全球轉基因作物發展演變與趨勢

楊樹果

(1.東北農業大學 經濟管理學院，哈爾濱 150030； 2.黑龍江八一農墾大學 經濟管理學院，黑龍江 大慶 163319)

自1971年第一個轉基因生物被開發以來，農作物基因工程無論是在科學工作者之間還是社會大眾之間一直是一個充滿爭議的話題，爭論的焦點也從轉基因的經濟效應、生態環境風險、人體健康風險逐漸轉移到糧食安全、知識產權及社會政治倫理等多個方面。盡管如此，在過去近50年里，轉基因作物還是獲得了空前發展。從學術界對全球轉基因作物發展的研究來看，主要成果集中在全球轉基因作物商業化種植，轉基因技術的經濟和環境影響，主要國家轉基因作物的種植情況等。于滔等[1]對1996—2018年全球轉基因作物商業化種植情況進行了概述，認為轉基因作物因其安全、可持續和高收益，預計未來會被更多的國家批準種植，種植面積也必將繼續增大，未來基因編輯技術將成為轉基因作物育種的常規技術；Clive James和國際農業生物技術應用服務組織(ISAAA)自2008年開始，連續12年(2007—2018年)發布全球轉基因作物商業化發展態勢，介紹當年全球轉基因作物的商業化種植狀況[2-13]，最新的研究認為全球對轉基因作物應用的增長可以證明轉基因作物不僅在農業、社會經濟和環境方面均產生良好收益，而且提高了食品安全水平、改善了營養水平，以科學為基礎，采取謹慎的、前瞻性的監管措施，批判性地看待效益而不是風險，從環境保護和可持續發展的角度關注農業生產力[13]；Brookes[14]概述了1996—2012年生物技術對全球農業產生的經濟和環境影響，分析結果表明，轉基因技術在農場的應用產生了非常顯著的經濟收益，對全球主要農作物的生產水平提高做出了貢獻；在關鍵的環境影響因素方面，減少了殺蟲劑和除草劑的使用，顯著降低了農業地區溫室氣體的排放；Martina[15]分析了美國2014年轉基因作物的種植面積、性狀表現及研發情況，認為農業生物技術幫助農民提高農作物產量，改善土地的生態狀況，同時可以提高資源的利用效率，過嚴監管政策、有組織的造謠惑眾、資源缺乏等會限制其潛力的發揮。

綜上所述，既有研究對于了解全球轉基因作物商業化種植的基本情況及其經濟和環境收益等提供了一定參考，但對于人們普遍關注的商業化種植前的試驗和審批，以及那些不種植轉基因作物的國家轉基因產品利用情況的研究并不多見。因此，本研究將拋開經濟效應、生物安全、人類倫理等各種爭議的觀點，只是依據國際農業生物技術應用服務組織(ISAAA)的數據[16-37]，從轉基因作物的田間試驗、獲準商業化、商業化種植、進口等方面系統梳理了全球轉基因作物的發展演變，旨在客觀地展示1986年第一次轉基因作物田間試驗以來幾十年的全球轉基因作物發展狀況，以期提供一個全球轉基因作物發展演變的全局性概貌，并展望未來轉基因作物的發展趨勢。

1 全球轉基因作物田間試驗

以商業化獲批為標志，全球轉基因作物發展大體上可分為兩個階段，1986—1995年的商業化前的田間試驗階段和1996—2018年的商業化發展階段。

1.1 1986—1995年的商業化前的田間試驗階段

在1996年轉基因作物商業化種植之前，出于生物安全的考慮，各國政府開始制定轉基因作物田間試驗的法規來評估其潛在風險。1986年美國和法國首次對轉基因作物進行了田間抗除草劑試驗，并將其作為煙草的標記基因。比利時、英國和智利于1987年緊隨其后開始轉基因作物田間試驗，到1990年有10個國家進行了轉基因作物田間試驗。而到1995年則發展為34個國家、56種轉基因作物、6種性狀已經進行了田間試驗。十年中累計試驗次數達到3 647次，其中90%以上的田間試驗是在發達國家進行的(表1)。

從1986—1995年進行轉基因田間試驗的作物來看，主要是玉米、油菜、馬鈴薯、番茄、大豆、棉花等8種作物，其中玉米田間試驗數量最多，達1 024次試驗，占8個主要作物試驗總數的33%(表2)。

從1986—1995年轉基因作物田間試驗的性狀來看，耐除草劑性狀試驗數量最多，達1 405次試驗，占34%，其次是品質(20%)、抗蟲性(18%)、抗病毒(11%)等(圖1)。

1.2 1996—2018年的商業化發展階段

1996年首例轉基因作物獲準商業化后，各國的研究機構和技術產業開發商們紛紛開展了各種轉基因試驗，1996—1997年開展了約10 000次田間試驗，其中大多數試驗來自北美的美國(57%)和加拿大(15%)。轉基因作物田間試驗中最常見的作物是玉米、番茄、大豆、油菜、馬鈴薯和棉花，最常見的性狀依然是除草劑耐受性、抗蟲性、品質和病毒抗性。1998年在中國進行了抗蟲水稻試驗，在澳大利亞進行抗蟲和耐除草劑的小麥田間試驗；尚未商業化種植轉基因作物的日本已經完成了16個作物/性狀組合的田間試驗，包括10種作物(番茄、矮牽牛、水稻、煙草、大豆、油菜、康乃馨、玉米、棉花和甜瓜)、6個性狀(3個病毒抗性、抗蟲性和除草劑耐受性的輸入性狀，3個番茄延遲成熟、康乃馨的保質期和水稻低過敏源的品質性狀)。1999年在非洲的肯尼亞開始了第一個甘薯田間試驗。2002年中國對50種植物和120種功能基因進行了生物技術研究，并且已經批準了45種轉基因作物用于田間試驗，65種用于環境釋放。2005年中國已經有十多個轉基因作物進行了田間試驗，包括三大主糧作物——水稻、玉米和小麥，以及棉花、馬鈴薯、番茄、大豆、卷心菜、花生、甜瓜、木瓜、甜椒，辣椒，油菜籽和煙草[25]。截至2006年，中國已經批準了20種作物211次田間試驗[28]。2008年在印度10個轉基因作物進行了田間試驗，有茄子、卷心菜、蓖麻、菜花、玉米、落花生、黃秋葵、馬鈴薯、水稻和番茄[28]。截至2012年10月，在南非進行了玉米(抗旱、抗旱/抗蟲、雄性不育，育性恢復，直觀標記)、棉花(抗旱/抗蟲)、甘蔗和木薯(糖的變化)4種作物、6個性狀的田間試驗[32]。2016年，在澳大利亞、新西蘭、英國、歐盟、馬拉維、烏干達、印度、菲律賓和孟加拉國等國開展了香蕉、小麥、甘蔗、水稻和黑麥草等十幾種轉基因作物、十幾個性狀的田間試驗(表3)。

表1 1986—1995年全球轉基因作物田間試驗數量分布情況Table 1 Number of transgenic crop field trials worldwide 1986—1995

表2 1986—1995年全球最常見轉基因作物試驗情況Table 2 Most frequent crops of transgenic crop field trials worldwide 1986-1995

圖1 1986—1995年全球轉基因作物最常見的 性狀類別田間試驗情況Fig.1 Most frequent trait categories of transgenic crop field trials worldwide 1986-1995

2 全球轉基因作物獲準商業化生產

轉基因作物獲準商業化生產極大地推動了全球轉基因作物的發展。中國是世界上第一個批準商業化種植轉基因作物的國家，1992年中國獲準轉基因煙草種植，種植面積約40 hm2，主要用于商業用種。1994年美國食藥管理局批準全球第一個食用轉基因作物——延遲成熟番茄進入商業化生產。截至2017年，全球共有498項次獲批。自2008年開始，復合性狀獲批數超過單一性狀獲批數，并在2013年達到峰值，2017年復合性狀獲批數占70.8%。4 133 份申請獲批的轉基因作物主要是食物類、飼料類和其他類，其中食物類1 995份(48.5%)、飼料類1 338份(32.38%)和其他類800份(19.36%，不包括對康乃馨、玫瑰、矮牽牛等觀賞植物的批準)[37]。

表3 2016年公共部門田間試驗的作物和性狀Table 3 Crops and traits under field testing by the Public Sector in 2016

表3(續)

2.1 批準轉基因作物商業化的國家

1992—2017年共有40個國家(歐盟28國計為一個國家)批準轉基因作物的商業化種植[17]。1992年至1996年7月1日，7個國家(6個+歐盟)共有35項轉基因作物的商業化申請獲批，其中美國批準了20項(57%)，加拿大批準了8項(22%)，中國和澳大利亞各批準了2項，阿根廷、墨西哥和歐盟各批準了1項[16]。1996—2017年，美國仍是批準轉基因作物商業化數量最多的國家，在主要國家的1 314項申請中，美國批準了196項(14.92%)，加拿大177項(13.47%)、墨西哥170項(12.94%)、澳大利亞129項(9.82%)和歐盟104項(7.91%)(表4)。

2.2 獲準商業化的作物種類分布

從獲批的商業化作物種類來看，截至2017年，29種作物被批準。其中1992年至1996年7月1日，8種轉基因作物獲準商業化，其中主要是玉米8項(23%)，番茄和油菜各5項(14%)、棉花4項(11%)、馬鈴薯3項(9%)、大豆、煙草和康乃馨各2項(5%)，南瓜1項(ISAAA，1996)；1996—2017年，29種轉基因作物被批準，其中玉米仍是獲批最多的作物，獲批539項(41.02%)，棉花229項(17.43%)、大豆200項(15.22%)、馬鈴薯109項(8.3%)、油菜106項(8.07%)及其他24種作物131項(9.97%)(圖2)。

2.3 獲準商業化的作物性狀分布

從獲準商業化的作物性狀來看，1992—1996年，均為單一性狀，其中抗除草劑獲批13項(40.6%)，抗蟲性8項(25.0%)、延遲成熟番茄6項(18.8%)，病毒抗性3項(9.4%)和品質性狀2項(6.3%)。1997年復合性狀獲批，抗除草劑獲批數占36%，復合性狀(包括抗蟲/抗除草劑和雜交技術/抗除草劑2個性狀)占20%，抗蟲性占15%、病毒抗性占10%、品質性狀19%。2017年，復合性狀的商業化占一半以上(51%)，其中抗除草劑/抗蟲占40%，抗除草劑/授粉控制占6%，抗除草劑/品質和抗蟲/抗病各占3%和2%(圖3)。

數據根據國際農業生物技術應用服務組織(ISAAA)，2017資料整理。表4、圖3和表8同。 Data are adapted from ISAAA, 2017. The same in Table 4, Fig.3 and Table 8.圖2 1996—2017年獲準商業化的轉基因作物種類分布Fig.2 Distribution of crop categories of approved GM events 1996-2017

3 全球轉基因作物種植

全球轉基因作物自1996年開始大面積商業化種植以來，從最初的6個國家增加到30多個國家，作物種類也擴大到10多種，種植面積從1996年的280萬hm2增加到2018年的1.92億hm2，擴張了68.6倍(圖4)。

3.1 轉基因作物種植區域分布

從種植區域分布來看，轉基因作物商業化初期，發達國家是轉基因作物種植的主要區域，1998年面積占比高達84.2%，但此后所占比重呈下降趨勢，因為發展中國家的轉基因作物種植面積迅速擴張，2011年發展中國家與發達國家的轉基因作物面積持平，2012年以后發展中國家的轉基因作物種植面積一直超過了發達國家，并于2014年后二者占比相對穩定。2018年，有26個國家種植轉基因作物，其中發達國家5個，面積約占46%，發展中國家21個，面積約占54%(圖4)。

表4 1996—2017年主要國家批準轉基因作物商業化情況Table 4 Global status of approved commercialized biotech/GM crops 1996-2017

表4(續)

復合性狀包括抗除草劑/抗蟲、抗蟲/抗病、抗除草劑/品質和抗除草劑/授粉控制。 Stacked traits include HT/IR, IR/DR, HT/PQ and HT/PC(HT, herbicide tolerance; IR, insect resistance; DR, disease resistance; PQ, modified product quality; PC, pollination control)圖3 2017年獲準商業化種植的轉基因作物性狀分布Fig.3 Distribution of traits of approved GM events in 2017

從國別看，美國一直是世界上轉基因作物種植面積最大的國家，占比最高時曾占全球轉基因作物總面積的73.7%(1998年)，最低也在39%以上(2015—2017年)；其次是巴西、阿根廷和加拿大(表5)。

2018年，美國、巴西、阿根廷和加拿大四國合計的轉基因作物種植面積占全球轉基因作物總面積的85.0%。美國轉基因作物種植面積達7 500萬hm2，占全球轉基因作物總面積的39.0%，轉基因作物中面積占比為大豆45.4%、玉米44.2%、棉花6.8%、苜蓿1.7%、油菜1.2%、甜菜0.7%，以及1 000 hm2的木瓜、南瓜、馬鈴薯和蘋果。巴西轉基因作物種植面積5 130萬hm2，占全球轉基因作物總面積的26.8%，主要轉基因作物中大豆68.0%、玉米30.0%、甘蔗7.8%和棉花2.0%。阿根廷轉基因作物種植面積2 390萬hm2，占全球轉基因作物總面積的12.5%，其中大豆75.3%、玉米20.9%和棉花1.5%。加拿大轉基因作物種植面積1 275萬hm2，占全球轉基因作物總面積的6.7%(表5)。

數據根據國際農業生物技術應用服務組織(ISAAA)，1997—2018資料整理。表6和表7同。 Data are adapted from ISAAA, 1997-2018. The same in Table 6 andTable 7.圖4 1996—2018年全球轉基因作物種植面積Fig.4 Global area of biotech crops from 1996 to 2018

3.2 轉基因作物種植品種分布

1996年轉基因作物商業化初興時，以轉基因煙草面積最大，達100萬hm2，占全球轉基因作物總面積的35%；其次是棉花(80萬hm2，28.6%)、大豆(50萬hm2，17.9%)；剩余約20%是玉米(10%)、油菜(5%)、番茄(4%)和馬鈴薯(不到1%)。自1997年起，大豆就一直是全球種植面積最大的轉基因作物，面積從1997年的510萬hm2增加到2018年的9 590萬hm2，占全球轉基因作物總面積的比重也從39.8%上升為50%，2001年曾高達63.3%。其次是玉米，同期面積從320萬hm2增加到5 890萬hm2，占比從25%上升到30.7%；棉花面積從140萬hm2增加到2 490萬hm2，占比基本維持在10%～15%；油菜面積雖從120萬hm2增加到1 010萬hm2，但占比呈下降趨勢，從10.9%下降到5.3%(表6)?？傮w上看，大豆、玉米、棉花和油菜是全球最主要的轉基因作物，本世紀以來這4項合計在轉基因作物總面積中的每年占比都在98%以上。

表5 2018年全球各國家轉基因作物種植情況Table 5 Global area of biotech crops in 2018 by country 106 hm2

表6 1996—2018年度全球主要轉基因作物品類面積分布Table 6 Globle area of biotech crops by major crop categories 1996-2018

3.3 轉基因作物性狀分布

在轉基因作物商業化的20多年里，抗除草劑性狀一直是全球轉基因作物的主導性狀，種植面積從1996年的60萬hm2增加到2018年的9 920萬hm2，同期占比也從21.4%上升到46.0%，最大面積曾到達1.02億hm2(2014年)，最高占比曾達到77.2%(2001年)?？钩輨┬誀钪饕植加诖蠖埂⒂衩?、油菜、棉花和苜蓿等作物中。抗蟲性狀曾是排名第二的性狀，面積從1996年的110萬hm2增加到2017年的2 330萬hm2，最大面積曾達到2 880萬hm2(2014年)，但占比卻從1996年的39.3%下降到2017年的12.3%，降至第三名，主要原因是全球棉花價格的變動導致全球轉基因棉花面積的減少，尤其在中國、印度和阿根廷。復合性狀現在已經是排名第二的性狀，作物面積從1998年的30萬hm2增加到2018年的8 080萬hm2，占比也從1.1%上升到42%(表7)，這一性狀主要分布于棉花、大豆和玉米，其面積的增加主要來自阿根廷、巴西和巴拉圭的大豆(IntactaTM)，巴西、阿根廷和美國的玉米，以及澳大利亞、巴西和美國的棉花。

表7 1996—2018年度全球轉基因作物性狀面積分布Table 7 Globle area of biotech crops by trait 1996-2018

4 轉基因產品進口

在全球范圍內，允許種植轉基因作物的國家和地區也允許進出口轉基因產品，但有些國家和地區雖不允許種植轉基因作物、但允許進口轉基因產品。自1996以來，共有44個不種植轉基因作物的國家或地區(16個國家+中國臺灣+歐盟26國)批準進口轉基因產品，涉及大豆、玉米和棉花等13種轉基因產品種類。日本是批準進口轉基因產品種類最多(11種)的國家。

在批準進口的轉基因產品中，進口玉米的國家數量最多，有15個國家或地區，其次是大豆(12個)、棉花和油菜籽(各有8個國家和地區)(表8)。

5 結論與展望

5.1 結論

綜合上面的數據分析可以看出，自轉基因作物田間試驗30多年及轉基因作物商業化20多年來，全球轉基因作物呈現以下發展特點和趨勢：

第一，全球轉基因作物獲得了快速發展并呈現出持續發展態勢。轉基因作物種植面積、轉基因作物種類和種植區域不斷擴大，轉基因性狀日益增多，1996—2018年，種植轉基因作物的國家從最初的6個增加到30多個(期間有個別國家退出種植)，作物種類也從7種擴大到10余種，種植面積從280萬hm2增加到1.92億hm2，轉基因作物性狀從早期抗除草劑、抗蟲、抗病毒、品質特性、授粉控制等單一性狀發展到抗除草劑/抗蟲、抗蟲/抗病、抗除草劑/品質和抗除草劑/授粉控制等多種組合的復合性狀。預計未來轉基因作物面積將繼續擴大，作物種類將繼續豐富，種植的國家也將繼續增加，復合性狀越來越成為轉基因作物的主導性狀。

表8 1996—2017年準許進口轉基因產品的國家和地區Table 8 Non-planting countries which granted approvals for import (food, feed, and processing) 1996-2017

第二，全球各個國家在轉基因作物的種植和應用過程中態度審慎，監管制度將日趨完善。轉基因作物從第一次田間試驗到獲準商業化經歷了6年，從獲準商業化到大面積商業化種植經歷了4年，獲準商業化的29種作物中，目前實際種植13種作物(期間有些作物種類沒有持續種植)，且各國對新的轉基因作物品種或新的性狀的田間試驗從未停止過，試驗頻次高、試驗范圍廣的轉基因作物獲準商業化的數量和商業化種植的面積越來越大，且獲準商業化履行審批程序越來越嚴格。隨著全球一體化的發展，以及世界各國在各領域合作的深化，對于轉基因作物的全球協同一致的監管將日趨完善。

第三，轉基因作物和產品的接受度越來越高，并呈現出一種不可阻擋的趨勢。接受轉基因作物或產品的國家和地區不斷增多，目前有70個國家和地區接納轉基因作物或產品，其中有26個國家和地區允許種植轉基因作物，44個國家和地區不種植轉基因作物但進口轉基因產品，轉基因作物的應用也從種植擴展到糧食、飼用和加工等領域。支持轉基因作物和產品的主要群體不僅來自自然技術(尤其生物技術)領域的專家，還有眾多的農民，巴西在法律允許種植轉基因作物之前，轉基因作物的非法種植已經非常普遍[38]。2013年巴西批準轉基因作物商業化種植后短短幾年，已經成為全球第二大轉基因作物國家。目前日本雖不種植轉基因作物，但北海道的農民已經通過日本農業科學院提交請愿書的方式表達了他們打算進行RR?甜菜田間試驗的意向。

5.2 展望

當前，全球轉基因作物的快速發展已顯現出較好的經濟效應，1996—2016年，轉基因作物累計增產6.576億t(其中主要是糧食作物)，這在一定程度上滿足了不斷增長的全球人口對糧食安全的需求，轉基因作物種植國共獲得經濟效益1 861億美元[37]?？梢灶A見，一方面，轉基因作物性狀改變將是發展潛力所在，復合性狀將成為未來轉基因作物的主導性狀，“黃金大米”等品質性狀的改變預示著轉基因作物更大的發展潛力，未來如果產量性狀改變時，將給予轉基因作物更大的推進動力；另一方面，生物安全制度和政策的改善和強化、轉基因知識的進一步普及將改善轉基因作物發展的意識環境。有理由相信因為技術優勢、經濟優勢、安全提升和科學普及，轉基因作物將被更多的人群接受。