转基因农作物育种发展与思考

黄大昉

（中国农业科学院生物技术研究所，北京 100081）

特约综述

转基因农作物育种发展与思考

黄大昉

（中国农业科学院生物技术研究所，北京 100081）

综述了国内外转基因作物育种及产业化发展现状，指出转基因技术发展已势不可挡，加快推进有利于抢占市场先机和技术制高点，延误时间只会坐失良机而付出更大代价。当前应以主要用作饲料、安全性确有保障的转基因植酸酶玉米和抗虫玉米为重点，尽快突破转基因认识误区和产业发展困境。为此提出了调整和修订不适应发展需要的管理规则和程序、制定转基因玉米产业化推进规划、加强转基因科普宣传和舆论引导等三项建议。

转基因；农作物育种；转基因植酸酶玉米；抗虫玉米

早在1990年，面对蓬勃兴起的世界新技术革命大潮，我国改革开放的总设计师邓小平高瞻远瞩地指出：“将来农业问题的出路，最终要由生物工程来解决，要靠尖端技术”，并号召：“发展高科技，实现产业化”［1］，从此开创了我国农业生物育种的全新领域。时至今日，环顾世界，这一战略论断依然闪耀着科学与智慧的光芒。

1 转基因生物育种的广泛应用是科学发展的必然

转基因作物问世已近30年，实现规模化生产应用也已达19年，尽管围绕“转基因安全”问题存在争议，全球转基因作物种类、种植面积仍在不断扩大。据国际农业生物技术组织（ISAAA）统计，2014年全球转基因作物种植面积已达到1.815亿hm2，为我国耕地面积的1.3倍；与产业化发展之初的1996年相比，19年间面积增加超过了100倍，堪称农业科技发展史上的奇迹。2014年发展中国家转基因作物种植面积连续第3年超过了发达国家，已占到全球总种植面积的52%。目前除28个国家批准大规模种植转基因作物以外，还有近40个国家和地区批准进口转基因产品用于食品和饲料加工，总受益人口已占世界总人口的3/4以上［2］。

转基因作物的推广应用已产生了巨大的经济、社会和环境生态效益。据国际知名的PG Economics咨询公司的Brookes和Barfoot报告［3］，1996年至2012年转基因作物种植使农业增收约为1 170亿美元，其中58%得益于降低成本，42%得益于产量增加；化学农药节省了4.97亿kg；因种植转基因作物扩大了免耕/少耕技术的扩大应用，仅 2012年就减少了270亿kg的 CO2排放；2012年超过1 650万资源匮乏的小农户因此而减贫、脱困。Klumper和Qaim［4］于2014年利用过去20年间世界各地农业调查或田间试验得到的原始数据，对147个转基因大豆、玉米和棉花项目进行了综合分析，结论是：采用转基因技术使化学农药使用减少37%、作物产量增加22%、农民收益增加68%。此外，目前发展中国家在产量和增益上已全面超过了发达国家。

需要特别指出，由于各国实施了规范的法制化管理和严格、全面的科学评价，迄今全球并未发生确有科学证据的食用安全和环境安全事件。国际卫生组织、联合国粮农组织以及诸多国际权威学术机构均已指出：转基因安全风险完全能够控制，经过科学评估、依法审批的转基因作物与非转基因作物一样安全。

实践已充分证明，转基因生物育种是新的农业科技革命的重要方向和科学发展的必然，其扩大应用已是大势所趋，不可逆转。

2 重大专项给转基因育种创新注入新的活力

进入21世纪以来，世界粮食安全形势日趋严峻，进一步推动了农业生物技术研究和产业化进程，全球形成了转基因“三F”作物，即纤维作物（Fiber）、饲料作物（Feed）和粮食作物（Food）的基本格局。在我国，除了高技术研究发展计划（“863”计划）、国家重大基础研究计划（“973”计划）、战略性新兴产业计划支持转基因育种以外，列为我国中长期科技发展规划［5］16个国家科技重大专项之一的“转基因生物新品种培育”自2008年实施后，实现了棉花、水稻、玉米、小麦、大豆等5大作物转基因育种与常规育种技术的深度结合，自主创新研究取得了显著进展。其中，转Cry1Ab/1Ac融合基因的抗虫水稻“华恢1号”及杂交种“Bt汕优63”、转植酸酶Phy A2基因的BVLA430101玉米自交系于2009年获得农业部颁发的安全证书［6］，成为继抗虫棉之后我国转基因育种技术水平全面提升的新的里程碑。随后，在加快抗虫水稻和植酸酶玉米品种选育的同时，拥有自主知识产权的三系杂交和优质抗虫棉、抗虫和抗除草剂转基因玉米、转人血清白蛋白基因水稻［7］、转WYMV-Nib8基因抗黄花叶病毒病小麦、转DREB基因节水耐旱小麦等一批功能多样、应用潜力巨大的转基因作物研究成果纷纷展现。此外，水稻、玉米、小麦、大豆规模化遗传转化［8］、转基因生物安全评价［9］、小麦、水稻基因组编辑［10］等关键技术或新技术取得新的突破，研究应用达到了国际先进水平。在基因组学研究的有力推动下，重要功能基因发掘研究也取得了显著成效。例如，我国近5年鉴定克隆了165个Bt-cry基因和37个Bt-vip基因，占全世界新登录Bt杀虫蛋白基因总数的一半以上。水稻抗褐飞虱基因Bph14、抗稻瘟病基因PigM、抗草甘膦基因EPSPS-2mg2、水稻理想株型基因IPA1、棉花优质纤维基因iaaM和RRM2等均显示出良好的应用前景，耐旱耐盐、氮磷钾养分高效利用等基因的研究不断深入，为转基因育种下一步发展提供了必要的技术储备［11］。

经过20多年的努力，尽管我国生物育种的整体实力与发达国家某些跨国公司还有相当差距，但应当看到，我国已拥有一支上万名科技人员组成的研发队伍；初步建成了世界上为数不多的、包括基因发掘、遗传转化、良种培育、产业开发、应用推广，以及安全评价等关键环节在内的转基因育种创新和产业开发体系；已拥有抗病虫、抗除草剂、优质抗逆等一批功能基因及相关核心技术的自主知识产权；棉花、水稻、玉米等作物基因研究创新能力进一步提升，初步形成了自己的特色和比较优势，具备了较强的产业发展潜力。此外，创世纪、奥瑞金、大北农、中国种子集团等一批创新型生物育种企业先后诞生并迅速成长，成为我国现代种业发展进步的重要标志。

3 当务之急是推进重大专项研究成果的产业化

我国转基因作物育种研究始于20世纪80年代，几乎与国际同步，经过20多年的努力，已获得一批研究达到国际先进水平、安全性完全有保障、产业发展潜力巨大、可以冲击国际技术前沿并与国外公司抗衡的研究成果。但令人遗憾的是，近年由于受到“转基因安全”争议的负面影响，没有及时决断将这些成果推向应用，除抗虫棉外国内没有批准任何大宗转基因作物生产应用，我国转基因生物育种的产业化至少被推迟了10年！然而，不进则退，产业化的滞缓必然导致科技竞争力的下降，我国农业生物技术研究曾一度进入国际前列，但近年整体研发水平与美国的差距重新拉大，发展速度与应用面积竟落到巴西、阿根廷、印度等发展中国家之后。科技竞争地位的削弱最终也导致农业对国际市场整体依赖程度不断增加，难以阻挡国外转基因作物产品大举进入，以致部分农产品市场陷入了受制于人的被动局面。更加令人堪忧的是，在国内科学启蒙缺乏的社会环境下，原本属于科学技术范畴的“转基因安全”问题近年竟被少数人利用、扭曲和妖魔化，以致社会舆论一度为非理性思维方式所左右，不少公众因对转基因知识缺乏了解而感到困惑甚至产生虚幻的恐惧，转基因育种产业化因此陷入了难以突破的困境。

习近平总书记在2013年中央农村工作会议上就我国现代农业发展和粮食安全问题发表了重要讲话，其中明确指出：“要大胆创新研究，占领转基因技术制高点，不能把转基因农产品市场都让外国大公司占领了”［12］。这一讲话重申了我国政府支持转基因技术发展的战略决策，指明了转基因育种实现产业化的大方向，对于统一各级领导思想、增进公众科学认知、进一步调动科技人员研发积极性具有重要的指导作用。

国内外实践已充分证明，转基因技术发展已势不可挡，全面实现产业化只是时间问题；加快推进有利于抢占市场先机和技术制高点，延误时间只会坐失良机而付出更大代价。当前唯有尽快突破转基因认识误区和发展困境，推进国家重大专项转基因育种研究成果的产业化才能加快农业科技创新，实现农业发展方式的转变。

4 加快推进转基因作物产业化的思考与建议

根据国内农业生产发展的紧迫需求和转基因技术与市场竞争现状，近期可选择主要用作饲料、转基因安全确有保障的植酸酶玉米和抗虫玉米作为产业推进的突破口。建议采取以下措施：

4.1 对不适应发展需要的管理规则和程序进行必要调整和修订

目前国内转基因管理依照的是2001年国务院颁布实施的《农业转基因生物安全管理条例》。当时制定这一法规的背景之一是我国转基因独立研发能力还不强，为限制国外产品进入和垄断国内市场。审批管理程序十分繁琐，某些方面甚至比国外还要严格。例如，条例中有关安全性评价田间试验包括至少需时4年的中间试验、环境释放、生产试验和安全证书等4个审批环节，而美国等发达国家仅有环境释放一个步骤。又如，除长达数年的安全性审批外，我国还要求产品应用前必须依照《种子法》规定，像常规品种一样完成至少3年的品种审定程序。而国际通行做法是安全评价与生产许可同步进行，一步到位。即便如此，国内种子管理部门迄今并没有出台与安全管理衔接的转基因作物品种审批办法，致使国内近年研发的许多成果走上“断头路”，根本无法转化为产品推广应用，这个问题已成为产业发展的主要瓶颈。建议尽快修订现行管理办法，简化和加快安全审批进程，切实做好转基因安全评价与品种管理的协调和衔接。对已获得安全证书、以国家或省市审定品种为基础回交转育、具有准确分子标记的转基因品种，可不必重新进行品种审定，而以“品种认定”方式准予种植推广。这样做既能加强监管、确保安全，又能加快成果转化。

4.2 制定转基因玉米产业化推进规划

目前玉米产量和种植面积均已超过水稻成为我国第一大作物。近年玉米生产保持波动性增长态势，2014年总产已达到2.15亿t。然而，由于养殖业和工业发展迅速，饲料用粮和工业加工用粮刚性增长，玉米供不应求的矛盾日趋突出，进口已呈逐年递增，难以遏制之势。国内近年玉米总产虽然逐步增加，但主要靠的是挤占其它作物种植面积而非本身单产水平的提高。若要填补或缩小玉米供求的缺口，实现玉米基本自给，唯有通过提高单产来增加总产，这将是今后一个时期我国保障粮食安全，避免重蹈大豆进口覆辙所面对的最大挑战。

建议重点针对饲料用植酸酶玉米和抗虫玉米两大成果，进一步围绕技术成熟度、技术风险预测、安全评价进程、品种审定程序、知识产权地位、国内外竞争力、产学研结合现状、经济社会生态效益等要素逐一进行考察分析，制定切实可行、推进产业发展的“路线图”和“时间表”，下决心在3-4年内实现产业化突破。在此基础上继续努力，2020年后有望达到较大种植规模。据保守估计，玉米单产若能提高20%，总产年增可达4 000万t以上，可望有效缓解国内玉米供求矛盾。

4.3 加强转基因科普宣传和舆论引导

近年来相关单位组织科技人员做过不少转基因科普宣传工作并取得了一定成效，但由于工作多处于自发和分散状态、覆盖面小、缺乏力度和长远规划，没有经费保障，总体上仍没有摆脱被动局面。当前，加强转基因科普宣传已直接关系到我国创新驱动发展战略能否贯彻落实，具有特殊的重要性和紧迫性。建议政府管理部门和中国科协加大对于转基因科普宣传的指导和必要的支持；宣传部门应坚持不懈地、旗帜鲜明地进行社会舆论的正面引导，清理整顿网络媒体上有关转基因的各类谣言和不实信息；科学界应进一步加强与公众和媒体进行沟通交流，更多担当起传递科学正能量的历史责任。

加强转基因科普宣传、推进转基因创新研究和产业化三者间紧密相关，相辅相成。从某种意义上讲，积极推进转基因成果转化当前尤为重要和迫切。不推进产业化无法真正激发自主创新活力和引导研究工作的不断深入；不推进产业化也不能让社会和老百姓真切了解和感受新技术带来的好处，科普宣传也难收到实效。因此，应结合转基因育种研究和产业化推进，开创科普宣传工作的新局面。

［1］ 邓小平. 邓小平文选［M］. 北京： 人民出版社, 1996, 3： 275.

［2］ James C. Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops：2014, 2014, International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications（ISAAA）Brief No. 47, Ithaca, NY.

［3］Brookes G, Barfoot P. Global income and production effects of GM crops 1996-2012［J］. GM Crops Food, 2014, 5（1）： 65-75.

［4］ Klümper W, Qaim M. A meta-analysis of the impacts of genetically modified crops［J］. PLoS One, 2014, 9（11）： e111629.

［5］ 国务院. 国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）［R］. 2006.

［6］ Chen RM, Zhang C, Yao B, et al. Corn seed as bioreactors for the production of phytase in the feed industry［J］J Biotechnology, 2013, 165（2）：120-126.

［7］He Y, Ning TT, Yang DC, et al. Large-scale production of functional human serum albumin from transgenic rice seeds［J］. PNAS, 2011, 108（7）：19078-19083.

［8］ 万建民, 黎浴. 高效、安全、规模化转基因技术：机会和挑战［J］.中国农业科学, 2004, 47（21）：4139-4140.

［9］ Li YH, Peng YF, Hallerman EM, et al. Biosafety management and commercial use of genetically modified crops in China［J］. Plant Cell Rep, 2014, 33： 565-573.

［10］ Wang YP, Gao CX, Qiu JL, et al. Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid wheat confers heritable resistance to powdery mildew［J］. Nature Biotechnology, 2014, 32： 947-951.

［11］ Chong K, Xu ZH. Investment in plant research and development bears fruit in China［J］. Plant Cell Rep, 2015, DOI： 10. 1007/s 00299-014-1587-6.

［12］ 习近平. 2013年12月23日在中央农村工作会议上的讲话［G］.十八大以来重要文献选编, 北京： 中央文献出版社, 2014.

GM Crop Breeding ： Current Status and Prospects

Huang Dafang
（Biotechnology Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081）

The current statusof GM crop（genetically modified crop）breeding and commercialization at home and abroad were reviewed. It was illustrated that the trend of GM crops development can not be halted. Speeding up will help to seize market opportunities and technical commanding heights while delaying will only miss the boat and pay a greater cost. The problems and challenges of GM crop development were discussed，in addition，three suggestions of promoting commercialization of GM phytase corn and Bt corn were made，i.e. adjusting and revising GMO regulation，drawing up a plan to speed up commercialization of GM corn as well as enhancing science communication and public opinion guidance.

GM crop（genetically modified crop）；crop breeding；GM phytase corn；Bt corn

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.03.008

2015-02-10

黄大昉，研究员，研究方向： 植物病虫害生物学与农业生物技术；E-mail： dfhuang@ippcaas.cn