轉基因種子質量控制及認證初探

李 莉 易紅梅

（1 中國農業大學農學院/種子科學與技術研究中心，北京100193；2 北京市農林科學院玉米研究所，北京 100097）

種子質量是品種所具備的基本屬性，包括品種特性和種用特性兩方面。品種特性包括了品種的高產、穩產性，優質性、多抗性及適于機播性等，品種特性是一個新品種所具備的，也是國家品種審定所依據的主要屬性；而種用特性往往指種子的凈度、芽率、種子均勻度、水分、抗逆萌發能力、種子帶菌率等，種用特性作為種子使用的播種特性。前者體現在遺傳品質上，主要由內部遺傳因素控制；而后者主要受外部的種子生長環境條件、種子收獲方式、加工貯藏方式等系列條件所控制。種子認證是為了更好地保障種子質量，規范種子生產及使用過程，保證種子全程溯源、信息可追溯、質量可靠。種子認證是由第三方依據程序通過品種認可、過程控制、驗證等方式來確認種子批從遺傳水平及物理性狀上符合種子認證方案的要求，從而發放種子認證證書和認證標簽[1]。種子認證制度起源于歐美發達國家，以19 世紀國際經合組織（OECD）為首建立的種子認證體系在國際上最具影響力。種子認證制度是發達國家控制種子質量的主要途徑，是種子流通的質量認證體系[2]。建立種子認證制度是提升我國種子質量、推動種業高質量發展的重要手段[3]。截至2019 年已有61 個國家參加OECD 種子認證，認證作物種204個，涉及品種62000 個[4]。

種子認證制度的出現，能夠有效解決農戶對種子質量信息掌握不完全的問題，避免農業生產遭受較大損失；能夠解決種質混淆和品種退化的問題，加速改良品種的選育、生產和推廣，提升我國種子的國際競爭力[5]。轉基因作物產業化是趨勢，也是我國勞動力轉移、農業機械化、農資投入成本過大等因素推動的必然。國外多數農作物都以轉基因為主，因此不需要對轉基因產品獨立認證，現有完善的認證制度即可滿足。但我國對轉基因作物種子的認證制度還沒有建立健全，目前現有的種子認證制度僅適用于非轉基因作物，以玉米、大豆為主的轉基因產品正逐步商業化推廣，國家急需建立一套完善的轉基因種子認證系統，來規范轉基因產品有序進入市場。

1 我國種子認證工作的發展

我國種子認證工作始于1996 年，《農作物種子質量認證方案（試行）》作為認證試點種子的標準，率先在河北、安徽、四川、湖南和山西省開展試點。2000 年的《中華人民共和國種子法》頒布施行標志著我國對種子行業的市場規制進入法治化的道路，品種審定制度是國家和省級農業主管部門對種子行業進行規范化管理，保障種子育種者和消費者合法權益的重要制度[3]。2002 年國家和省級農業主管部門組織人員對中國農作物種子質量認證方案進行了全面修訂。新法案分為《農作物種子質量認證管理試行辦法》《農作物種子質量認證試驗方案》《農作物種子質量認證和認證標志管理試行辦法》《農作物種子質量認證文件管理指南》《農作物種子質量認證實施管理指南》等5 項標準或規范。2016 年修訂的《中華人民共和國種子法》全面實施，確立了“自愿性種子質量認證制度”，開辟了我國種子質量認證新模式。自2017 年以來，全國農業技術推廣服務中心組織相關省份開展了種子質量認證項目試點示范，省種子管理站監測和指導試點企業的種子生產、加工和包裝的全過程，由試點作物優勢種子企業承擔試點示范任務。截至2019 年，我國種子認證試點省份和作物范圍已經擴大到17 個省的超過30 家企業的12 種以上作物，試點示范面積超過1100hm2[3]，同年底，我國建立了相對完整的種子認證體系草案，并于2020 年開始實施。

2 我國轉基因產業化發展背景

受國際形勢和極端天氣等多重因素的影響，國家糧食安全問題不容忽視。2021 年2 月22 日在國務院新聞辦公室舉行的發布會上，農業農村部副部長張桃林介紹：我國玉米和大豆單產不足美國的60%[6]。加之我國機械化程度低，限制了耐密高產品種的推廣，這種差距會愈加明顯。由于我國大豆、玉米缺口較大，進口依賴度較高，本土大豆和玉米產量在各種病蟲害泛濫時得不到保障，因此，在種植的過程中，轉基因技術的穩產優勢也不斷凸顯出來，轉基因技術作為全球發展速度最快、應用最廣泛的現代生物技術，對于搶占科技制高點意義重大[7]。轉基因作物從1996 年開始商業化種植后，種植面積從最初的百萬公頃直接上漲到現在的近兩億公頃，30 個國家先后批準了轉基因作物的商業化種植。我國轉基因棉花品種應用已非常廣泛，截至2019 年末，共育成轉基因抗蟲棉新品種176 個，累計推廣3133.3 萬hm2（4.7 億畝），減少農藥使用量70%以上，國產抗蟲棉市場份額達到99%以上[8]。除了棉花，轉抗病毒基因的木瓜也是我國較早允許轉基因商業化種植的作物。我國消費量最大的轉基因農作物是大豆，美國、巴西等美洲地區成為了我國大豆的主要進口源。為了減少對農作物進口的依賴性，保障糧食安全，我國率先在玉米、水稻和大豆這三類主糧作物中頒發了安全證書，但這三類主糧作物的轉基因商業化種植還需要一定的過程，且需要完善的市場監管體系。研究轉基因種子認證技術，實現轉基因種子溯源及快速檢測技術的發展，是我國轉基因產業化的保障。

3 我國轉基因試點及認證研究

3.1 我國轉基因玉米、大豆產業化試點的發展我國轉基因試點工作于2021 年開始試行，為解決農業生產中面臨的草地貪夜蛾和草害問題，我國對已獲得生產應用安全證書的耐除草劑轉基因大豆和抗蟲耐除草劑轉基因玉米開展了產業化試點[9]，最初是在2 個省5 個縣的特定試驗田進行性狀的驗證。2022 年6 月農業農村部發布了《國家級轉基因大豆品種審定標準（試行）》和《國家級轉基因玉米品種審定標準（試行）》，并在20 個左右品種中試運行，3 個省的6 個縣開展了6667hm2（10 萬畝）轉基因種子的制種驗證[9]，轉基因的推動處于“政府會管，農民會種”的階段。2023 年全國農業技術推廣服務中心開設了轉基因玉米和大豆品種國家統一試驗，優先獲得轉基因安全證書的玉米在我國的河北、吉林、內蒙古、云南、四川5 個省的20 個縣正式試種[9]，并在甘肅張掖甘州區試點了4000hm2（6 萬畝）的轉基因玉米制種。試點工作已經覆蓋了6 個省21 個縣26.67 萬hm2（400 萬畝），涵蓋18 個玉米和11 個大豆品種，此時轉基因產業化的發展處于“企業會推”的階段。根據全國農業技術推廣服務中心調研結果顯示，轉基因玉米、大豆抗蟲耐除草劑性狀表現突出，對草地貪夜蛾等鱗翅目害蟲的防治效果在90%以上，除草效果在95%以上，轉基因玉米、大豆可增產5.6%～11.6%[10]。轉基因玉米品種開設了東華北中早熟春玉米組、東華北中熟玉米組、

東華北中晚熟春玉米組、黃淮海夏玉米組、西南春玉米組5 個試驗生態區組。轉基因大豆品種開設了北方春大豆早熟組、北方春大豆中早熟組、黃淮海夏大豆北片組、黃淮海夏大豆南片組以及長江流域夏大豆早中熟組5 個試驗生態區。2023 年大豆試點面積6667hm2（10 萬畝），其中包括約667～1333hm2的繁種，由于大豆是雌雄同花自交作物，不同于玉米需要單獨選取隔離區進行父母本雜交制種，其轉基因種子生產基本都在推廣試點附近，自交繁種即可。申請品種試驗需提交國家主要農作物品種審定申請書、品種選育報告、品種比較試驗或預試驗報告、轉化體相關信息（基因信息及轉化體特異性檢測方法）、轉化體所有者許可協議、農業轉基因生物安全證書、轉基因品種目標性狀與轉化體特征特性一致性檢測報告（有資質的檢測機構出具）、受體品種權人許可或合作協議（面向非受體品種育種者）以及申請材料真實性承諾書。

3.2 轉基因種子試點中發現的問題

3.2.1 回交轉育階段（1）轉母本還是父本的問題。目前大多獲得安全證書的轉基因產品，也都是在原有品種基礎上增加了抗性基因，因此轉化體和雜交種親本的回交轉育是關鍵。對于監管部門來說，轉化體和母本回交，將帶有的目標基因導入到母本更為合理可控。以雜交種制種作物玉米為例，如將外源抗性基因導入父本，就意味著風力、蟲媒、人為等有可能導致花粉漂移的因素是不可控的，所以無法控制外源基因的擴散。然而，對于制種企業來說，由于監管特殊，轉基因親本種子繁殖受限多，相對來說種子較為寶貴，作為母本使用用種量大，成本高。（2）回交代數的問題。通過轉基因回交轉育，在不改變原有遺傳背景的基礎上將目標基因快速導入雜交種親本之一，是回交選育的關鍵。雖然沒有明確回交代數的要求，但在純度或真實性方面，要求還是基于現有的國家標準，如玉米采用40 對SSR分子標記進行篩選，要求差異位點≤2 個才算回交轉育合格。此外，回交代數取決于供體和受體之間遺傳背景的差異，差異越小，需要的回交代數就越少，有些供體和受體之間本就親緣關系較近，屬于姊妹系或實質性派生系，可能回交1～2 代就能達到純合。對于常規玉米親本回交轉育過程，一般6～7 代就能達到98%的恢復率，意味著純度基本一致，但實際上剩下的2%的片段可能還會產生變異，嚴格意義上仍需繼續回交。回交轉育代數不夠，導致被轉親本中部分遺傳背景還是轉化體（或轉基因受體親本片段），后期會因背景不純而導致親本繁殖過程中個體在某些農藝性狀上的分離，如株高參差不齊、花藥顏色不同、雄穗穗型各異等問題。

（3）轉育質量的問題。回交轉育質量也是轉基因商業化種植、試點過程中被關注的問題。回交轉育過程中可能存在污染，如一次回交轉育會面臨2～3個轉化體而不僅僅是1 個轉化體，因每個轉化體代表一個轉基因事件，即便是轉同一基因的同一個載體，其導入到基因組中的位置、表達強弱都是不同的，這個時候就會出現回交轉育質量問題。其次，連續的回交轉育，結合基因型篩選，最終獲得的被轉目的基因位點雜合類型（以Aa 表示）個體，通常被轉抗性基因均為顯性，因此需將具有抗性的雜合類型Aa 個體自交一代，結合表型篩選和基因型鑒定獲得純合、顯性抗性個體（AA），如果田間表型或基因型鑒定不夠準確，錯將分離的Aa 個體選擇，親本繁種時，會有部分不抗的aa 個體分離（占比1/4）。舉例來說，有些農戶明明種植的是轉基因抗除草劑品種，但仍不敢大膽地噴施除草劑，擔心部分種子不攜帶抗性基因。

3.2.2 親本擴繁階段種子純度的問題。按照我國很多種業企業的種子生產操作流程，親本的擴繁往往不是一步到位的。以玉米為例，1 個玉米果穗一次擴繁獲得將近200 個果穗（按玉米1∶200 的繁殖系數計算），一定是每個單株嚴格自交套袋授粉來實現的。僅在親本擴繁的最后階段，比如說下一代要生產雜交種的前一代，才進行姊妹交，亦稱為群內雜交，嚴格控制隔離條件下，只一次開放授粉（相當于親本的混粉自交）。因此，在擴繁前期階段，如嚴格套袋，親本混雜的幾率較小，但最后一步擴繁階段，如果沒有很好的隔離條件，外源花粉飄入就會導致親本種子的混雜。

3.2.3 品種審定階段命名原則問題。目前我國頒發的具有轉基因安全證書的品種命名具有一套不成文的標準，就是在原有品種命名基礎上后綴轉化體來源公司首字母及轉化體名稱。如玉米品種登海605 中轉了大北農的抗蟲或抗除草劑基因，會以登海605DXXX 或登海605DBNXXX 來命名，其中XXX 代表轉化體名稱。如果轉了瑞豐的專利基因，就會以登海605RXXX 來命名，R 代表瑞豐首字母。當然也有摒棄原來名字不用，而重新取名的案例。因此，轉基因產品的推廣必須要有一套完整的溯源體系，有助于監管部門、種子生產者、種子使用者更清楚產品的真實信息。

3.2.4 雜交種一年評估后參試階段參試通道有限的問題。目前我國轉基因審定通道有兩個：一是回交轉育通道，適用于一些已經通過國家或地區審定的品種。如鄭單958，將目標基因通過回交轉育導入親本之一，申請轉基因審定參試可選擇正常的回交轉育通道。二是非回交轉育通道，適用于因種種原因未能審定、或僅在某一特定地區審定，但在將來推廣區域還未審定的品種，以及暫沒有通過審定的新品種。而選擇非回交轉育通道的，其目標基因也是通過回交轉育導入，但可以避開回交轉育參試通道，而申請非回交轉育參試通道。因為基于參加區域試驗的畝數，回交轉育審批通道名額有限，按2022-2023 年2 年官方統計數據分析，每年審定品種大概有120 個左右（中晚熟地區、黃淮海地區、中熟地區大概90 個，西南地區加中早熟地區有30 個左右）。如登海605 在黃淮海地區通過了審定，但在中晚熟地區沒有被審定，就可以在東北區等中晚熟地區選擇申請非回交轉育的審定程序。因此建議某些品種的審定可以換個通道進行快速審批。

3.2.5 雜交種種子生產階段父母本純度質量控制的問題。以玉米為例，普通玉米種子生產過程中的隔離要求中，明確規定了保種圃、原種生產田、自交系大田生產田的空間布局，為了節省隔離區，保種圃應放在生產田的中心位置，周圍布置原種生產田，最外層安排自交系大田用種生產，與其他玉米花粉來源地至少相距500m。采用空間隔離時，生產田與主風向其他玉米花粉來源不小于300m，其他風向玉米花粉來源不小于200m。若采用時間隔離，春播材料的錯期時間應大于25d，夏播材料苗期錯期間隔應大于20d。但實際生產中，又有多少制種企業、制種農戶能完全做到以上隔離條件，目前還不能保證。此時，目標基因轉母本還是轉父本，純度檢測和純度控制所需的工作量也是不同的。

3.2.6 銷售及種植階段種子溯源問題及除草劑的選擇問題。以轉基因抗除草劑產品為例，不同公司推出的、轉不同抗性基因的、不同的轉化體或轉基因事件，在除草劑的選擇上也有一定的爭議，因此在轉基因種子試制種或試推廣過程中，如何選用，選什么牌子的除草劑，以及除草劑的劑量問題等都有待考量。一般來說，目前要求轉基因作物的耐除草劑能力為4×濃度的草甘膦或草銨膦，一般來說每667m2用200mL 的藥劑可以計算為1×劑量（以草甘膦為例，含有效草甘膦酸31%）。此外，草甘膦/草銨膦的包裝、二維碼溯源系統及價值定價都需要進行標準化，以上問題值得管理部門思考。

4 轉基因種子產業化對策

經過1 年的試點研究，轉基因試制種以及產業化推廣遠比想象中的復雜，從轉基因品種培育到性狀穩定，以及轉基因種子生產加工、市場銷售及流通使用等各個環節均需要嚴格的質量把控及監管，本研究就試點過程中的問題提出切實可行的溯源和質量控制措施，以便及時建立完善的轉基因種子認證體系，為轉基因產業化發展提供良好的保障。

4.1 建立完善的種子溯源系統通過二維碼、身份指紋等方式對單個產品或包裝（這里可以是市場上的一包種子、一批種子）賦予“身份證”追溯碼，實現“一物一碼”，對產品或包裝的生產、倉儲、分銷、物流運輸、市場巡檢及消費者等環節進行數據采集跟蹤，實現產品或包裝的生產環節、銷售環節、流通環節、服務環節的全生命周期信息管理（這里一般指轉基因作物的品種信息、轉化體信息、抗性類型、鑒定方法、目標基因的位置信息等）。以保障種業市場中每份流通種子的信息溯源。

4.2 建立完善的種子認證體系有將“農作物種子認證”比喻成是糧食安全的強“芯”劑。種子被譽為農業生產的“芯片”，農作物種子認證制度為中國農業的發展打了一劑強“芯”針。通過檢測和評估種子的基因、純度、活力等指標，優良種子將獲得更高的產量和品質保障，不符合要求的種子會被淘汰，有效避免劣質種子在市場上的流通和銷售，既保護了農民的利益，又減少了生產上的損失。首先，建立完善的種子認證制度，將推動種業的創新和發展。在認證制度的引領下，種業將更注重科技創新和品種選育。其次，隨著認證制度的不斷完善，種業將逐漸轉變傳統模式，形成現代種業體系，為農業發展注入新動力，推動農業現代化進程。農作物種子認證制度的出臺，有助于提升我國種業的國際地位。種子質量已成為農產品競爭力的重要因素之一。轉基因種子認證不同于常規種子，圍繞以上試點中的問題，轉基因種子認證需要從源頭、過程全程追溯。源頭包括目標基因的抗性特點、基因組中插入位置、轉化體類型、目標基因表達情況等進行登記備注。過程控制包括種子生產過程中，轉基因親本的特性，作為父本花粉源的需要注意周圍隔離情況、風向及大小、花粉漂移擴散程度，作為母本源則需考慮土壤肥力、水肥管理措施、授粉后母本果穗的全程監管；轉基因果穗干燥、脫粒、種子加工清選過程中的機械混雜、機械損傷等物理外因對其種子質量的影響；后期轉基因種子貯藏和運輸過程中的水分、表皮及種子內部霉菌微生物變化情況；以及轉基因種子市場流通過程中的標識情況等。最后，通過建立并實施認證制度，我國的種子質量得到提升，增強了國際競爭力，提升了農產品在國際市場的影響力，為農業發展創造了廣闊前景。

4.3 建立完善的種子檢驗體系種子檢驗是種子質量的“試金石”。轉基因種子相較于普通種子來說，其種子質量檢驗指標中又多了一項轉基因檢測。轉入目標基因后是否影響該品種種子原有的活力，目前還需進一步研究。但轉基因得以產業化的原則是，在不改變作物原有農藝性狀的前提下提高作物的抗性。因此，建立適于轉基因種子質量檢測的指標，如活力、健康、種子抗性強弱程度等指標，需要特例特辦，單獨建立種子質量檢驗體系。

5 展望

目前以美國、巴西、阿根廷、加拿大及印度為首的轉基因品種生產國，轉基因作物應用率已經超過了92%[11]。轉基因產業化是大趨勢，而具有自主知識產權的現代生物技術的提升，是轉基因產業化的根本，也是從農業大國向農業強國發展的必經之路。我國生物技術近年來發展勢頭強，以大北農、隆平高科等為首的國內較強的種業企業正不斷儲備著轉基因品種，預計未來轉基因作物將逐步普及種業市場，由于病蟲害會隨著農作物的不斷改良而不斷進化，長期進化導致其對宿主的抗性也越來越強，因此在較短期限內，轉抗蟲基因的產品會因表型鑒定復雜、周期長及病蟲抗病性不斷提高而滯后于抗除草劑產品的開發和發放，因抗除草劑表型篩選相對較容易，導致短期市場可能主要以抗除草劑產品為主。但長期看來，全球氣候變化、自然災害導致的病蟲害不斷蔓延，且不分地域性的爆發，將推動轉基因抗病蟲研究的迅速發展。且復合抗蟲耐除草劑玉米將成為未來轉基因玉米商業化應用的主要趨勢，抗蟲基因和抗蟲種類以及耐除草劑類型也在不斷增加[12]。展望2024 年及以后，機會將落在有準備的企業手里，但并不意味著小的種業企業就沒有存活的希望，縱觀目前玉米轉基因表現較好的品種，其實真正在歐美被利用的也只是為數不多的十個左右。中小企業也可以通過購買大公司的抗性基因使用權，提前將抗性基因回交轉育到骨干親本，從而搶占先機和市場。轉基因產業化任重道遠，由于國情不同，歐美國家多年來實施的種子認證制度未必適合我國，而我國實施轉基因種子認證也必將面對一些困難。了解我國種業市場面臨的問題和挑戰，對比研究中外種子認證制度和經驗，將為轉基因種子認證體系的建設提供指導和借鑒。