全球转基因作物的发展状况

2021-01-21段灿星孙素丽朱振东

科技传播 2020年24期

段灿星，孙素丽，朱振东

“民以食为天”，粮食是人类最基本的生存资料，农业在国民经济中的基础地位，突出地表现在农作物生产的粮食上。随着社会经济的发展和人口不断增长，传统粮食作物的产量已满足不了人类对食物的需求。随着现代农业生物技术的快速发展，转基因作物应用而生，目前已成为现代农业生产的重要组成部分，为提高作物的产量和品质、保障全球粮食安全、促进现代农业产业健康发展提供了重要的助力。转基因作物不仅可以减少种植成本、增强抗病虫、抗逆性、增加产量，还能改善营养成分，甚至具有治疗效果[1]。

1 转基因相关概念

什么是转基因技术？农业农村部在《答问》中，明确给出了转基因技术的概念：转基因技术是将高产、抗逆、抗病虫、提高营养品质等已知功能性状的基因，通过现代科技手段转入到目标生物体中，使受体生物获得新的功能特性，产生新的品种和新的产品[2]。转基因技术是现代生物发展的核心技术之一，在保障全球粮食安全、保护生态环境和拓展农业基本功能等方面具有重要作用和巨大潜力[3]。什么是转基因作物？是指运用分子生物学（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的具有特定性状的农作物品种。转基因作物通常具有高产优质、抗病虫、抗非生物逆境、抗除草剂、耐储存、提高某些营养成分含量、改善作物品质、增强口感和色泽等优良性状。

2 常见的转基因作物

自1996年起，全球转基因农作物开始大规模商业化种植，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 转基因大豆

转基因耐除草剂、抗虫大豆是目前全球种植最为广泛的转基因作物，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[4]。目前，商业化的转基因大豆主要包括抗耐草剂、抗虫、高油酸含量以及其他品质改良等几类，转入的目标基因包括cp4 epsps、gm-hra、pat、bar、aad-12、cry1Ac、cry1F、fatb1-A、fad2-1A等[5,6]。

2.2 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[4]。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，长期被有机种植者用作天然杀虫剂。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，不用打农药就可以减轻或避免虫害。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、粘虫等效果显著且直观，使其成为转基因作物中商业化种植速度最快的作物之一[7]。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、cp4epspsZM、bar、Cry1Ab-Ma、mCry2Ab、mG2-aroA等[8]。

2.3 转基因棉花

转基因抗虫棉是全球第三大广泛种植的转基因作物，2018年的种植面积为2 490万公顷[4]。1990年，孟山都公司将修饰过的Bt杀虫基因转入棉花并获得高Bt毒蛋白含量的转基因棉花植株，随后进行了Bt抗虫棉的选育和品种的商品化。自上个世纪90年代以来，棉铃虫在我国大部分棉区持续性大发生或爆发，给棉花生产带来了巨大的威胁，棉农谈“虫”色变，仅1992年一年即造成直接经济损失60多亿元，间接损失超过100亿元，对整个国民经济发展造成了很大影响。我国转Bt杀虫基因棉花研究起始于90年代初，郭三堆等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[9]，并于1997年开始在我国广泛种植。目前商业化的转基因棉花主要为抗虫、抗病、抗旱和耐除草剂的品种[10-11]。

2.4 转基因油菜

转基因油菜也是全球广泛种植的农作物，ISAAA统计表明，2018年转基因油菜的种植面积达1 010万公顷[4]。美国、加拿大是最早商业化种植转基因油菜的国家，截至2017年，美国已获批40余个商业化转基因耐除草剂油菜品种，美国种植的油菜均为转基因品种。目前，商业化的转基因油菜主要为耐除草剂转基因油菜、高月桂酸转基因油菜、含ω-3脂肪酸的转基因油菜等几大类[12]。

2.5 黄金大米

黄金大米是β-胡萝卜素强化的转基因稻米[13-14]。维生素A缺乏（简称VAD）是全球性公共卫生问题，全球1/4的学龄儿童（1.27亿）存在维生素A缺乏的问题，失明超过25万。1999年，瑞士联邦理工学院苏黎世分校Ingo Potrykus博士发明了黄金大米，他通过转基因技术，让大米胚乳能生产β-胡萝卜素，这样的大米呈金黄色，在动物体内可以转化为生存所需的维生素A，可以有效缓解贫困地区高发的维生素A缺乏症及其导致的失明和免疫力低下[15]。

2.6 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。1998年，孟山都公司培育的转基因抗虫番茄品种“5345”在美国获批环境安全和食品安全评价，2000年，该转基因番茄品种在加拿大获批食用[16]。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。

2.7 转基因木瓜

番木瓜环斑病毒是木瓜生产上为害最严重的病害，曾给木瓜产业造成毁灭性的打击[17]。目前商业化种植的转基因木瓜主要为抗环斑病毒的品种。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“日出”和“彩虹”，挽救了美国的木瓜产业[18]。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”是我国历时10年自主研发的转基因番木瓜品种，20世纪90年代中期开始进行基因分离克隆，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[19-20]。目前，我国市面上90%以上的木瓜均为转基因木瓜。

3 全球转基因作物现状

2020年是转基因作物商业化种植的第25个年头。来自国际农业生物技术应用服务组织已公布的数据表明，2018年，全球26个国家共种植了1.917亿公顷的转基因作物，而2017年种植面积为1.898亿公顷，增加了190万公顷，增幅比例约为1.0%。自1996年以来的23年间，转基因作物种植面积增长约113倍，累计达25亿公顷。转基因作物在美国、巴西、阿根廷、加拿大和印度等5大种植国的应用率接近饱和，分别为93.3%、93.0%、约100%、92.5%和95.0%[4]。全球有26个国家和地区种植转基因作物，其中21个为发展中国家，5个为发达国家，转基因作物的种植面积占比分别为54%和46%。

在2018年全球广泛种植的四大转基因作物中，从种植面积看，大豆＞玉米＞棉花＞油菜。而转基因作物的应用率则是大豆＞棉花＞玉米＞油菜，应用率为78%、76%、30%和29%。美国、巴西、阿根廷、加拿大和印度是转基因作物种植面积最大的5个国家，总计达1.745亿公顷，占全世界转基因作物总面积的91%。美国的转基因作物种植面积最大，为7 500万公顷，包括3 408万公顷转基因大豆、3 317万公顷转基因玉米、506万公顷转基因棉花、90万公顷转基因油菜、49.1万公顷甜菜以及126万公顷的紫花苜蓿，此外，还种植约1 000公顷的木瓜、南瓜、马铃薯和苹果。其次是巴西、阿根廷、加拿大和印度，其种植面积分别为5 130万、2 390万、1 270万和1 160万公顷，其中巴西和阿根廷种植的转基因作物主要为大豆、玉米和棉花，加拿大种植的主要是转基因油菜、大豆、玉米和甜菜，而印度则主要种植转基因抗虫棉，2018年的种植面积达1 160余万公顷（表1）。

表1 2018年全球主要转基因作物在不同国家的种植情况a （单位：百万公顷）

4 我国转基因作物情况

目前，我国已批准商业化种植的转基因作物仅棉花和木瓜[21]，已获得安全证书的有转基因玉米和水稻，已批准进口的转基因作物包括大豆、棉花、木瓜、油菜、甜菜和玉米等。

1）大豆我国批准进口的转基因大有18个品种（系）（A2704-12、A5547-127、DAS-44406-6、DP305423、GTS40-3-2、MON87701、MON87705、MON87708、MON87769、MON89788、SYHT0H2、DBNØ9ØØ4-6、MON87751、305423×GTS40-3-2等），都是用作加工原料，制成大豆油、腐竹、豆腐等豆制品进行售卖。目前，我国禁止种植转基因大豆品种，因此从田间地头采摘和收获的大豆都是非转基因的。

2）玉米国外有30余个商业化种植的转基因品种，我国批准进口20余个转基因玉米品种（MON87427、DAS-4Ø278-9、5307、Bt11×GA21、MIR162、T25、DP4114、MIR604、TC1507、MON 87460、MON 89034、Bt176、3272、Bt11、59122等），全都用作原料，主要用于饲料加工、榨油和工业原料。目前，我国禁止种植转基因玉米，因此新鲜的、带有玉米果穗的均为非转基因玉米。

3）棉花是目前我国种植最为广泛的转基因作物，包括我国自主研发和进口的品种，主要为转Bt杀虫基因的抗虫棉以及耐除草剂的品种，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。

4）油菜目前国外有30余个转基因油菜品种，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。

5）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。

6）木瓜包括我国自主研发的品种（华南农业大学培育“华农1号”）和进口的品种（夏威夷大学培育的抗病番木瓜55-1）等，“华农1号”于2010年获得农业农村部颁发的安全性证书后在我国大规模种植，对于我国木瓜产业的健康发展起到了十分重要的作用。目前市场上销售的木瓜大多为转基因抗病品种。