轉(zhuǎn)基因：轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式之選

黃大昉

農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變和突破離不開轉(zhuǎn)基因等現(xiàn)代科技的引導(dǎo)和推動，這不僅是戰(zhàn)略的選擇，也是務(wù)實(shí)的考量

轉(zhuǎn)基因，從字面上不難理解，指的就是基因的轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)基因有廣義和特定兩種含義。廣義的轉(zhuǎn)基因就是泛指生物間的基因轉(zhuǎn)移。自然界物種間的天然雜交和自然選擇，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的雜交育種，都發(fā)生了基因的重新組合，都經(jīng)過了轉(zhuǎn)基因。例如，我們現(xiàn)在種植的絕大部分作物、吃的幾乎所有食品，并不是自然進(jìn)化而生的野生品種，而是經(jīng)過千百年的人工選育，也就是轉(zhuǎn)移基因所創(chuàng)造的新物種或新品種。從這種意義上講，轉(zhuǎn)基因與生物進(jìn)化和遺傳改良相隨，古已有之，并不新奇。

人們現(xiàn)在常說的轉(zhuǎn)基因卻有特定含義，它專指利用現(xiàn)代基因工程技術(shù)，將人們期望的目標(biāo)基因，經(jīng)人工分離和遺傳修飾，重新導(dǎo)入生物體的基因組中，從而能夠改善生物體原有性狀或賦予其新的優(yōu)良性狀。利用上述手段獲得的生物就是轉(zhuǎn)基因生物。中國現(xiàn)已習(xí)用“轉(zhuǎn)基因”一詞，其實(shí)后一種表述比前者更為貼切，更有針對性。

農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因育種是以轉(zhuǎn)基因技術(shù)為核心，融合了分子標(biāo)記、雜交選育等常規(guī)手段的一種先進(jìn)育種技術(shù)。它突破了傳統(tǒng)育種方法難以解決的遺傳障礙，從而能更有效地改造作物性狀，培育出更加高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的新品種；能降低農(nóng)藥、化肥投入，更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境；能緩解資源約束、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，進(jìn)一步拓展農(nóng)業(yè)功能。

生物育種是科學(xué)發(fā)展的必然

據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1996年至2011年的16年間，全球種植以抗病蟲、抗除草劑性狀為主的轉(zhuǎn)基因作物增產(chǎn)價(jià)值達(dá)982億美元，相當(dāng)于節(jié)約了1.087億公頃的耕地；改善了1500萬農(nóng)戶、近5000萬貧困農(nóng)民的生計(jì)；減少了4.73億公斤化學(xué)農(nóng)藥的使用。此外，種植轉(zhuǎn)基因作物還加快了少耕、免耕栽培技術(shù)的推廣，因而增加了土壤中碳的儲量、節(jié)約了農(nóng)業(yè)機(jī)械的燃料消耗、顯著降低了溫室氣體的排放，僅2011年就減少了231億公斤二氧化碳排放（相當(dāng)于1020萬輛小汽車的排放量）。

根據(jù)國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)服務(wù)組織（ISAAA）發(fā)布的全球生物技術(shù)作物（又稱“轉(zhuǎn)基因作物”）種植的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2014年是轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化的第19年，全球轉(zhuǎn)基因作物總種植面積繼續(xù)保持增長勢頭，轉(zhuǎn)基因作物種植面積持續(xù)增加。28個(gè)國家的1800萬農(nóng)民種植了1.81億公頃（4.48億英畝）的轉(zhuǎn)基因作物（圖1）。轉(zhuǎn)基因作物種植面積前五位的國家分別為美國（7310萬公頃）、巴西（4220萬公頃）、阿根廷（2430萬公頃）、印度和加拿大（各1160萬公頃）。從1996年到2014年，全球轉(zhuǎn)基因作物的累計(jì)種植面積大約比中國國土總面積還多80%?，F(xiàn)在全世界生產(chǎn)的81%的大豆、81%的棉花、35%的玉米、30%的油菜都已是轉(zhuǎn)基因品種。目前除28個(gè)國家批準(zhǔn)種植轉(zhuǎn)基因作物以外，還有30個(gè)國家批準(zhǔn)進(jìn)口轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品用于食品和飼料加工，相關(guān)區(qū)域的人口已占世界總?cè)丝诘乃姆种陨稀?img alt="" src="https://cimg.fx361.com/images/2017/03/27/zjbg201512zjbg20151224-1-l.JPG" style="">

經(jīng)過多年發(fā)展，農(nóng)作物生物育種巨大的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益已進(jìn)一步顯現(xiàn)，其推廣速度之快、應(yīng)用范圍之廣更令世人矚目。值得注意的是，這種增長并沒有因?yàn)閷ζ浒踩杂袪幾h而放慢腳步，更顯示出轉(zhuǎn)基因技術(shù)強(qiáng)大的生命力。生物技術(shù)已成為引領(lǐng)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的重要方向，其擴(kuò)大應(yīng)用已成為科學(xué)發(fā)展的必然。以節(jié)水耐旱玉米和富含維生素A大米為代表、兼有多種優(yōu)良性狀的新一代轉(zhuǎn)基因作物在國外投放市場。可以預(yù)見，隨著研究的繼續(xù)深入和技術(shù)的不斷創(chuàng)新，生物育種還會向食品、醫(yī)藥、化工、能源、環(huán)保、材料等領(lǐng)域進(jìn)一步拓展，其發(fā)展前景將更加廣闊。

玉米不能步大豆的后塵

近年因中國食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變，飼料蛋白和食用油需求急速增長，而國內(nèi)大豆種植面積有限且品質(zhì)產(chǎn)量均不及國外優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)轉(zhuǎn)基因品種，難以滿足養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和人民生活水平提高的強(qiáng)勁需求，導(dǎo)致進(jìn)口大豆數(shù)量劇增。2012年數(shù)量已達(dá)5838萬噸，占世界大豆出口總量的60%，不僅國內(nèi)自給率降到18%，以致國內(nèi)市場基本為國外所控制，且大豆加工業(yè)也幾乎被國外資本所控制。這一教訓(xùn)極為深刻，發(fā)人深思?！扒笆虏煌?，后事之師”。當(dāng)前，一個(gè)更須高度關(guān)注的問題是：作為三大谷物之首的玉米能不能基本自給？會不會成為“大豆第二”？

玉米是中國第一大作物（中國玉米種植面積和產(chǎn)量均已超過水稻和小麥，居谷物之首），產(chǎn)量的80%以上用作畜禽飼料和深加工原料。盡管近年玉米種植面積、產(chǎn)量有所增加，但因生產(chǎn)方式與技術(shù)落后、國內(nèi)生產(chǎn)成本不斷增加、價(jià)格高于國外，進(jìn)口數(shù)量仍在節(jié)節(jié)攀升，從長遠(yuǎn)來看難以滿足飼料和深加工的剛性增長需求，仍會出現(xiàn)較大供求缺口。破解這一難題需要采取綜合措施，但從根本上講仍要依靠創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，提高產(chǎn)品競爭力。

中國玉米種植面積（5.45億畝）與美國（5.5億畝）接近，總產(chǎn)量卻比美國少三分之一，主要原因在于美國玉米單產(chǎn)水平高達(dá)600公斤/畝，而中國僅400公斤/畝。美國采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，結(jié)合其它先進(jìn)育種手段，僅用了10多年時(shí)間就使玉米單產(chǎn)提高了30%，充分顯示出生物育種創(chuàng)新推動農(nóng)業(yè)增長方式轉(zhuǎn)變的強(qiáng)大活力（圖2）。如果中國大力加強(qiáng)玉米科技創(chuàng)新，積極推動轉(zhuǎn)基因玉米產(chǎn)業(yè)化，也完全能夠在較短時(shí)間內(nèi)大幅度提高玉米單產(chǎn)而滿足消費(fèi)增長需求。

轉(zhuǎn)基因玉米既是當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品市場關(guān)注的焦點(diǎn)，也是轉(zhuǎn)基因技術(shù)的制高點(diǎn)。經(jīng)過多年努力，中國轉(zhuǎn)基因玉米研發(fā)已獲得兩項(xiàng)重大突破：

植酸酶玉米可提高飼料磷養(yǎng)分利用率30%，減少環(huán)境畜禽糞便磷污染40%，從源頭上有效治理藍(lán)綠藻等生態(tài)污染；抗蟲、抗除草劑玉米可減少化學(xué)農(nóng)藥用量80%，顯著降低玉米中黃曲霉、鐮刀菌等真菌毒素污染，并為玉米間套作、機(jī)械化等先進(jìn)耕作方式的實(shí)施創(chuàng)造有利條件。

尤其是因受玉米螟等害蟲危害，中國春玉米約減產(chǎn)10%、夏玉米減產(chǎn)20%，災(zāi)害嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)量損失高達(dá)30%以上。若推廣應(yīng)用抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米1億畝（東北玉米種植面積的一半），按每畝保產(chǎn)10%計(jì)算，每年即可挽回500萬噸產(chǎn)量損失（可望近期無需進(jìn)口玉米）；若全國普遍推廣，每年增產(chǎn)玉米2000萬噸以上，農(nóng)民增收可達(dá)400億元（可望未來顯著減少玉米供應(yīng)缺口）。

目前國際玉米市場上基本上都是轉(zhuǎn)基因玉米。如果中國不愿大量進(jìn)口玉米，不讓玉米成為“大豆第二”，那只有下決心加快轉(zhuǎn)基因玉米自主研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化。以上轉(zhuǎn)基因研發(fā)成果均有自主知識產(chǎn)權(quán)，研究達(dá)到國際先進(jìn)或領(lǐng)先水平；產(chǎn)品已獲得安全證書或進(jìn)入生產(chǎn)試驗(yàn)，完全能夠確保安全，可以作為中國推進(jìn)轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化的突破口，并為推動農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變發(fā)揮積極作用。這不僅是戰(zhàn)略的選擇，也是務(wù)實(shí)的考量。

中國為什么要發(fā)展轉(zhuǎn)基因育種

中國是人口大國，解決超過13億人口的吃飯問題始終是頭等大事。雖然中國農(nóng)業(yè)取得了舉世矚目的偉大成就，但必須看到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依然面對耕地、水、能源等資源短缺、生態(tài)環(huán)境污染加劇、自然災(zāi)害頻發(fā)、農(nóng)村勞力數(shù)量和素質(zhì)下降等多重壓力，農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)仍然十分脆弱。農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新能力不足、農(nóng)業(yè)發(fā)展方式落后依然是影響農(nóng)業(yè)持續(xù)增長的突出矛盾。

長期以來，中國農(nóng)業(yè)對化肥農(nóng)藥的依賴程度一直很高。目前中國是世界上化肥和農(nóng)藥最大的生產(chǎn)國，使用量也居世界之首（各占1/3）。中國耕地面積僅為美國的2/3，化肥和農(nóng)藥用量卻分別是美國的2倍和4倍。1978年至2011年，中國糧食總產(chǎn)量增長87.4%，而同期化肥施用量卻增長了581%。更嚴(yán)重的問題是化肥和農(nóng)藥的濫用，平均利用率均不足40%。按播種面積計(jì)算，中國化肥使用量高達(dá)400公斤/公頃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)達(dá)國家為防止化肥對水體造成污染而設(shè)置的225公斤/公頃的安全上限。

由于每年千萬噸化肥農(nóng)藥流失到土壤和江河湖泊，造成了耕地質(zhì)量下降、生態(tài)環(huán)境破壞、農(nóng)產(chǎn)品污染加劇等嚴(yán)重后果。應(yīng)當(dāng)肯定，以雜交水稻為代表的農(nóng)作物新品種培育和應(yīng)用對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)發(fā)揮了重要作用，而且傳統(tǒng)育種技術(shù)還有一定的增產(chǎn)潛力和改進(jìn)空間。但也要看到，由于受到育種材料遺傳背景狹窄、生殖屏障無法跨越、現(xiàn)用方法效率不高等多種因素約束，單獨(dú)利用常規(guī)手段已難以實(shí)現(xiàn)育種技術(shù)新的突破。盡管付出了巨大努力，10年來中國水稻、玉米、小麥等作物單產(chǎn)遞增均明顯趨緩，有的甚至不升反降。

與此同時(shí)，大豆、玉米等農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)口數(shù)量不斷攀升，糧食自給率實(shí)際上已跌破95%的基線，而且供求關(guān)系越來越緊張。這些情況也警示我們：單靠傳統(tǒng)技術(shù)手段無法滿足國內(nèi)不斷增長的包括肉、蛋、奶等多樣化的食品消費(fèi)和加工需求，難以保障主要農(nóng)產(chǎn)品中長期的有效供給。在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的過程中，要想突破資源約束，保障中國糧食安全，必須要更加有力地驅(qū)動農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展，發(fā)展先進(jìn)的專基因育種便是必然選擇。

國家已將大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變和結(jié)構(gòu)調(diào)整列為當(dāng)前最緊迫的任務(wù)。種業(yè)已成為農(nóng)業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的主要領(lǐng)域，目標(biāo)是在世界種業(yè)科技前沿領(lǐng)域掌握一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)和重大應(yīng)用價(jià)值的核心技術(shù)。國內(nèi)外實(shí)踐已反復(fù)證明：以轉(zhuǎn)基因?yàn)榇淼纳锛夹g(shù)正是種業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展的前沿與核心競爭力；農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變和突破離不開轉(zhuǎn)基因等現(xiàn)代科技的引導(dǎo)和推動。

（作者為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所研究員）