄(4%)和马铃薯(不到1%)。自1997年起，大豆就一直是全球种植面积最大的转基因作物，面积从1997年的510万hm2增加到2018年的9 590万hm2，占全球转基因作物总面积的比重也从39.8%上升为50%，2001年曾高达63.3%。其次是玉米，同期面积从320万hm2增加到5 890万hm2，占比从25%上升到30.7%；棉花面积从140万hm2增加到2 490万hm2，占比基本维持在10%～15%；油菜面积虽从120万hm2增加到1 010万hm2，但占比呈下降趋势，从10.9%下降到5.3%(表6)。总体上看，大豆、玉米、棉花和油菜是全球最主要的转基因作物，本世纪以来这4项合计在转基因作物总面积中的每年占比都在98%以上。

表5 2018年全球各国家转基因作物种植情况Table 5 Global area of biotech crops in 2018 by country 106 hm2

表6 1996—2018年度全球主要转基因作物品类面积分布Table 6 Globle area of biotech crops by major crop categories 1996-2018

3.3 转基因作物性状分布

在转基因作物商业化的20多年里，抗除草剂性状一直是全球转基因作物的主导性状，种植面积从1996年的60万hm2增加到2018年的9 920万hm2，同期占比也从21.4%上升到46.0%，最大面积曾到达1.02亿hm2(2014年)，最高占比曾达到77.2%(2001年)。抗除草剂性状主要分布于大豆、玉米、油菜、棉花和苜蓿等作物中。抗虫性状曾是排名第二的性状，面积从1996年的110万hm2增加到2017年的2 330万hm2，最大面积曾达到2 880万hm2(2014年)，但占比却从1996年的39.3%下降到2017年的12.3%，降至第三名，主要原因是全球棉花价格的变动导致全球转基因棉花面积的减少，尤其在中国、印度和阿根廷。复合性状现在已经是排名第二的性状，作物面积从1998年的30万hm2增加到2018年的8 080万hm2，占比也从1.1%上升到42%(表7)，这一性状主要分布于棉花、大豆和玉米，其面积的增加主要来自阿根廷、巴西和巴拉圭的大豆(IntactaTM)，巴西、阿根廷和美国的玉米，以及澳大利亚、巴西和美国的棉花。

表7 1996—2018年度全球转基因作物性状面积分布Table 7 Globle area of biotech crops by trait 1996-2018

4 转基因产品进口

在全球范围内，允许种植转基因作物的国家和地区也允许进出口转基因产品，但有些国家和地区虽不允许种植转基因作物、但允许进口转基因产品。自1996以来，共有44个不种植转基因作物的国家或地区(16个国家+中国台湾+欧盟26国)批准进口转基因产品，涉及大豆、玉米和棉花等13种转基因产品种类。日本是批准进口转基因产品种类最多(11种)的国家。

在批准进口的转基因产品中，进口玉米的国家数量最多，有15个国家或地区，其次是大豆(12个)、棉花和油菜籽(各有8个国家和地区)(表8)。

5 结论与展望

5.1 结论

综合上面的数据分析可以看出，自转基因作物田间试验30多年及转基因作物商业化20多年来，全球转基因作物呈现以下发展特点和趋势：

第一，全球转基因作物获得了快速发展并呈现出持续发展态势。转基因作物种植面积、转基因作物种类和种植区域不断扩大，转基因性状日益增多，1996—2018年，种植转基因作物的国家从最初的6个增加到30多个(期间有个别国家退出种植)，作物种类也从7种扩大到10余种，种植面积从280万hm2增加到1.92亿hm2，转基因作物性状从早期抗除草剂、抗虫、抗病毒、品质特性、授粉控制等单一性状发展到抗除草剂/抗虫、抗虫/抗病、抗除草剂/品质和抗除草剂/授粉控制等多种组合的复合性状。预计未来转基因作物面积将继续扩大，作物种类将继续丰富，种植的国家也将继续增加，复合性状越来越成为转基因作物的主导性状。

表8 1996—2017年准许进口转基因产品的国家和地区Table 8 Non-planting countries which granted approvals for import (food, feed, and processing) 1996-2017

第二，全球各个国家在转基因作物的种植和应用过程中态度审慎，监管制度将日趋完善。转基因作物从第一次田间试验到获准商业化经历了6年，从获准商业化到大面积商业化种植经历了4年，获准商业化的29种作物中，目前实际种植13种作物(期间有些作物种类没有持续种植)，且各国对新的转基因作物品种或新的性状的田间试验从未停止过，试验频次高、试验范围广的转基因作物获准商业化的数量和商业化种植的面积越来越大，且获准商业化履行审批程序越来越严格。随着全球一体化的发展，以及世界各国在各领域合作的深化，对于转基因作物的全球协同一致的监管将日趋完善。

第三，转基因作物和产品的接受度越来越高，并呈现出一种不可阻挡的趋势。接受转基因作物或产品的国家和地区不断增多，目前有70个国家和地区接纳转基因作物或产品，其中有26个国家和地区允许种植转基因作物，44个国家和地区不种植转基因作物但进口转基因产品，转基因作物的应用也从种植扩展到粮食、饲用和加工等领域。支持转基因作物和产品的主要群体不仅来自自然技术(尤其生物技术)领域的专家，还有众多的农民，巴西在法律允许种植转基因作物之前，转基因作物的非法种植已经非常普遍[38]。2013年巴西批准转基因作物商业化种植后短短几年，已经成为全球第二大转基因作物国家。目前日本虽不种植转基因作物，但北海道的农民已经通过日本农业科学院提交请愿书的方式表达了他们打算进行RR®甜菜田间试验的意向。

5.2 展望

当前，全球转基因作物的快速发展已显现出较好的经济效应，1996—2016年，转基因作物累计增产6.576亿t(其中主要是粮食作物)，这在一定程度上满足了不断增长的全球人口对粮食安全的需求，转基因作物种植国共获得经济效益1 861亿美元[37]。可以预见，一方面，转基因作物性状改变将是发展潜力所在，复合性状将成为未来转基因作物的主导性状，“黄金大米”等品质性状的改变预示着转基因作物更大的发展潜力，未来如果产量性状改变时，将给予转基因作物更大的推进动力；另一方面，生物安全制度和政策的改善和强化、转基因知识的进一步普及将改善转基因作物发展的意识环境。有理由相信因为技术优势、经济优势、安全提升和科学普及，转基因作物将被更多的人群接受。