耐除草剂转基因作物的开发

林柏森，罗成飞，程大友

(1.赤峰绿璐种业有限公司,赤峰 024000； 2.哈尔滨工业大学 化工与化学学院,哈尔滨 150001)

0 前言

近年来转基因作物的开发在质疑声中不断快速发展中。自1996年转基因作物开始商业化以来，至今全球已有近30个国家和地区种植了转基因作物，种植面积超1.9亿公顷。其中涉及的作物比较广，包括粮食作物及蔬菜。但以油料作物的大豆和粮食作物玉米为主要的两种转基因作物。转基因作物主要以转抗虫、耐除草剂和多种性状结合的复合性状为主。目前，几种基因同时转入，形成复合性状已成为转基因作物开发的主流趋势。据不完全统计2020年后具有复合优良性状的转基因作物种植面积已经接近1亿公顷。

1 转基因作物概况

1.1 转基因作物种植变迁

截止到2017年全球约有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。美国则是批准转基因作物商业化数量最多的国家。

至2017年，29种转基因作物被批准，其中玉米是所有获批作物中最多的，获批 539 项约占41.02%；其次是棉花，获批 229 项，约占17.43%；大豆 200 项约占15.22%、马铃薯 109项，约占8.3%，油菜106 项占 8.07%。其他作物131项，约占9.97%(图1)。

图1 1996-2017年获准商业化的转基因作物种类分布(根据2017国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)数据资料整理)

从获准商业化的作物转基因性状分析，1996年之前，获批均为转单一性状的转基因作物，其中抗除草剂获批13 项，占40.6%；抗虫性8项，占25%；延迟成熟番茄6项，占18.8%；病毒抗性3项占9.4%，品质性状2项，占6.3%。此后获批的转基因以复合性状为主。2017年，复合性状转基因的商业化占一半以上，达到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%。

根据ISAAA发布的自1996年以来的转基因作物报告数据显示，全球转基因作物的种植面积一直逐年上升的趋势(图2)，截至目前全球获得批准商业化生产的转基因作物已达到 30种[4]，种植作物仍以大豆、玉米、棉花和油菜为主，其他还包含苜蓿、甜菜、甘蔗、红花、马铃薯、茄子、南瓜、苹果、菠萝等。且扩增速度较快。世界前5大转基因作物种植的国家其转基因作物种植应用率已达90%以。 截止到2019年全球转基因作物种植面积已经超过19亿公顷，比统计初年(1996)提高了112倍。目前，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，其种植面积分别达到：7150 万公顷、5280 万公顷、2400 万公顷、1250万公顷、1190万公顷。

图2 1996—2019年全球转基因作物种植面积(引自 田文君 2021)

1.2 我国近年来转基因作物推广步伐加快

针对转基因作物的推广也就是转基因生物安全证书的发放我国一直持谨慎、严格，坚持逐步评估原则和熟悉原则。在美国，负责转基因食品安全评价的是食品药品局，中国则是农业部。我们国家对转基因食品的安全评价在按照CAC标准执行的同时，也会遵循我国《农业转基因生物安全管理条例》及配套的《农业转基因生物安全管理评价管理办法》来进行。近年来，随着转基因安全性的认同及强劲的市场需求。转基因作物的安全证书发放也略有提高。农业农村部2022年6月8日颁布了《国家级转基因大豆品种审定标准(试行)》、《国家级转基因玉米品种审定标准(试行)》，并要求国家农作物品种审定委员会各专业委员会从即日起遵照执行。这预示着我国生物育种产业化应用又迈出重要一步。转基因的加速落地将给行业带来品种换代变革(表1)。

表1 2019年以来我国转基因生物安全证书部分获批情况

随着生物安全证书的发放，相应品种的推广步伐也将加快。

2 主要耐除草剂转基因作物

2.1 主要转基因作物-大豆品种

我国大豆转基因研究起步较早，但由于受到体制及国家管控政策及国情等因素的影响进展较慢。但近年来，在国家转基因重大专项的支持下转基因大豆研究进展取得了明显的进步。加快了转基因品种进入商业化的进程。截止 2018 年，根据我国农业转基因生物安全委员会评审结果，农业部曾批准发放了孟山都公司的抗除草剂转基因大豆GTS40-3-2、抗除草剂大豆 MON89788、抗虫耐除草剂大豆 MON87701×MON89788耐除草剂大豆 MON87708、品质性状改良耐除草剂大豆MON87705；拜耳公司的抗除草剂大豆 A2704-12、抗除草剂大豆 A5547-127、耐除草剂大豆 FG72；杜邦公司的抗除草剂大豆356043；先锋公司的品质改良抗除草剂大豆 305423×GTS40-3-2；以及巴斯夫农化的抗除草剂大豆CV127、先正达公司的耐除草剂大豆 SYHT0H2、陶氏益农公司的耐除草剂大豆 DAS-44406-6。

1)XtendFlex大豆

品种特性：耐草甘膦、麦草畏和草铵膦。

XtendFlex大豆品种是拜耳公司正是基于Roundup Ready Xtend技术(耐草甘膦和麦草畏)开发而成的大豆产品。数据显示，该品种自2016年初由孟山都推出Roundup Ready Xtend大豆以来面积不断扩大，现在是美国种植面积最大的大豆品种。该品种具有耐草甘膦、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。2020年10月，欧盟委员会已授权在欧盟的食品、饲料、进口和加工领域使用XtendFlex大豆，表明XtendFlex大豆获得了后续推广种植的关键保障。预计今后推广面积将进一步扩大。

2)Intact 2Xtend大豆

品种特性：抗虫、耐麦草畏和草甘膦。

Intact 2Xtend品种是2020年11月，拜耳在巴西推出的首个采用Intact 2Xtend技术的第三代转基因大豆产品。Intact 2Xtend品种具有耐麦草畏和草甘膦除草剂特性，并拥有三种抗虫蛋白，即Cry1A.105 ，Cry1Ac 及Cry2Ab2。这些性状的是通过MON87751(对鳞翅目昆虫具有抗性)×MON87708(耐麦草畏)×MON89788×MON87701(对鳞翅目昆虫具有抗性并且对草甘膦具有耐受性)杂交重组获得，多个抗虫蛋白的聚合显著地增加了大豆品种对鳞翅目类害虫的防护能力。而鳞翅目害虫是豆科作物主要害虫之一。

3)大北农-DBN-09004-6

品种特性：耐草甘膦和草铵膦。

该品种由北京大北农生物技术有限公司属于耐除草剂大豆品种，DBN-09004-6与普通品种相比能耐受标签4倍剂量草甘膦和2倍剂量的草铵膦。DBN-09004-6于2019年在阿根廷获得种植许可，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，农业农村部科技教育司《2020年农业转基因生物安全证书(进口)批准清单》中包括北京大北农生物技术有限公司开发的转基因大豆——DBN-09004-6，这成为了中国首次批准进口国内公司研发的转基因大豆产品。这些批准进口的转基因产品将用作加工原料。所有批准从6月11日开始生效，有效期为5年。这也是中国首次批准进口国内公司研发的转基因大豆。

2.2 主要转基因作物-玉米品种

1 )大北农——DBN9936玉米、DBN9858玉米

DBN9936性状：抗虫、耐草甘膦

抗虫耐除草剂玉米品种DBN9936是国内首批获得转基因抗虫耐除草剂玉米农业转基因生物安全证书的转化事件，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。2021年9月30日，抗虫耐除草剂转基因玉米DBN9936经过一系列程序，完成美国FDA的安全评价，获得FDA的转基因产品上市前食用安全批准。

2) 大北农——DBN9858玉米品种性状：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。有效期为2020年6月11日至2025年6月11日。2021年12月17日，美国FDA官方公布：DBN9858玉米在组成、安全性和其他相关方面与目前市场上的玉米没有实质性差异，而且转基因DBN9858玉米不存在需要FDA进行上市前审查或批准的问题。

大北农控股子公司的转基因玉米又一产品获得美国FDA的批准，印证了大北农转基因作物研发与生物安全管理水平已达到了国际水平。

3) 杭州瑞丰——瑞丰125玉米

性状：耐草甘膦、抗虫

瑞丰125是荃银高科作为牵头单位与浙江大学联合选育的转基因玉米品种。获得了农业部转基因生物新品种培育重大专项支持。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。

在2020年1月获得国家转基因生物安全证书。瑞丰125是国内首批获得转基因抗虫耐除草剂玉米农业转基因生物安全证书的转化事件。该转基因玉米运用了基因融合技术将两个Bt抗虫基因整合到一起发挥作用，其抗除草剂基因是具有我国自主知识产权的创新型基因，目前已在中国和美国获得了专利。根据目前国内外的研究，该类型产品将在延缓害虫的抗性产生方面具有优势。

转基因玉米瑞丰125已经过多年多点严格测试，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。

通过田间接虫、室内生测以及田间植株喷施草甘膦试验,在吉林省公主岭市综合评价了转cry1Ab/cry2Aj和G10evo-epsps基因抗虫耐除草剂复合性状玉米‘双抗12-5’对亚洲玉米螟[Ostrinia furnacalis(Guenée)]的抗性以及对草甘膦的耐受性,为‘双抗12-5’在吉林省产业化应用提供基础科学数据。结果表明,与非转基因对照‘郑单958’相比,‘双抗12-5’全生育期对亚洲玉米螟都具有良好的抗性,达到高抗水平;取食‘双抗12-5’心叶、雄穗及花丝等组织7d后的亚洲玉米螟幼虫存活率为4%～12%,而取食‘郑单958’各个组织的亚洲玉米螟幼虫存活率均高于96%。‘双抗12-5’在喷施推荐剂量(1 230g/hm2)及在2倍推荐剂量(2 460g/hm2)草甘膦情况下,4周内均生长正常,受害率为0;对照‘郑单958’植株第一周即表现出明显的药害症状,逐渐枯萎死亡,受害率达到100%。综上所述,‘双抗12-5’在吉林省表现出良好的抗虫性和除草剂耐受性。

4) 拜耳——MON 87429玉米

性状：耐麦草畏、2,4-滴、草铵膦和喹禾灵

拜耳MON 87429玉米转入了dmo, pat, ft_t 和cp4 epsps四种除草剂抗性基因。它除了能够耐受麦草畏、2,4-滴、喹禾灵和草铵膦这四种除草剂外，还具有组织特异性草甘膦耐受性。2019年8月，MON 87429转基因玉米通过加拿大的食品安全评估。2020年3月，澳新食品标准局拟批准该玉米品种用于食品。

5) 科迪华——DP202216玉米

性状：耐草铵膦、高产

DP202216是由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。

2.3 主要转基因作物-棉花

我国是抗虫棉转基因研究较早，推广应用最早的国家之一。早在 1994 年， 中国农科院郭三堆研究员便成功研制出 了GK1、GK12、GK19、GKZ1 和晋棉 26 单价抗虫棉，并在国内成功得到推广应用。豌豆外源凝集素 P-Lec 基因和大豆胰蛋白酶抑制剂 SKTI 基因双价表达载体，培育出了新型的同时抗鳞翅目和同翅目害虫的双价转基因抗虫棉(王伟等 1999)。雒瑶瑜等于2017年将基因 Cry1Ac 和 Cry2Ab 同时转入棉花，获得能够同时表达的双价转基因抗虫棉，这种转基因抗虫棉在防治棉田地下害虫方面具有明显的优势。截至 2019 年底，转基因专项共育成转基因抗虫棉新品种176个，累计推广4.7亿亩，减少农药使用70%以上，国产抗虫棉市场份额达到99%以上。我国成为转基因棉花应用最广泛的国家之一。

我国自育的转基因单价棉品种:GK1(国抗1 号)、GK12(国抗12 号)、GK19(国抗19 号)、GK22(国抗22 号)、GK30(鲁棉研16 号)、GK95-1 (晋棉26 号)、GK46 (晋棉31号)、GKz10(鲁棉研15 号)、GKz13 (鲁RH-1)、GKz6(中棉所38)和GKz8(南抗3 号)；双价棉品种:s GK321(SGK321)、s GK9708(中棉所41)、s GK5(新研96-48)。这些品种成为了我国棉花种植的主要品种。

3 小结

2021年2月18日，农业农村部发布《关于鼓励农业转基因生物原始创新和规范生物材料转移转让转育的通知》。《通知》明确鼓励原始创新，支持高水平研究。支持从事新基因、新性状、新技术、新产品等创新性强的农业转基因生物研发活动，新研发的农业转基因生物应比同类已获批生产应用安全证书的有所突破、有所创新、有所进步。不支持低水平、同质化研发活动。随着国家对转基因作物研究科研投入的加大、大型种业公司的重视及巨大的市场需求。相信不远的将来会有更多的新成果应用于生产造福人类。