转基因技术及其对我国农业发展的意义
2011-08-15杨向东
杨向东
(吉林省农业科学院,吉林 长春 130124)
转基因技术是指利用分子生物学方法,将某些生物基因转移到其他物种中,改造生物的遗传物质,使新物种在性状、营养和消费品质等方面向人类需要的目标转变的一门技术。作为传统杂交育种技术的延伸与发展,转基因技术实现了有利功能基因在不同物种之间的交换和转移,大大提高了作物育种效率,加快了农作物新品种培育和更新换代的速度。自20世纪70年代转基因技术首次出现以来,时至今日,转基因技术已在农作物遗传改良方面取得了重大进展,一大批新型抗除草剂、抗虫、优质、功能型转基因农作物新品种问世并在生产上大面积推广,转基因农作物种植面积逐年扩大,截至2009年底,全球转基因作物种植面积已达1.34亿hm2,约占全球作物种植面积的9%。迅猛发展的转基因技术不仅为人类带来了巨大的经济效益和社会效益;同时也在解决人类面临的环境恶化、资源匮乏等方面发挥了巨大的作用。转基因技术的快速发展与应用正在深刻影响着全球农业、经济与社会的发展。
1 转基因技术应用现状及趋势
自1996年首例转基因农作物产业化应用以来,全球转基因技术研究与产业应用快速发展,转基因技术研究日新月异,研发速度逐步加快。转基因植物新品种的培育已从抗虫和抗除草剂等第一代产品,向改善营养品质和提高产量的第二代产品转变。一批富含维生素、不饱和脂肪酸、氨基酸等营养成分的优质转基因水稻、大豆、玉米等陆续研发成功,并显示出良好的市场开发前景。转基因农作物新品种的培育及商业化种植不仅大幅度减少了农田病、虫、草害造成产量损失,提高粮食产量和品质,同时降低了农业生产成本(减少杀虫剂、除草剂等使用),增加了农民收入。据统计,由于转基因作物的推广应用,从1996年到2008间对农药活性成分的节约累计达到约3.56亿kg,相当于节约了8.4%的农药。其中仅2008年一年,农药活性成分就减少了3460万kg(相当于节约了9.6%的农药)。1996-2008年间,种植转基因作物的农民获得的净收益达519亿美元,其中仅2008年的净收益就达92亿美元。除了应用于传统农业领域外,转基因技术的发展进一步拓展了农业产业形态,其应用范围进一步向医药、加工、能源、环保领域等方向渗透和发展。利用植物作为生物反应器生产功能蛋白包括药用蛋白、饲料用酶制剂、生物材料、工业原料等也已成为转基因研发的一个重要领域。
伴随着转基因植物研发速度的加快,转基因植物产业化应用规模也在进一步扩大。根据国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)发布的最新统计资料,1996年至2009年间,转基因作物种植面积增长了80倍,2009年1400万农户种植了1.34亿hm2的转基因作物,全球市场价值达105亿美元。2009年全球大豆种植面积9000万hm2的3/4(77%)为转基因品种;3300万hm2棉花的近一半面积(49%)为转基因品种;转基因玉米占总面积1.58亿hm2的1/4以上(26%);转基因油菜为油菜总面积3100万hm2的21%。2009年,种植转基因植物的国家数量也已达到25个,另有32个国家批准转基因产品进口或进行大田试验。主要转基因作物种植国的种植比率已经达到甚至超过总种植面积的80%。在种植转基因植物的国家中,美国是最大的种植国,2009年种植面积6400万hm2,其次分别是巴西2140万hm2,阿根廷2130万hm2,印度840万hm2,加拿大820万hm2,中国370万hm2,巴拉圭220万hm2,南非210万hm2。据估计,按照现阶段转基因技术发展势头来看,在今后十年的商业化过程中,转基因作物的种植范围将继续扩大,预计到2025年转基因植物种植面积将达到2亿hm2,其发展趋势不可阻挡。
2 转基因技术对我国农业发展的意义
我国作为拥有13亿人口的农业大国,如何保障国家粮食安全和农产品长期有效供给始终是我国政府面临的头等大事。近十多年以来,由于气候变化、部分地区水资源短缺以及可耕种土地面积逐年萎缩等因素的影响,我国各主要农作物的产量均出现徘徊局面,每年生产的粮食都保持在5亿t左右,但这几乎已经是一个极限。更为重要的是,由于缺乏较好的抗性或品质资源,部分农作物在抗病、抗虫、抗除草剂、耐盐、耐旱、品质改良等方面的改良效果一直不明显,甚至是无能为力。综合来看,目前我国农业生产中面临的主要问题包括:(1)主要作物的病虫危害逐年加重,影响了农作物产量和品质的提高。同时大量施用农药不仅增加了农业生产成本,同时又严重破坏了生态环境,造成了食物中的大量农药残留,危害人类健康;(2)部分地区水资源日趋短缺,旱灾发生区域和频率逐步扩大,降低了农作物的产量;(3)盐碱地、酸性土壤等不良环境限制了作物的种植和产量潜力的发挥;(4)化肥的大量施用增加了农业生产成本,并造成土壤退化、江河湖海的富营养化,阻碍了农业和环境可持续发展;(5)主要作物的品质较差,国际竞争力较低,亟待改良。由于转基因技术实现了有利基因在不同物种之间的交换和转移,突破了常规育种技术的基础—种质资源的限制,极大地拓宽了农作物育种的基因来源,从而为解决我国农业中面临的主要问题(病虫害、干旱、盐碱、品质差等)提供了一条有效的解决途径。目前,国内已利用转基因技术培育了一大批抗虫、抗除草剂、抗病转基因农作物新品种,主要包括棉花、杨树、番茄、番木瓜和甜椒等。2009年我国转基因作物种植面积已达370万hm2,其中绝大部分为转基因抗虫棉。从1998年至2009年,我国转基因抗虫棉累计推广应用面积已达2100万hm2,新增产值超过440亿元,平均每667 m2减支增收130元,累计实现农民增收250亿元。转基因抗虫棉的种植不仅有效控制了棉花、玉米、大豆等作物棉铃虫的危害,还由于降低了70%~80%的杀虫剂用量,有效保护了农业生态环境,减少了农药中毒事故。可见,转基因技术对缓解我国农业资源约束、提高粮食产量和品质、提高农民收入、保护环境方面具有巨大的发展潜力。抗虫转基因棉花在我国的成功应用也为进一步改变农业生产方式,提升我国农业发展水平具有重要的借鉴意义。
目前国际上发达国家转基因农作物研发速度逐步加快,一大批新型转基因农作物新品种包括SmartstaTM玉米(携带8个基因,抗地上害虫、地下害虫且耐除草剂)、高油酸大豆、高Ω3油用大豆、富含维生素A的“金米”等即将或已投放市场。这些转基因作物新品种的商业化种植将进一步巩固发达国家在这一领域的垄断地位。在这一国际背景下,我国应该牢牢抓住机遇,进一步加大转基因技术研发力度,提升我国转基因农作物新品种研发水平,突破资源环境约束,提高粮食产量和品质、保障国家粮食安全,避免类似国产大豆被外资控制等问题的再次出现。(农业部网站)