金文涌 葉鳳林 劉定富 陸永良 應(yīng)繼鋒

（1 中國水稻研究所，杭州 310006；2 南方農(nóng)村報社，廣州 510601；3 武漢金玉良種科技有限公司，武漢 430064）

生物技術(shù)是21 世紀(jì)的一個重大科學(xué)領(lǐng)域和發(fā)展方向，而轉(zhuǎn)基因技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心內(nèi)容之一，在農(nóng)業(yè)上已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。20 世紀(jì)70 年代美國及歐洲部分國家開始轉(zhuǎn)基因作物研究。1983 年全球首例轉(zhuǎn)基因作物——轉(zhuǎn)基因煙草在美國誕生。1996 年轉(zhuǎn)基因玉米、大豆等在美國等國首次商業(yè)化種植。隨后的20 多年，轉(zhuǎn)基因作物種植面積呈指數(shù)級增長，推廣到了多個國家，覆蓋了發(fā)達(dá)和發(fā)展中國家的廣闊農(nóng)田[1-3]。然而，在轉(zhuǎn)基因作物的商業(yè)推廣應(yīng)用方面，世界各國存在不少差異。中美兩國都是世界上的農(nóng)業(yè)大國，中國是最大的發(fā)展中國家，美國是最大的發(fā)達(dá)國家，兩國對轉(zhuǎn)基因作物在農(nóng)業(yè)上的發(fā)展應(yīng)用有所不同，差距不少。本文簡要介紹當(dāng)今中美兩國在農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化最新進(jìn)展。全球數(shù)據(jù)截至2019 年；中國部分?jǐn)?shù)據(jù)截至2021 年；美國數(shù)據(jù)截至2022 年6 月。

1 全球轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)概況

1.1 種植面積和產(chǎn)量產(chǎn)值2019 年全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積為1.904 億hm2，是1996 年170 萬hm2的112 倍。轉(zhuǎn)基因作物的發(fā)展趨勢見圖1。

圖1 1996-2019 年全球商業(yè)化生物技術(shù)作物種植面積

種植轉(zhuǎn)基因作物帶來了巨大的政治、經(jīng)濟(jì)和社會效益。從1996 年的第1 次大規(guī)模商業(yè)化以來，因種植轉(zhuǎn)基因作物，全球各個國家累計增加作物產(chǎn)量8.22 億t，經(jīng)濟(jì)收益為2249 億美元。種植轉(zhuǎn)基因作物相比于種植常規(guī)作物更節(jié)約資源。1996-2018年由于轉(zhuǎn)基因作物的種植，節(jié)約耕地2.31 億hm2，僅2018 年就節(jié)約耕地2430 萬hm2。轉(zhuǎn)基因作物的種植還能夠大大減少農(nóng)藥的使用，有助于改善環(huán)境。隨著轉(zhuǎn)基因作物的推廣應(yīng)用，1996-2018 年間農(nóng)藥活性成分用量減少了7.76 億kg，農(nóng)藥使用量減少8.3%，環(huán)境影響商數(shù)（EIQ）降低18.3%。轉(zhuǎn)基因作物的應(yīng)用還有助于優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，緩解全球氣溫變暖[4]。

1.2 主要農(nóng)作物及種植國家2019 年全球有29 個國家/地區(qū)（其中24 個為發(fā)展中國家，5 個為發(fā)達(dá)國家）共種植1.904 億hm2的轉(zhuǎn)基因作物，其中56%的轉(zhuǎn)基因作物種植面積在發(fā)展中國家，另外的44%在發(fā)達(dá)國家[1]。在歐盟26 國及其他16 個國家及地區(qū)，進(jìn)口轉(zhuǎn)基因作物主要用于飼料、食品或食品添加劑的加工。各類轉(zhuǎn)基因作物中，大豆、玉米、棉花和油菜是全球應(yīng)用最多的轉(zhuǎn)基因作物。全球種植面積最大的轉(zhuǎn)基因作物是大豆，9190 萬hm2；第二是玉米，6090 萬hm2；第三是棉花，2570 萬hm2；第四是油菜，1010 萬hm2。2019 年，全球單一作物種植面積（包括非轉(zhuǎn)基因及轉(zhuǎn)基因作物）中，有79%的棉花、74%的大豆、31%的玉米以及27%的油菜是轉(zhuǎn)基因作物。

2019 年是轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化的第24 個年頭，全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積累計已達(dá)27 億hm2。29 個國家中，美國、巴西、阿根廷、加拿大和印度各種植轉(zhuǎn)基因作物7150 萬hm2、5280 萬hm2、2400 萬hm2、1250 萬hm2、1190 萬hm2，這5 個國家總計種植了達(dá)1.727 億hm2的轉(zhuǎn)基因作物，約占全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積的91%（圖2）。由此可以看出，美洲大陸是轉(zhuǎn)基因作物的最大種植地。大面積、機(jī)械化、規(guī)?；廊皇欠N植轉(zhuǎn)基因作物的主要栽培模式[5]。

圖2 美國、巴西、阿根廷、加拿大和印度轉(zhuǎn)基因作物的面積及應(yīng)用率

1.3 主要轉(zhuǎn)基因性狀抗蟲（IR）和耐除草劑（HT）性狀是全球應(yīng)用面積最廣泛的2 個性狀，也是美洲大陸需求量最大的性狀，其根本原因是這2 個性狀最適應(yīng)當(dāng)?shù)貦C(jī)械化、規(guī)?；髂Ｊ健Ｈ蜣D(zhuǎn)基因作物種植面積的45%是抗蟲和耐除草劑相結(jié)合的復(fù)合性狀，通常叫做雙抗性狀。IR/HT 復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因作物種植面積的增長證明了農(nóng)民對轉(zhuǎn)基因作物接受度很高，同時隨著技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合性狀的轉(zhuǎn)基因作物品種將逐步取代單一性狀的轉(zhuǎn)基因作物品種。根據(jù)20 多年的發(fā)展趨勢來看，耐除草劑性狀依然是以機(jī)械化、規(guī)模化為代表的北美農(nóng)場模式的主導(dǎo)性狀；而抗蟲、耐除草劑性狀是亞洲、非洲小農(nóng)戶模式的主導(dǎo)性狀[1]。

2 美國轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化現(xiàn)狀

2022 年美國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計服務(wù)局（NASS）更新了當(dāng)年主要農(nóng)作物種植面積及轉(zhuǎn)基因作物普及率（圖3、圖4）。2022 年全美種植了玉米、大豆、棉花、苜蓿、油菜、甜菜等轉(zhuǎn)基因作物，面積分別為3386萬hm2、3398 萬hm2、480 萬hm2、90 萬hm2、79 萬hm2、47 萬hm2。其中玉米、大豆、棉花的轉(zhuǎn)基因品種普及率分別為93%、95%和95%；油菜、甜菜幾乎達(dá)100%；2022 年美國累計種植轉(zhuǎn)基因作物7480 萬hm2以上，接近全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積的40%（圖5）。

圖3 美國歷年轉(zhuǎn)基因作物總面積和三大轉(zhuǎn)基因作物面積

圖4 1996-2022 年抗除草劑大豆、玉米、棉花和抗蟲玉米、棉花的普及率

圖5 1996-2022 年全球和美國轉(zhuǎn)基因作物面積及美國/全球占比

抗蟲玉米和抗蟲棉花包括單一抗蟲性狀和復(fù)合性狀，抗除草劑玉米和抗除草劑棉花包括單一抗除草劑和復(fù)合性狀，抗除草劑大豆僅含有抗除草劑1 種性狀。自1996 年種植以來，美國三大作物各性狀的普及率均呈上升趨勢。

1996-2022 年美國轉(zhuǎn)基因玉米各種性狀的普及率呈現(xiàn)出單抗不斷降低，雙抗不斷增多的趨勢（圖6），2021 年雙抗性狀達(dá)81%。根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部國家農(nóng)業(yè)統(tǒng)計局（NASS）網(wǎng)頁數(shù)據(jù)，近幾年主栽作物大豆、玉米、棉花、油菜、甜菜的轉(zhuǎn)基因普及率均持續(xù)維持在90%以上。

圖6 1996-2022 年美國轉(zhuǎn)基因玉米各種性狀的普及率

過去的27 年間，美國轉(zhuǎn)基因作物種植面積是逐步持續(xù)增加，普及率也逐年提高。2022 年轉(zhuǎn)基因玉米、大豆、棉花普及率分別達(dá)到了93%、95%和95%。雙抗玉米和雙抗棉花的普及率已分別達(dá)到了81%和88%，雙抗大豆也在快速發(fā)展。很明顯，既抗蟲又抗除草劑的復(fù)合性狀比單一抗蟲和單一抗除草劑更受歡迎。

3 中國轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

3.1 基本情況我國的轉(zhuǎn)基因作物研究始于20 世紀(jì)80 年代初期，前期科研人員主要是由一批20 世紀(jì)50 年代初留學(xué)回國人員以及改革開放后的一批進(jìn)修人員組成。在以中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院原生物技術(shù)研究中心為代表的前輩們的大力支持下，1986 年生物技術(shù)被列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“863”計劃），1989 年我國進(jìn)行了煙草、棉花、番茄等作物的轉(zhuǎn)基因田間測試，1992 年種植了世界上第1 批商用轉(zhuǎn)基因煙草。1996 年《農(nóng)業(yè)生物基因工程安全管理實施辦法》正式發(fā)布實施，同年，河北冀岱棉種技術(shù)有限公司成立，這是一家專門從事轉(zhuǎn)基因棉花研究推廣的中外合資種子公司。1997 年我國開始進(jìn)口轉(zhuǎn)基因大豆，并陸續(xù)批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因玉米、油菜的進(jìn)口。1998 年岱字棉的第2 家合資公司——安徽安岱棉種技術(shù)有限公司成立，我國開始規(guī)?；N植轉(zhuǎn)基因棉花。至2000 年，我國已批準(zhǔn)上市的國內(nèi)自主開發(fā)的轉(zhuǎn)基因植物有5 種，開展研究的轉(zhuǎn)基因植物種類達(dá)47 種，涉及各類基因103 個。已有水稻、小麥、玉米、大豆、番木瓜、煙草、馬鈴薯、楊樹等10 余種轉(zhuǎn)基因植物獲準(zhǔn)進(jìn)行田間試驗。

2003 年原農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)具有自主產(chǎn)權(quán)的抗蟲玉米開展生產(chǎn)性試驗。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域唯一的國家級重大專項“轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項”于2008 年啟動實施，國家投入巨額資金支持我國的轉(zhuǎn)基因品種研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化自立之路。2009 年8 月3 種轉(zhuǎn)基因玉米、水稻獲得了原農(nóng)業(yè)部發(fā)放的轉(zhuǎn)基因安全證書。

然而，從2009-2019 年約10 年左右的時間里，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)化基本上在原地踏步。影響產(chǎn)業(yè)化的因素有很多，除了公眾的科學(xué)認(rèn)知不足等社會因素外，還有關(guān)鍵核心技術(shù)原創(chuàng)不足、企業(yè)主體尚不成熟、配套政策研究滯后等。最近幾年，隨著確?？诩Z基本自主、中國碗要裝中國糧的意識提高，以及近期對全球糧食危機(jī)憂患意識提高等諸多因素，相關(guān)配套條例逐漸完善，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)化又開始進(jìn)入正常軌道。

3.2 發(fā)展現(xiàn)狀中國1998 年開始種植轉(zhuǎn)基因棉花，2006 年開始種植轉(zhuǎn)基因木瓜，之前批準(zhǔn)過煙草、番茄、辣椒、楊樹，至今僅種植棉花和木瓜。中國曾是世界上最早種植轉(zhuǎn)基因作物的國家之一，曾是全球第四大轉(zhuǎn)基因作物種植國，但2004 年后種植面積全球占比不斷下滑，2019 年下滑至第7位。中國轉(zhuǎn)基因作物種植面積全球占比2004 年最高，為4.57%；2019 年僅占1.68%（圖7）。

從圖7 可以看出，中國轉(zhuǎn)基因作物種植面積在2003 年就超過了300 萬hm2，直至2019 年一直徘徊，主要原因是一直沒有放開其他主要作物?？梢灶A(yù)期，隨著轉(zhuǎn)基因玉米、大豆的陸續(xù)放開以及基因編輯作物的推廣，中國有望在幾年內(nèi)成為全球第三大生物技術(shù)作物種植國，預(yù)計面積可達(dá)3000 萬hm2以上。

圖7 中國轉(zhuǎn)基因作物種植面積及全球占比

2019 年開始，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部接連多次發(fā)放了玉米、大豆等轉(zhuǎn)基因生物安全證書。截至2022 年6 月1 日，我國有11 個抗蟲、耐除草劑轉(zhuǎn)基因玉米、3 個耐除草劑轉(zhuǎn)基因大豆、2 個轉(zhuǎn)基因水稻獲得生產(chǎn)應(yīng)用安全證書（表1）。根據(jù)統(tǒng)計，11 個轉(zhuǎn)基因玉米中，大北農(nóng)占了4 個，杭州瑞豐占3 個，先正達(dá)旗下的中國種子集團(tuán)有限公司占3 個。

表1 中國獲得安全證書的轉(zhuǎn)基因作物品種及單位

2022 年1 月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價管理辦法》《主要農(nóng)作物品種審定辦法》《農(nóng)作物種子生產(chǎn)經(jīng)營許可管理辦法》《農(nóng)業(yè)植物品種命名規(guī)定》4 部規(guī)章的部分條款予以了修改。配套條例的完善預(yù)示著轉(zhuǎn)基因玉米、大豆產(chǎn)業(yè)將率先迎來快速發(fā)展期。玉米、大豆轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)化還存在關(guān)鍵一步門檻，即品種審定。在我國的管理體系中，獲得了安全證書的轉(zhuǎn)基因作物，需要轉(zhuǎn)育到品種中進(jìn)行試驗，并通過品種審定，且企業(yè)具備相應(yīng)的種子生產(chǎn)經(jīng)營許可證，其種子等繁殖材料才可以上市銷售。

2022 年6 月國家農(nóng)作物品種審定委員會發(fā)布轉(zhuǎn)基因作物審定通知《國家級轉(zhuǎn)基因大豆品種審定標(biāo)準(zhǔn)（試行）》和《國家級轉(zhuǎn)基因玉米品種審定標(biāo)準(zhǔn)（試行）》，這表明轉(zhuǎn)基因玉米、大豆品種進(jìn)入市場的最關(guān)鍵一步已經(jīng)走通。

4 結(jié)語和展望

從1996 開始商業(yè)化大規(guī)模種植轉(zhuǎn)基因作物以來，全世界共有71 個國家和地區(qū)參與了轉(zhuǎn)基因作物的種植（包括直接種植及間接消費加工轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品），其中29 個國家和地區(qū)種植轉(zhuǎn)基因作物，24個發(fā)展中國家和5個發(fā)達(dá)國家分別種植了56%和44%的全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積。另有42 個國家和地區(qū)進(jìn)口了用于生產(chǎn)食品、飼料和加工的轉(zhuǎn)基因作物，消費了轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。

中國曾是世界上最早種植轉(zhuǎn)基因作物的國家之一，種植面積曾位于世界前列。但是因為各種原因，21 世紀(jì)后，轉(zhuǎn)基因作物種植面積不斷下滑。近年來，隨著國際形勢越來越復(fù)雜多變，國家對糧食安全問題的重視程度不斷提高，“只有用自己的手攥緊中國種子，才能端穩(wěn)中國飯碗”這些民族理念的貫徹普及，加上轉(zhuǎn)基因作物對糧食生產(chǎn)的作用看得見、摸得著，我國的轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)走在一條快速發(fā)展道路上。

首先是隨著2022 年1 月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部4 部有關(guān)轉(zhuǎn)基因作物規(guī)章制度的修改發(fā)行以及2022 年6 月國家農(nóng)作物品種審定委員會發(fā)布轉(zhuǎn)基因作物審定的2 個通知印發(fā)，表明合法合規(guī)種植轉(zhuǎn)基因作物已有相關(guān)法律保障。其次，以中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院等為代表的國家科研單位，以杭州瑞豐生物科技有限公司等為代表的生物技術(shù)公司，真正研發(fā)出了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因作物品種。再次，以袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司等為代表的國內(nèi)頭部種子企業(yè)，通過近10 年的遠(yuǎn)見準(zhǔn)備，大批已經(jīng)通過國家審定的優(yōu)良品種的轉(zhuǎn)基因化（已審定品種+基因技術(shù)）基本完成。轉(zhuǎn)基因化品種已經(jīng)通過5～6 年的區(qū)域試驗和生產(chǎn)試驗，數(shù)目有限的優(yōu)良轉(zhuǎn)基因品種可以得到審定。最后，轉(zhuǎn)基因技術(shù)是一種成熟的技術(shù)。以種植轉(zhuǎn)基因玉米為例，如果農(nóng)民種植轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米，雖然每667m2將增加種子成本19 元，但能夠節(jié)省農(nóng)藥成本14 元，同時降低人工成本5 元，二者完全可以相互抵消，同時轉(zhuǎn)基因玉米的種植相對于普通玉米還能挽回一定的產(chǎn)量損失，即使最終只增產(chǎn)5%，按我國目前玉米單產(chǎn)計算，也可以增收657 元/hm2[6]。轉(zhuǎn)基因玉米帶來的效益明顯，且經(jīng)過多年試驗示范和科普，東北地區(qū)農(nóng)民已經(jīng)完全能夠適應(yīng)和接受。

因此，轉(zhuǎn)基因作物（特別是玉米）會迅速普及。預(yù)測今后的3～5 年，我國的轉(zhuǎn)基因玉米、大豆的普及率有望達(dá)到50%～70%，特別是在規(guī)?；?、機(jī)械化種植的北方春玉米區(qū)，以及適度規(guī)?；狞S淮海玉米區(qū)。另外，伴隨著我國的單抗基因性狀（單一抗蟲或單一抗除草劑）的普及推廣，預(yù)測2027 年左右多基因復(fù)合、多性狀疊加的目標(biāo)性狀改良品種將更受歡迎。