转基因作物的发展

芦宝琳

(黑龙江北方种业有限公司，哈尔滨 150040)

0 前言

随着科技的发展，特别是近几十年来生物技术的发展，为人类生产更多更丰富的粮食，减少粮食生产成本、提高粮食产量和品质，提高作物抗病性、抗虫性、抗逆性等，转基因技术在美国等部分国家种业公司已经被广泛用。目前已成为现代农业生产的重要组成部分，已经成为现代种业公司发展的核心技术之一。转基因作物是指基因重组和组织培养技术，将其他生物或物种(植物、动物、微生物)的基因转入作物后培育出来，且具有特定性状的农作物品种。由于转基因作物与常规作物相比通常具有众多的优良性状，因此优势明显，目前，转基因作物的品种主要包括大豆、玉米、棉花、油菜、烟草、马铃薯、番茄、南瓜和甜椒等，其性状主要是抗除草剂、抗虫、抗病、抗逆等几类。1983年国际首例转基因作物(烟草、马铃薯)问世，在随后的三十多年转基因作物商业化生产得到了迅猛发展。随着转基因作物的发展，我国对转基因作物(GMOS)及其衍生产品制定了相应的法律、法规进行标识。

1 转基因作物发展现状

自转基因作物商业化种植以来推广面积不断扩大。据国际农业生物技术应用服务组织(International service for the acquisition of Agri-biotech applications, 简称ISAAA)报道，全球已经有二十多个国家种植了转基因作物。种植面积约1.92亿公顷。累计达 25 亿公顷以上。转基因作物在美国、巴西、阿根廷、加拿大和印度等 5 大种植国的应用率达到90%以上其中阿根廷几乎达到 100%。全球有 26 个国家和地区种植转基因作物，只有5个是发达国家，其余全为发展中国家。转基因作物的种植和推广在欧洲和日本遇到的阻力最大，反转声音最强烈。目前，从种植面积看，全球种植最大的四大转基因作物分别是大豆 > 玉米 > 棉花 > 油菜。而转基因作物种植面积最大的 5个国家分别是美国>巴西>阿根廷>加拿大>印度，占全球转基因作物种植面积 91%。美国的转基因作物种植面积最大的是大豆，为 3 408 万公顷转基因大豆，其次是转基因玉米，达到3 317 万公顷。转基因棉花506 万公顷，转基因油菜90 万公顷，转基因甜菜49.1 万公顷，转基因牧草(紫花苜蓿 126万公顷。巴西和阿根廷种植的转基因作物主要为大豆，其次是转基因玉米和转基因棉花。加拿大种植的转基因作物主要是油菜、大豆、玉米和甜菜。而印度则主要种植转基因抗虫棉，2018 年的种植转基因抗虫棉面积达1 160 余万公顷。

我国开展转基因技术研发比较早，但对于转基因作物的推广一直持比较科学审慎的态度。世界上第一个商业化种植转基因作物(烟草)是我国，早在1992年便实现商业化种植。目前，我国转基因专利数量达到 个，位列全球第二。在水稻基因克隆及功能基因组学研究领域处于世界领先水平，棉花、大豆、玉米、小麦功能基因的研究也步入了国际前列。截至2019 年年底，转基因专项共育成176 个转基因抗虫棉新品种，累计推广种植面积达3 133.33 hm2,减少70%以上的农药使用，国产转基因抗虫棉占据市场份额的99%以上。目前，我国已批准可以进口的转基因作物有木瓜、棉花、甜菜、大豆、油菜、玉米等；已获得安全证书的转基因作物有玉米和水稻；仅仅批准了棉花和木瓜转基因作物可进行商业化种植。我国批准进口的转基因大豆品种18 个。这些品种都是用作加工原料、提炼大豆油、腐竹、豆腐等豆制品等。这些转基因品种在我国是禁止禁止种植。目前我国批准进口的转基因玉米品种约 20 多个，这些转基因玉米也全都禁止在国内种植，只能用于饲料加工、榨油和工业原料。

2 转基因作物及品种

目前，种植最为广泛的转基因作物包括大豆、棉花、玉米和油菜四大类，其他较为常见的有转基因木瓜、番茄、甘蔗、苹果、甜菜、苜蓿和 苹果等。

2.1 棉花

棉花所转的基因主要为转 Bt杀虫基因和耐除草剂基因。我国的棉花转基因作物种植较为广泛。而且国内转基因品种选育工作起步早，取得的成绩也很突出。早在上世纪90年代初我国就开展了转 Bt 基因棉花研究的研究工作，并成功培育了我国第一个具有商业化种植前景的转 Bt 基因抗虫棉，该品种于 1997 年开始在我国广泛种植。由于其对棉铃虫的抗性效果非常显著，深受棉农喜爱，因此，大田和市面上的棉花绝大多数为转基因棉花。目前，转基因抗虫棉是全球第三大广泛种植的转基因作物，已达到2 500万公顷以上。转基因棉花品种的推广应用，对整个棉花产业发展起到了巨大的推动作用。目前商业化的转基因棉花主要为抗虫、耐除草剂、抗病、抗旱的品种。

2.2 转基因大豆

大豆的转基因以耐除草剂基因为主，其次还有抗虫、高油酸含量及品质改良等几类。转入的目标基因包括 cp4 epsps、gm-hra、pat、bar、aad-12、cry1Ac、cry1F、fatb1-A、fad2-1A 等。据国际农业生物技术应用服务组织(International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications,ISAAA)统计，转基因大豆品种是目前全球种植最为广泛的转基因作物。转基因大豆主要为耐除草剂品种和转基因抗虫品种。转基因大豆 2018 年的种植面积高达9 590万公顷，占全球转基因作物种植总面积的一半。目前，商业化的转基因大豆很多，而以美国等大型外国公司为主。XtendFlex大豆(拜耳)：耐草甘膦、麦草畏和草铵膦。拜耳发布的数据显示，2016年初由孟山都推出的Roundup Ready Xtend大豆现在美国种植面积位列第一，预计在2020年应用面积达到5 000万英亩。XtendFlex大豆正是基于Roundup Ready Xtend技术(耐草甘膦和麦草畏)开发而成的产品，拥有耐草甘膦、麦草畏和草铵膦除草剂的三重性抗性基因，且草甘膦耐性更强。麦草畏重新获登、草铵膦需求空间广阔将与该转基因作物的推广形成合力，有效推动XtendFlex大豆和草铵膦市场的进一步发展。Intact 2Xtend大豆(拜耳)抗虫、耐麦草畏和草甘膦。2020年11月，拜耳公司在巴西推出首个采用Intact 2Xtend技术的第三代转基因大豆品种。该品种能够耐麦草畏和草甘膦除草剂，并拥有三种抗虫蛋白，Cry1A.105，Cry2Ab2 以及Cry1Ac。多个抗虫蛋白的聚合将显著增加作物对鳞翅目害虫的防护能力。目前，中国政府对该品种进行了较长时期的审查和批准程序后决定为Intact 2Xtend大豆的进口颁发安全证书，允许其作为食品/饲料的加工原料在国内使用。欧盟是全球大豆第二大进口地区，正等待欧盟委员会的最终批准。MS Technologies-XitavoTM大豆：耐草甘膦、草铵膦和2,4-滴胆碱。Xitavo品系是MS Technologies采用Enlist E3®技术开发的转基因大豆，堆叠三种耐除草剂性状，巴斯夫公司将于2021年上市Xitavo大豆。大北农-耐除草剂大豆DBN-09004-6品种：耐草甘膦和草铵膦。与常规品种相比，DBN-09004-6能耐受标签推荐中4倍剂量的草甘膦和2倍的草铵膦。DBN-09004-6于2019年2月27日获得阿根廷政府的种植许可，这是中国公司研发的转基因种子首次在国际上获批。2020年6月，该品种进一步获得我国转基因生物安全证书(进口)批准，这也是中国首次批准进口国内公司研发的转基因大豆。

2.3 转基因玉米

转基因抗虫、耐除草剂玉米是全球第二大转基因作物，2018 年种植面积为 5 890 万公顷。一种常见的土壤细菌——苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)，能产生几种蛋白质，昆虫摄入后就会死亡，但这些蛋白质对人类无害。将控制这些蛋白合成的基因(Bt)转入玉米后，就能在玉米植株体内产生 Bt 毒蛋白，可以很好的减轻或避免虫害。Bt 杀虫基因已成为转基因作物中应用最为广泛的抗虫基因，目前还在不断研发杀虫活性更高、杀虫谱更广的新 Bt 毒蛋白基因。转 Bt 基因抗虫玉米因其抗玉米螟、棉铃虫、粘虫等效果显著，已经使玉米成为商业化种植速度最快的转基因作物作物之一。目前，商业化种植的转基因玉米主要为抗虫、耐除草剂、抗旱以及品质改良等品种，转入的基因包括 cry1Ab、epsps、Cry2Aj、G10evo、maroACC、bar、Cry1Ab-Ma、mCry2Ab、mG2-aroA、cp4epspsZM等。如：科迪华-DP202216玉米是由杜邦先锋公司(现为科迪华)开发的一款具有抗草铵膦性状的转基因玉米。该玉米包含一个转入的玉米高产基因zmm28和一个耐草铵膦除草剂基因mo-pat。美国农业部动植物卫生检验局(APHIS)已于2019年7月邀请公众对转基因玉米DP202216的放松管制申请进行评议。玉米DBN9936：抗虫、耐草甘膦，抗虫耐除草剂玉米DBN9936对危害玉米的主要鳞翅目害虫包括玉米螟、东方粘虫、桃蛀螟、棉铃虫、劳氏粘虫、粟灰螟、高粱条螟、二点委夜蛾等具有良好的抗性，同时DBN9936能耐受标签推荐中剂量4倍的草甘膦，其草甘膦抗性满足我国大田玉米安全生产的实际使用要求。2019年12月份，DBN9936获得转基因生物生产应用安全证书。玉米DBN9858：耐草甘膦和草铵膦。DBN9858可安全耐受4倍量的草甘膦和2倍量的草铵膦，该品系将作为抗虫玉米庇护所材料使用，与抗虫耐除草剂玉米品系配合，以延缓玉米害虫抗性的产生。2020年7月，DBN9858获得我国转基因生物生产应用安全证书。杭州瑞丰-瑞丰125玉米：耐草甘膦、抗虫。瑞丰125于2020年1月获得转基因生物安全证书。瑞丰125由 Hi-II 为受体，转 cry1Ab/cry2Aj 和 g10evo-epsps 后获得的转基因株系。该转基因株系在培育过程中没有使用抗生素基因。转基因玉米瑞丰125对当前我国玉米田主要鳞翅目类害虫玉米螟、棉铃虫、东方黏虫等具有良好抗性，也对靶标草甘膦除草剂具有良好抗性，可满足我国大田玉米生产中的实际杂草防治需求。

2.4 转基因油菜

油菜是重要的油料作物，也是种植最广泛的转基因作物之一。根据ISAAA 统计，截止到2018 年，转基因油菜作物的的种植面积已经达到1 000 万公顷以上。这其中，美国和加拿大是最早也是面积最大的商业化种植转基因油菜的国家。油菜转基因品种也比较多。美国已批准的商业化转基因油菜品种 40多个，美国种植的油菜品种中都是转基因油菜品种。目前，我国批准进口的转基因油菜包括 Ms1Rf1、MON88302、T45、Oxy-235、Ms8Rf3、Ms1Rf2、Topas19/2、GT73 等抗除草剂品种，都是用作加工原料，主要是制成菜籽油进行售卖。

2.5 转基因糖料

糖料作物主要指甘蔗、甜菜和玉米。转基因糖料这里主要介绍转基因BtRR-巴西农业研究公司(Embrapa)：耐草甘膦、抗小蔗螟(Diatraea saccharalis)。小蔗螟是甘蔗中的主要害虫。根据甘蔗研究所(ITC)的数据，甘蔗业占据巴西国内生产总值(GDP)的2%，该害虫每年带来的损失估计可达50亿雷亚尔。BtRR甘蔗已于2020年完成田间试验。该品种结合了两种不同作用方式的抗性基因，可抵抗小蔗螟和四倍剂量的草甘膦除草剂。BtRR由Embrapa与初创公司PangeiaBiotech合作开发。预计BtRR于2022/23年进入市场，估计到2030年该转基因品种将占种植面积的30%。

据报道，甜菜目前国外有 3 个转基因甜菜品种，我国批准进口的甜菜有 1 个品种(H7-1)，用作加工原料。我国目前没有批准转基因甜菜的商业化种植。据农业部发布的《进口用作加工原料的农业转基因生物审批情况》，2004年以来我国批准了一种转基因甜菜用作加工原料。具体如下：抗除草剂H7-1甜菜，由Monsanto Company(孟山都公司)选育。

2.6 转基因木瓜

番木瓜广泛分布于热带和亚热带地区，被誉为四大“岭南佳果”之一。番木瓜环斑病毒是为害最严重的病害木瓜病害，该病的发生给木瓜产业造成毁灭性的打击。1990 年世界首个转抗番木瓜环斑病毒基因的木瓜品系在美国培育成功，1998 年美国批准商业化种植转基因番木瓜品种，转基因木瓜品种的选育成功对木瓜产业发展起到了巨大推进作用。2003 年被加拿大、2011 年被日本批准进口，2011 年底被日本批准种植。我国于 2010 年引进转基因木瓜。“华农1号”是华南农业大学历时 10 年自主研发的转基因番木瓜品种，1990 年代中期华南农业大学针对番木瓜存在严重的环斑病毒，利用转基因技术，将PRSV的核苷酸片段转化入了番木瓜植株，获得了高抗优质的转基因番木瓜——华农1号系列品系，可抗华南地区现已发现的所有5个病毒株系。2006年正式培育成功，随后在广东省进行了 5 年的区域实验和推广，2010 年获农业农村部颁发的安全证书“农基安证字(2010)056 号”，随后在我国华南地区开始大规模种植。目前，我国市面上 90% 以上的木瓜均为转基因木瓜。

2.7 其他

转基因番茄，1994 年，由美国 Calgene 公司成功培育的世界首例商品化转基因作物一转基因延熟耐储存番茄Flavr-SavrTM 获准进入市场。近年来，用转基因方法已培育出抗病虫害、抗除草剂、抗逆、延迟成熟和品质改良的番茄品种，番茄雄性不育系转基因育种也取得了一定进展。

转基因大米。维生素 A 缺乏(简称 VAD)是全球性公共卫生问题。据报道，全球约1.2-1.3 亿的儿童存在维生素 A 缺乏。前几年媒体报道的黄金大米，是通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中，进而可获得外表为金黄色的转基因大米，英文为Golden Rice。该大米富含胡萝卜素，富含维生素A，由先正达公司研发。其主要功能为帮助人体增加维生素A吸收，而这个功能普通大米恰恰不具备。质疑者认为黄金大米可能会严重威胁到环境和粮食安全，它也并不能解决造成维生素A缺乏症的根本原因——贫困和缺乏多样化的饮食。

3 结束语

随着生物技术的发展，转基因作物于人们的生活已经越来越密切。做好食用安全和环境安全将成为人类共同的面临的问题。这需要全世界相关科技工作者共同努力。