轉基因農作物育種發展與思考

黃大昉

（中國農業科學院生物技術研究所，北京 100081）

特約綜述

轉基因農作物育種發展與思考

黃大昉

（中國農業科學院生物技術研究所，北京 100081）

綜述了國內外轉基因作物育種及產業化發展現狀，指出轉基因技術發展已勢不可擋，加快推進有利于搶占市場先機和技術制高點，延誤時間只會坐失良機而付出更大代價。當前應以主要用作飼料、安全性確有保障的轉基因植酸酶玉米和抗蟲玉米為重點，盡快突破轉基因認識誤區和產業發展困境。為此提出了調整和修訂不適應發展需要的管理規則和程序、制定轉基因玉米產業化推進規劃、加強轉基因科普宣傳和輿論引導等三項建議。

轉基因；農作物育種；轉基因植酸酶玉米；抗蟲玉米

早在1990年，面對蓬勃興起的世界新技術革命大潮，我國改革開放的總設計師鄧小平高瞻遠矚地指出：“將來農業問題的出路，最終要由生物工程來解決，要靠尖端技術”，并號召：“發展高科技，實現產業化”［1］，從此開創了我國農業生物育種的全新領域。時至今日，環顧世界，這一戰略論斷依然閃耀著科學與智慧的光芒。

1 轉基因生物育種的廣泛應用是科學發展的必然

轉基因作物問世已近30年，實現規?；a應用也已達19年，盡管圍繞“轉基因安全”問題存在爭議，全球轉基因作物種類、種植面積仍在不斷擴大。據國際農業生物技術組織（ISAAA）統計，2014年全球轉基因作物種植面積已達到1.815億hm2，為我國耕地面積的1.3倍；與產業化發展之初的1996年相比，19年間面積增加超過了100倍，堪稱農業科技發展史上的奇跡。2014年發展中國家轉基因作物種植面積連續第3年超過了發達國家，已占到全球總種植面積的52%。目前除28個國家批準大規模種植轉基因作物以外，還有近40個國家和地區批準進口轉基因產品用于食品和飼料加工，總受益人口已占世界總人口的3/4以上［2］。

轉基因作物的推廣應用已產生了巨大的經濟、社會和環境生態效益。據國際知名的PG Economics咨詢公司的Brookes和Barfoot報告［3］，1996年至2012年轉基因作物種植使農業增收約為1 170億美元，其中58%得益于降低成本，42%得益于產量增加；化學農藥節省了4.97億kg；因種植轉基因作物擴大了免耕/少耕技術的擴大應用，僅 2012年就減少了270億kg的 CO2排放；2012年超過1 650萬資源匱乏的小農戶因此而減貧、脫困。Klumper和Qaim［4］于2014年利用過去20年間世界各地農業調查或田間試驗得到的原始數據，對147個轉基因大豆、玉米和棉花項目進行了綜合分析，結論是：采用轉基因技術使化學農藥使用減少37%、作物產量增加22%、農民收益增加68%。此外，目前發展中國家在產量和增益上已全面超過了發達國家。

需要特別指出，由于各國實施了規范的法制化管理和嚴格、全面的科學評價，迄今全球并未發生確有科學證據的食用安全和環境安全事件。國際衛生組織、聯合國糧農組織以及諸多國際權威學術機構均已指出：轉基因安全風險完全能夠控制，經過科學評估、依法審批的轉基因作物與非轉基因作物一樣安全。

實踐已充分證明，轉基因生物育種是新的農業科技革命的重要方向和科學發展的必然，其擴大應用已是大勢所趨，不可逆轉。

2 重大專項給轉基因育種創新注入新的活力

進入21世紀以來，世界糧食安全形勢日趨嚴峻，進一步推動了農業生物技術研究和產業化進程，全球形成了轉基因“三F”作物，即纖維作物（Fiber）、飼料作物（Feed）和糧食作物（Food）的基本格局。在我國，除了高技術研究發展計劃（“863”計劃）、國家重大基礎研究計劃（“973”計劃）、戰略性新興產業計劃支持轉基因育種以外，列為我國中長期科技發展規劃［5］16個國家科技重大專項之一的“轉基因生物新品種培育”自2008年實施后，實現了棉花、水稻、玉米、小麥、大豆等5大作物轉基因育種與常規育種技術的深度結合，自主創新研究取得了顯著進展。其中，轉Cry1Ab/1Ac融合基因的抗蟲水稻“華恢1號”及雜交種“Bt汕優63”、轉植酸酶Phy A2基因的BVLA430101玉米自交系于2009年獲得農業部頒發的安全證書［6］，成為繼抗蟲棉之后我國轉基因育種技術水平全面提升的新的里程碑。隨后，在加快抗蟲水稻和植酸酶玉米品種選育的同時，擁有自主知識產權的三系雜交和優質抗蟲棉、抗蟲和抗除草劑轉基因玉米、轉人血清白蛋白基因水稻［7］、轉WYMV-Nib8基因抗黃花葉病毒病小麥、轉DREB基因節水耐旱小麥等一批功能多樣、應用潛力巨大的轉基因作物研究成果紛紛展現。此外，水稻、玉米、小麥、大豆規?；z傳轉化［8］、轉基因生物安全評價［9］、小麥、水稻基因組編輯［10］等關鍵技術或新技術取得新的突破，研究應用達到了國際先進水平。在基因組學研究的有力推動下，重要功能基因發掘研究也取得了顯著成效。例如，我國近5年鑒定克隆了165個Bt-cry基因和37個Bt-vip基因，占全世界新登錄Bt殺蟲蛋白基因總數的一半以上。水稻抗褐飛虱基因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、棉花優質纖維基因iaaM和RRM2等均顯示出良好的應用前景，耐旱耐鹽、氮磷鉀養分高效利用等基因的研究不斷深入，為轉基因育種下一步發展提供了必要的技術儲備［11］。

經過20多年的努力，盡管我國生物育種的整體實力與發達國家某些跨國公司還有相當差距，但應當看到，我國已擁有一支上萬名科技人員組成的研發隊伍；初步建成了世界上為數不多的、包括基因發掘、遺傳轉化、良種培育、產業開發、應用推廣，以及安全評價等關鍵環節在內的轉基因育種創新和產業開發體系；已擁有抗病蟲、抗除草劑、優質抗逆等一批功能基因及相關核心技術的自主知識產權；棉花、水稻、玉米等作物基因研究創新能力進一步提升，初步形成了自己的特色和比較優勢，具備了較強的產業發展潛力。此外，創世紀、奧瑞金、大北農、中國種子集團等一批創新型生物育種企業先后誕生并迅速成長，成為我國現代種業發展進步的重要標志。

3 當務之急是推進重大專項研究成果的產業化

我國轉基因作物育種研究始于20世紀80年代，幾乎與國際同步，經過20多年的努力，已獲得一批研究達到國際先進水平、安全性完全有保障、產業發展潛力巨大、可以沖擊國際技術前沿并與國外公司抗衡的研究成果。但令人遺憾的是，近年由于受到“轉基因安全”爭議的負面影響，沒有及時決斷將這些成果推向應用，除抗蟲棉外國內沒有批準任何大宗轉基因作物生產應用，我國轉基因生物育種的產業化至少被推遲了10年！然而，不進則退，產業化的滯緩必然導致科技競爭力的下降，我國農業生物技術研究曾一度進入國際前列，但近年整體研發水平與美國的差距重新拉大，發展速度與應用面積竟落到巴西、阿根廷、印度等發展中國家之后?？萍几偁幍匚坏南魅踝罱K也導致農業對國際市場整體依賴程度不斷增加，難以阻擋國外轉基因作物產品大舉進入，以致部分農產品市場陷入了受制于人的被動局面。更加令人堪憂的是，在國內科學啟蒙缺乏的社會環境下，原本屬于科學技術范疇的“轉基因安全”問題近年竟被少數人利用、扭曲和妖魔化，以致社會輿論一度為非理性思維方式所左右，不少公眾因對轉基因知識缺乏了解而感到困惑甚至產生虛幻的恐懼，轉基因育種產業化因此陷入了難以突破的困境。

習近平總書記在2013年中央農村工作會議上就我國現代農業發展和糧食安全問題發表了重要講話，其中明確指出：“要大膽創新研究，占領轉基因技術制高點，不能把轉基因農產品市場都讓外國大公司占領了”［12］。這一講話重申了我國政府支持轉基因技術發展的戰略決策，指明了轉基因育種實現產業化的大方向，對于統一各級領導思想、增進公眾科學認知、進一步調動科技人員研發積極性具有重要的指導作用。

國內外實踐已充分證明，轉基因技術發展已勢不可擋，全面實現產業化只是時間問題；加快推進有利于搶占市場先機和技術制高點，延誤時間只會坐失良機而付出更大代價。當前唯有盡快突破轉基因認識誤區和發展困境，推進國家重大專項轉基因育種研究成果的產業化才能加快農業科技創新，實現農業發展方式的轉變。

4 加快推進轉基因作物產業化的思考與建議

根據國內農業生產發展的緊迫需求和轉基因技術與市場競爭現狀，近期可選擇主要用作飼料、轉基因安全確有保障的植酸酶玉米和抗蟲玉米作為產業推進的突破口。建議采取以下措施：

4.1 對不適應發展需要的管理規則和程序進行必要調整和修訂

目前國內轉基因管理依照的是2001年國務院頒布實施的《農業轉基因生物安全管理條例》。當時制定這一法規的背景之一是我國轉基因獨立研發能力還不強，為限制國外產品進入和壟斷國內市場。審批管理程序十分繁瑣，某些方面甚至比國外還要嚴格。例如，條例中有關安全性評價田間試驗包括至少需時4年的中間試驗、環境釋放、生產試驗和安全證書等4個審批環節，而美國等發達國家僅有環境釋放一個步驟。又如，除長達數年的安全性審批外，我國還要求產品應用前必須依照《種子法》規定，像常規品種一樣完成至少3年的品種審定程序。而國際通行做法是安全評價與生產許可同步進行，一步到位。即便如此，國內種子管理部門迄今并沒有出臺與安全管理銜接的轉基因作物品種審批辦法，致使國內近年研發的許多成果走上“斷頭路”，根本無法轉化為產品推廣應用，這個問題已成為產業發展的主要瓶頸。建議盡快修訂現行管理辦法，簡化和加快安全審批進程，切實做好轉基因安全評價與品種管理的協調和銜接。對已獲得安全證書、以國家或省市審定品種為基礎回交轉育、具有準確分子標記的轉基因品種，可不必重新進行品種審定，而以“品種認定”方式準予種植推廣。這樣做既能加強監管、確保安全，又能加快成果轉化。

4.2 制定轉基因玉米產業化推進規劃

目前玉米產量和種植面積均已超過水稻成為我國第一大作物。近年玉米生產保持波動性增長態勢，2014年總產已達到2.15億t。然而，由于養殖業和工業發展迅速，飼料用糧和工業加工用糧剛性增長，玉米供不應求的矛盾日趨突出，進口已呈逐年遞增，難以遏制之勢。國內近年玉米總產雖然逐步增加，但主要靠的是擠占其它作物種植面積而非本身單產水平的提高。若要填補或縮小玉米供求的缺口，實現玉米基本自給，唯有通過提高單產來增加總產，這將是今后一個時期我國保障糧食安全，避免重蹈大豆進口覆轍所面對的最大挑戰。

建議重點針對飼料用植酸酶玉米和抗蟲玉米兩大成果，進一步圍繞技術成熟度、技術風險預測、安全評價進程、品種審定程序、知識產權地位、國內外競爭力、產學研結合現狀、經濟社會生態效益等要素逐一進行考察分析，制定切實可行、推進產業發展的“路線圖”和“時間表”，下決心在3-4年內實現產業化突破。在此基礎上繼續努力，2020年后有望達到較大種植規模。據保守估計，玉米單產若能提高20%，總產年增可達4 000萬t以上，可望有效緩解國內玉米供求矛盾。

4.3 加強轉基因科普宣傳和輿論引導

近年來相關單位組織科技人員做過不少轉基因科普宣傳工作并取得了一定成效，但由于工作多處于自發和分散狀態、覆蓋面小、缺乏力度和長遠規劃，沒有經費保障，總體上仍沒有擺脫被動局面。當前，加強轉基因科普宣傳已直接關系到我國創新驅動發展戰略能否貫徹落實，具有特殊的重要性和緊迫性。建議政府管理部門和中國科協加大對于轉基因科普宣傳的指導和必要的支持；宣傳部門應堅持不懈地、旗幟鮮明地進行社會輿論的正面引導，清理整頓網絡媒體上有關轉基因的各類謠言和不實信息；科學界應進一步加強與公眾和媒體進行溝通交流，更多擔當起傳遞科學正能量的歷史責任。

加強轉基因科普宣傳、推進轉基因創新研究和產業化三者間緊密相關，相輔相成。從某種意義上講，積極推進轉基因成果轉化當前尤為重要和迫切。不推進產業化無法真正激發自主創新活力和引導研究工作的不斷深入；不推進產業化也不能讓社會和老百姓真切了解和感受新技術帶來的好處，科普宣傳也難收到實效。因此，應結合轉基因育種研究和產業化推進，開創科普宣傳工作的新局面。

［1］ 鄧小平. 鄧小平文選［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］ 國務院. 國家中長期科學和技術發展規劃綱要（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］ 萬建民, 黎浴. 高效、安全、規?；D基因技術：機會和挑戰［J］.中國農業科學, 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］ 習近平. 2013年12月23日在中央農村工作會議上的講話［G］.十八大以來重要文獻選編, 北京： 中央文獻出版社, 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

黃大昉，研究員，研究方向： 植物病蟲害生物學與農業生物技術；E-mail： dfhuang@ippcaas.cn