转基因种子质量控制及认证初探

李 莉 易红梅

（1 中国农业大学农学院/种子科学与技术研究中心，北京100193；2 北京市农林科学院玉米研究所，北京 100097）

种子质量是品种所具备的基本属性，包括品种特性和种用特性两方面。品种特性包括了品种的高产、稳产性，优质性、多抗性及适于机播性等，品种特性是一个新品种所具备的，也是国家品种审定所依据的主要属性；而种用特性往往指种子的净度、芽率、种子均匀度、水分、抗逆萌发能力、种子带菌率等，种用特性作为种子使用的播种特性。前者体现在遗传品质上，主要由内部遗传因素控制；而后者主要受外部的种子生长环境条件、种子收获方式、加工贮藏方式等系列条件所控制。种子认证是为了更好地保障种子质量，规范种子生产及使用过程，保证种子全程溯源、信息可追溯、质量可靠。种子认证是由第三方依据程序通过品种认可、过程控制、验证等方式来确认种子批从遗传水平及物理性状上符合种子认证方案的要求，从而发放种子认证证书和认证标签[1]。种子认证制度起源于欧美发达国家，以19 世纪国际经合组织（OECD）为首建立的种子认证体系在国际上最具影响力。种子认证制度是发达国家控制种子质量的主要途径，是种子流通的质量认证体系[2]。建立种子认证制度是提升我国种子质量、推动种业高质量发展的重要手段[3]。截至2019 年已有61 个国家参加OECD 种子认证，认证作物种204个，涉及品种62000 个[4]。

种子认证制度的出现，能够有效解决农户对种子质量信息掌握不完全的问题，避免农业生产遭受较大损失；能够解决种质混淆和品种退化的问题，加速改良品种的选育、生产和推广，提升我国种子的国际竞争力[5]。转基因作物产业化是趋势，也是我国劳动力转移、农业机械化、农资投入成本过大等因素推动的必然。国外多数农作物都以转基因为主，因此不需要对转基因产品独立认证，现有完善的认证制度即可满足。但我国对转基因作物种子的认证制度还没有建立健全，目前现有的种子认证制度仅适用于非转基因作物，以玉米、大豆为主的转基因产品正逐步商业化推广，国家急需建立一套完善的转基因种子认证系统，来规范转基因产品有序进入市场。

1 我国种子认证工作的发展

我国种子认证工作始于1996 年，《农作物种子质量认证方案（试行）》作为认证试点种子的标准，率先在河北、安徽、四川、湖南和山西省开展试点。2000 年的《中华人民共和国种子法》颁布施行标志着我国对种子行业的市场规制进入法治化的道路，品种审定制度是国家和省级农业主管部门对种子行业进行规范化管理，保障种子育种者和消费者合法权益的重要制度[3]。2002 年国家和省级农业主管部门组织人员对中国农作物种子质量认证方案进行了全面修订。新法案分为《农作物种子质量认证管理试行办法》《农作物种子质量认证试验方案》《农作物种子质量认证和认证标志管理试行办法》《农作物种子质量认证文件管理指南》《农作物种子质量认证实施管理指南》等5 项标准或规范。2016 年修订的《中华人民共和国种子法》全面实施，确立了“自愿性种子质量认证制度”，开辟了我国种子质量认证新模式。自2017 年以来，全国农业技术推广服务中心组织相关省份开展了种子质量认证项目试点示范，省种子管理站监测和指导试点企业的种子生产、加工和包装的全过程，由试点作物优势种子企业承担试点示范任务。截至2019 年，我国种子认证试点省份和作物范围已经扩大到17 个省的超过30 家企业的12 种以上作物，试点示范面积超过1100hm2[3]，同年底，我国建立了相对完整的种子认证体系草案，并于2020 年开始实施。

2 我国转基因产业化发展背景

受国际形势和极端天气等多重因素的影响，国家粮食安全问题不容忽视。2021 年2 月22 日在国务院新闻办公室举行的发布会上，农业农村部副部长张桃林介绍：我国玉米和大豆单产不足美国的60%[6]。加之我国机械化程度低，限制了耐密高产品种的推广，这种差距会愈加明显。由于我国大豆、玉米缺口较大，进口依赖度较高，本土大豆和玉米产量在各种病虫害泛滥时得不到保障，因此，在种植的过程中，转基因技术的稳产优势也不断凸显出来，转基因技术作为全球发展速度最快、应用最广泛的现代生物技术，对于抢占科技制高点意义重大[7]。转基因作物从1996 年开始商业化种植后，种植面积从最初的百万公顷直接上涨到现在的近两亿公顷，30 个国家先后批准了转基因作物的商业化种植。我国转基因棉花品种应用已非常广泛，截至2019 年末，共育成转基因抗虫棉新品种176 个，累计推广3133.3 万hm2（4.7 亿亩），减少农药使用量70%以上，国产抗虫棉市场份额达到99%以上[8]。除了棉花，转抗病毒基因的木瓜也是我国较早允许转基因商业化种植的作物。我国消费量最大的转基因农作物是大豆，美国、巴西等美洲地区成为了我国大豆的主要进口源。为了减少对农作物进口的依赖性，保障粮食安全，我国率先在玉米、水稻和大豆这三类主粮作物中颁发了安全证书，但这三类主粮作物的转基因商业化种植还需要一定的过程，且需要完善的市场监管体系。研究转基因种子认证技术，实现转基因种子溯源及快速检测技术的发展，是我国转基因产业化的保障。

3 我国转基因试点及认证研究

3.1 我国转基因玉米、大豆产业化试点的发展我国转基因试点工作于2021 年开始试行，为解决农业生产中面临的草地贪夜蛾和草害问题，我国对已获得生产应用安全证书的耐除草剂转基因大豆和抗虫耐除草剂转基因玉米开展了产业化试点[9]，最初是在2 个省5 个县的特定试验田进行性状的验证。2022 年6 月农业农村部发布了《国家级转基因大豆品种审定标准（试行）》和《国家级转基因玉米品种审定标准（试行）》，并在20 个左右品种中试运行，3 个省的6 个县开展了6667hm2（10 万亩）转基因种子的制种验证[9]，转基因的推动处于“政府会管，农民会种”的阶段。2023 年全国农业技术推广服务中心开设了转基因玉米和大豆品种国家统一试验，优先获得转基因安全证书的玉米在我国的河北、吉林、内蒙古、云南、四川5 个省的20 个县正式试种[9]，并在甘肃张掖甘州区试点了4000hm2（6 万亩）的转基因玉米制种。试点工作已经覆盖了6 个省21 个县26.67 万hm2（400 万亩），涵盖18 个玉米和11 个大豆品种，此时转基因产业化的发展处于“企业会推”的阶段。根据全国农业技术推广服务中心调研结果显示，转基因玉米、大豆抗虫耐除草剂性状表现突出，对草地贪夜蛾等鳞翅目害虫的防治效果在90%以上，除草效果在95%以上，转基因玉米、大豆可增产5.6%～11.6%[10]。转基因玉米品种开设了东华北中早熟春玉米组、东华北中熟玉米组、

东华北中晚熟春玉米组、黄淮海夏玉米组、西南春玉米组5 个试验生态区组。转基因大豆品种开设了北方春大豆早熟组、北方春大豆中早熟组、黄淮海夏大豆北片组、黄淮海夏大豆南片组以及长江流域夏大豆早中熟组5 个试验生态区。2023 年大豆试点面积6667hm2（10 万亩），其中包括约667～1333hm2的繁种，由于大豆是雌雄同花自交作物，不同于玉米需要单独选取隔离区进行父母本杂交制种，其转基因种子生产基本都在推广试点附近，自交繁种即可。申请品种试验需提交国家主要农作物品种审定申请书、品种选育报告、品种比较试验或预试验报告、转化体相关信息（基因信息及转化体特异性检测方法）、转化体所有者许可协议、农业转基因生物安全证书、转基因品种目标性状与转化体特征特性一致性检测报告（有资质的检测机构出具）、受体品种权人许可或合作协议（面向非受体品种育种者）以及申请材料真实性承诺书。

3.2 转基因种子试点中发现的问题

3.2.1 回交转育阶段（1）转母本还是父本的问题。目前大多获得安全证书的转基因产品，也都是在原有品种基础上增加了抗性基因，因此转化体和杂交种亲本的回交转育是关键。对于监管部门来说，转化体和母本回交，将带有的目标基因导入到母本更为合理可控。以杂交种制种作物玉米为例，如将外源抗性基因导入父本，就意味着风力、虫媒、人为等有可能导致花粉漂移的因素是不可控的，所以无法控制外源基因的扩散。然而，对于制种企业来说，由于监管特殊，转基因亲本种子繁殖受限多，相对来说种子较为宝贵，作为母本使用用种量大，成本高。（2）回交代数的问题。通过转基因回交转育，在不改变原有遗传背景的基础上将目标基因快速导入杂交种亲本之一，是回交选育的关键。虽然没有明确回交代数的要求，但在纯度或真实性方面，要求还是基于现有的国家标准，如玉米采用40 对SSR分子标记进行筛选，要求差异位点≤2 个才算回交转育合格。此外，回交代数取决于供体和受体之间遗传背景的差异，差异越小，需要的回交代数就越少，有些供体和受体之间本就亲缘关系较近，属于姊妹系或实质性派生系，可能回交1～2 代就能达到纯合。对于常规玉米亲本回交转育过程，一般6～7 代就能达到98%的恢复率，意味着纯度基本一致，但实际上剩下的2%的片段可能还会产生变异，严格意义上仍需继续回交。回交转育代数不够，导致被转亲本中部分遗传背景还是转化体（或转基因受体亲本片段），后期会因背景不纯而导致亲本繁殖过程中个体在某些农艺性状上的分离，如株高参差不齐、花药颜色不同、雄穗穗型各异等问题。

（3）转育质量的问题。回交转育质量也是转基因商业化种植、试点过程中被关注的问题。回交转育过程中可能存在污染，如一次回交转育会面临2～3个转化体而不仅仅是1 个转化体，因每个转化体代表一个转基因事件，即便是转同一基因的同一个载体，其导入到基因组中的位置、表达强弱都是不同的，这个时候就会出现回交转育质量问题。其次，连续的回交转育，结合基因型筛选，最终获得的被转目的基因位点杂合类型（以Aa 表示）个体，通常被转抗性基因均为显性，因此需将具有抗性的杂合类型Aa 个体自交一代，结合表型筛选和基因型鉴定获得纯合、显性抗性个体（AA），如果田间表型或基因型鉴定不够准确，错将分离的Aa 个体选择，亲本繁种时，会有部分不抗的aa 个体分离（占比1/4）。举例来说，有些农户明明种植的是转基因抗除草剂品种，但仍不敢大胆地喷施除草剂，担心部分种子不携带抗性基因。

3.2.2 亲本扩繁阶段种子纯度的问题。按照我国很多种业企业的种子生产操作流程，亲本的扩繁往往不是一步到位的。以玉米为例，1 个玉米果穗一次扩繁获得将近200 个果穗（按玉米1∶200 的繁殖系数计算），一定是每个单株严格自交套袋授粉来实现的。仅在亲本扩繁的最后阶段，比如说下一代要生产杂交种的前一代，才进行姊妹交，亦称为群内杂交，严格控制隔离条件下，只一次开放授粉（相当于亲本的混粉自交）。因此，在扩繁前期阶段，如严格套袋，亲本混杂的几率较小，但最后一步扩繁阶段，如果没有很好的隔离条件，外源花粉飘入就会导致亲本种子的混杂。

3.2.3 品种审定阶段命名原则问题。目前我国颁发的具有转基因安全证书的品种命名具有一套不成文的标准，就是在原有品种命名基础上后缀转化体来源公司首字母及转化体名称。如玉米品种登海605 中转了大北农的抗虫或抗除草剂基因，会以登海605DXXX 或登海605DBNXXX 来命名，其中XXX 代表转化体名称。如果转了瑞丰的专利基因，就会以登海605RXXX 来命名，R 代表瑞丰首字母。当然也有摒弃原来名字不用，而重新取名的案例。因此，转基因产品的推广必须要有一套完整的溯源体系，有助于监管部门、种子生产者、种子使用者更清楚产品的真实信息。

3.2.4 杂交种一年评估后参试阶段参试通道有限的问题。目前我国转基因审定通道有两个：一是回交转育通道，适用于一些已经通过国家或地区审定的品种。如郑单958，将目标基因通过回交转育导入亲本之一，申请转基因审定参试可选择正常的回交转育通道。二是非回交转育通道，适用于因种种原因未能审定、或仅在某一特定地区审定，但在将来推广区域还未审定的品种，以及暂没有通过审定的新品种。而选择非回交转育通道的，其目标基因也是通过回交转育导入，但可以避开回交转育参试通道，而申请非回交转育参试通道。因为基于参加区域试验的亩数，回交转育审批通道名额有限，按2022-2023 年2 年官方统计数据分析，每年审定品种大概有120 个左右（中晚熟地区、黄淮海地区、中熟地区大概90 个，西南地区加中早熟地区有30 个左右）。如登海605 在黄淮海地区通过了审定，但在中晚熟地区没有被审定，就可以在东北区等中晚熟地区选择申请非回交转育的审定程序。因此建议某些品种的审定可以换个通道进行快速审批。

3.2.5 杂交种种子生产阶段父母本纯度质量控制的问题。以玉米为例，普通玉米种子生产过程中的隔离要求中，明确规定了保种圃、原种生产田、自交系大田生产田的空间布局，为了节省隔离区，保种圃应放在生产田的中心位置，周围布置原种生产田，最外层安排自交系大田用种生产，与其他玉米花粉来源地至少相距500m。采用空间隔离时，生产田与主风向其他玉米花粉来源不小于300m，其他风向玉米花粉来源不小于200m。若采用时间隔离，春播材料的错期时间应大于25d，夏播材料苗期错期间隔应大于20d。但实际生产中，又有多少制种企业、制种农户能完全做到以上隔离条件，目前还不能保证。此时，目标基因转母本还是转父本，纯度检测和纯度控制所需的工作量也是不同的。

3.2.6 销售及种植阶段种子溯源问题及除草剂的选择问题。以转基因抗除草剂产品为例，不同公司推出的、转不同抗性基因的、不同的转化体或转基因事件，在除草剂的选择上也有一定的争议，因此在转基因种子试制种或试推广过程中，如何选用，选什么牌子的除草剂，以及除草剂的剂量问题等都有待考量。一般来说，目前要求转基因作物的耐除草剂能力为4×浓度的草甘膦或草铵膦，一般来说每667m2用200mL 的药剂可以计算为1×剂量（以草甘膦为例，含有效草甘膦酸31%）。此外，草甘膦/草铵膦的包装、二维码溯源系统及价值定价都需要进行标准化，以上问题值得管理部门思考。

4 转基因种子产业化对策

经过1 年的试点研究，转基因试制种以及产业化推广远比想象中的复杂，从转基因品种培育到性状稳定，以及转基因种子生产加工、市场销售及流通使用等各个环节均需要严格的质量把控及监管，本研究就试点过程中的问题提出切实可行的溯源和质量控制措施，以便及时建立完善的转基因种子认证体系，为转基因产业化发展提供良好的保障。

4.1 建立完善的种子溯源系统通过二维码、身份指纹等方式对单个产品或包装（这里可以是市场上的一包种子、一批种子）赋予“身份证”追溯码，实现“一物一码”，对产品或包装的生产、仓储、分销、物流运输、市场巡检及消费者等环节进行数据采集跟踪，实现产品或包装的生产环节、销售环节、流通环节、服务环节的全生命周期信息管理（这里一般指转基因作物的品种信息、转化体信息、抗性类型、鉴定方法、目标基因的位置信息等）。以保障种业市场中每份流通种子的信息溯源。

4.2 建立完善的种子认证体系有将“农作物种子认证”比喻成是粮食安全的强“芯”剂。种子被誉为农业生产的“芯片”，农作物种子认证制度为中国农业的发展打了一剂强“芯”针。通过检测和评估种子的基因、纯度、活力等指标，优良种子将获得更高的产量和品质保障，不符合要求的种子会被淘汰，有效避免劣质种子在市场上的流通和销售，既保护了农民的利益，又减少了生产上的损失。首先，建立完善的种子认证制度，将推动种业的创新和发展。在认证制度的引领下，种业将更注重科技创新和品种选育。其次，随着认证制度的不断完善，种业将逐渐转变传统模式，形成现代种业体系，为农业发展注入新动力，推动农业现代化进程。农作物种子认证制度的出台，有助于提升我国种业的国际地位。种子质量已成为农产品竞争力的重要因素之一。转基因种子认证不同于常规种子，围绕以上试点中的问题，转基因种子认证需要从源头、过程全程追溯。源头包括目标基因的抗性特点、基因组中插入位置、转化体类型、目标基因表达情况等进行登记备注。过程控制包括种子生产过程中，转基因亲本的特性，作为父本花粉源的需要注意周围隔离情况、风向及大小、花粉漂移扩散程度，作为母本源则需考虑土壤肥力、水肥管理措施、授粉后母本果穗的全程监管；转基因果穗干燥、脱粒、种子加工清选过程中的机械混杂、机械损伤等物理外因对其种子质量的影响；后期转基因种子贮藏和运输过程中的水分、表皮及种子内部霉菌微生物变化情况；以及转基因种子市场流通过程中的标识情况等。最后，通过建立并实施认证制度，我国的种子质量得到提升，增强了国际竞争力，提升了农产品在国际市场的影响力，为农业发展创造了广阔前景。

4.3 建立完善的种子检验体系种子检验是种子质量的“试金石”。转基因种子相较于普通种子来说，其种子质量检验指标中又多了一项转基因检测。转入目标基因后是否影响该品种种子原有的活力，目前还需进一步研究。但转基因得以产业化的原则是，在不改变作物原有农艺性状的前提下提高作物的抗性。因此，建立适于转基因种子质量检测的指标，如活力、健康、种子抗性强弱程度等指标，需要特例特办，单独建立种子质量检验体系。

5 展望

目前以美国、巴西、阿根廷、加拿大及印度为首的转基因品种生产国，转基因作物应用率已经超过了92%[11]。转基因产业化是大趋势，而具有自主知识产权的现代生物技术的提升，是转基因产业化的根本，也是从农业大国向农业强国发展的必经之路。我国生物技术近年来发展势头强，以大北农、隆平高科等为首的国内较强的种业企业正不断储备着转基因品种，预计未来转基因作物将逐步普及种业市场，由于病虫害会随着农作物的不断改良而不断进化，长期进化导致其对宿主的抗性也越来越强，因此在较短期限内，转抗虫基因的产品会因表型鉴定复杂、周期长及病虫抗病性不断提高而滞后于抗除草剂产品的开发和发放，因抗除草剂表型筛选相对较容易，导致短期市场可能主要以抗除草剂产品为主。但长期看来，全球气候变化、自然灾害导致的病虫害不断蔓延，且不分地域性的爆发，将推动转基因抗病虫研究的迅速发展。且复合抗虫耐除草剂玉米将成为未来转基因玉米商业化应用的主要趋势，抗虫基因和抗虫种类以及耐除草剂类型也在不断增加[12]。展望2024 年及以后，机会将落在有准备的企业手里，但并不意味着小的种业企业就没有存活的希望，纵观目前玉米转基因表现较好的品种，其实真正在欧美被利用的也只是为数不多的十个左右。中小企业也可以通过购买大公司的抗性基因使用权，提前将抗性基因回交转育到骨干亲本，从而抢占先机和市场。转基因产业化任重道远，由于国情不同，欧美国家多年来实施的种子认证制度未必适合我国，而我国实施转基因种子认证也必将面对一些困难。了解我国种业市场面临的问题和挑战，对比研究中外种子认证制度和经验，将为转基因种子认证体系的建设提供指导和借鉴。