植物安全轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

摘要：轉(zhuǎn)基因技術(shù)是作物遺傳改良和基因功能研究的重要工具，但轉(zhuǎn)基因作物的產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)社會(huì)輿論爭(zhēng)議大、操作困難的問(wèn)題。本文從我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)、進(jìn)口、自主研發(fā)水平、存在的安全隱患以及安全管理的幾個(gè)方面出發(fā)，闡述了我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)基因;安全;發(fā)展

中圖分類號(hào)：S188

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近年來(lái)，以抗除草劑和抗蟲(chóng)性為主要特征的轉(zhuǎn)基因大豆、棉花、玉米、油菜等農(nóng)作物的工業(yè)化率不斷提高。自1996年以來(lái)，美國(guó)已經(jīng)開(kāi)始種植大規(guī)模轉(zhuǎn)基因植物。到2012年，種植了轉(zhuǎn)基因作物的面積已發(fā)展到1.752億hm2，這比在1996年[1]的170萬(wàn)hm2增加了100倍以上[2]。因此，轉(zhuǎn)基因技術(shù)被稱為“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)史上采用最為迅速的作物技術(shù)”。在2013年，全球27個(gè)國(guó)家種植轉(zhuǎn)基因作物，其中19個(gè)發(fā)展中國(guó)家和8個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家[2]。到2016年，發(fā)展中國(guó)家占全球轉(zhuǎn)基因作物面積的54%，而發(fā)達(dá)國(guó)家占46%[3]。迄今為止，大量的轉(zhuǎn)基因作物，已經(jīng)在全世界生長(zhǎng)，如玉米，大豆，棉花，苜蓿和油菜[4，5]。

在種植轉(zhuǎn)基因作物的面積而言，中國(guó)在世界第六位，以棉花和番木瓜為主體，煙草和牽?；ㄒ才鷾?zhǔn)用于商業(yè)種植。目前，全球已批準(zhǔn)25種轉(zhuǎn)基因作物用于商業(yè)生產(chǎn)，中國(guó)是世界上少數(shù)具有自主研發(fā)轉(zhuǎn)基因作物能力的國(guó)家之一[6]。20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)一直高度重視轉(zhuǎn)基因作物的研究和開(kāi)發(fā)，在國(guó)家級(jí)重大科技項(xiàng)目中大力支持，并且在轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉產(chǎn)業(yè)化方面取得了很大成就。但是，由于轉(zhuǎn)基因作物存在潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，我國(guó)放慢了轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化的步伐，目前已被巴西，阿根廷和印度等發(fā)展中國(guó)家所超越。

1我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)情況

就轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)而言，我國(guó)轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得更早。目前，我國(guó)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)基本與世界同步，領(lǐng)先其他發(fā)展中國(guó)家[7]。1997年轉(zhuǎn)基因植物的種植面積670hm2[8]，到2012年，我國(guó)轉(zhuǎn)基因植物種植面積超過(guò)400萬(wàn)hm2，轉(zhuǎn)蘇云金芽孢桿菌基因（Bacillus thuringiensis，Bt）棉花面積396.4萬(wàn)hm2，轉(zhuǎn)bt基因白楊種植面積500hm2，番木瓜種植面積6275hm2[2]。

我國(guó)是世界上最大的棉花生產(chǎn)國(guó)，其中抗蟲(chóng)棉的種植面積占國(guó)內(nèi)棉花總種植面積的80%以上，國(guó)產(chǎn)抗蟲(chóng)棉種植面積占全國(guó)抗蟲(chóng)棉種植總面積的95%以上，其中河北，山東，河南，安徽等棉花種植省份已經(jīng)達(dá)到100%[9]，是我國(guó)大規(guī)模種植的轉(zhuǎn)基因作物。經(jīng)過(guò)十多年的科學(xué)研究表明，轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉有利于生態(tài)環(huán)境，推廣抗蟲(chóng)棉能有效控制棉鈴蟲(chóng)在全國(guó)的危害，降低超過(guò)70%的農(nóng)藥使用，并提供了棉鈴蟲(chóng)天敵和益蟲(chóng)良好的環(huán)境條件，豐富的農(nóng)田生物多樣性。

水稻是主要的糧食作物之一，自1988年轉(zhuǎn)基因水稻誕生以來(lái)，中國(guó)轉(zhuǎn)基因水稻的研究和發(fā)展一直走在世界前列[10]。目前，轉(zhuǎn)基因水稻主要集中在抗病性、抗除草劑、抗蟲(chóng)性和品質(zhì)改良等方面。由于安全考慮，轉(zhuǎn)基因水稻的商業(yè)化生產(chǎn)是不允許的。其他大田作物如小麥，油菜，馬鈴薯等已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)試驗(yàn)，其中的轉(zhuǎn)基因油菜和小麥已在2007年被批準(zhǔn)用于生產(chǎn)試驗(yàn)[11]。

2我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物進(jìn)口情況

從1996年起，我國(guó)就開(kāi)始地從國(guó)外進(jìn)口各種轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品，包括轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、油菜籽、小麥等，但是進(jìn)口最多的還是轉(zhuǎn)基因大豆和轉(zhuǎn)基因油菜籽[12]。

大豆是全球最重要的油料作物也是植物油脂主要來(lái)源之一，由于我國(guó)國(guó)產(chǎn)大豆畝產(chǎn)量低，品質(zhì)差等問(wèn)題，使得我國(guó)大豆在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較弱，主要依賴美國(guó)、巴西和阿根廷。在過(guò)去的十年里，中國(guó)的大部分大豆來(lái)自進(jìn)口，目前大豆的對(duì)外依存度高達(dá)80%以上，2017年已經(jīng)突破1.1億萬(wàn)t[13]。我國(guó)進(jìn)口的大豆和玉米中，超過(guò)80%是經(jīng)過(guò)基因改造的。在目前的貿(mào)易格局下，轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)國(guó)內(nèi)大豆產(chǎn)生了巨大影響，其根本原因是大豆轉(zhuǎn)基因技術(shù)缺乏自主研發(fā)實(shí)力，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)大豆生產(chǎn)規(guī)模難以擴(kuò)大，嚴(yán)重影響了中國(guó)的糧食安全。因此，大力發(fā)展轉(zhuǎn)基因作物育種是確保中國(guó)糧食安全的戰(zhàn)略選擇。

除大豆之外，油菜也是我國(guó)具有傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的油料作物，且我國(guó)食用油有50%來(lái)自油菜[14]，但是目前我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜還處于生產(chǎn)性試驗(yàn)階段，轉(zhuǎn)基因油菜的商業(yè)化栽培尚未開(kāi)展[15]，這明顯滯后于其他轉(zhuǎn)基因作物的研究。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)油菜年平均進(jìn)口量超過(guò)100萬(wàn)t，最高可達(dá)300萬(wàn)t，其中60%以上的進(jìn)口油菜屬于轉(zhuǎn)基因油菜，但目前這些進(jìn)口的轉(zhuǎn)基因油菜在我國(guó)禁止種植，只能作為加工作物使用[16]。

3技術(shù)自主研發(fā)水平

生物育種技術(shù)的可持續(xù)創(chuàng)新是中國(guó)未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心。它根本在于具有一批重要應(yīng)用價(jià)值和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因，培育和推廣一批抗蟲(chóng)、抗病、抗逆、優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因新品種，在確保生物安全的前提下，科學(xué)推進(jìn)了轉(zhuǎn)型，使基因作物產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。在過(guò)去十年中，我國(guó)政府以863計(jì)劃，973計(jì)劃和轉(zhuǎn)基因生物重大項(xiàng)目的形式，投入了數(shù)百億美元用于轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)的研發(fā)和新品種的培育。我國(guó)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)稻和轉(zhuǎn)植酸酶玉米經(jīng)過(guò)十多年的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，其研究開(kāi)發(fā)水平居世界前列，已經(jīng)取得了生產(chǎn)應(yīng)用安全證書(shū)，具備產(chǎn)業(yè)化條件。此外，我國(guó)在轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉品種的培育和推廣上也取得了很大成就。到目前為止，轉(zhuǎn)基因棉花的種植面積已超過(guò)70%，國(guó)內(nèi)棉花品種的市場(chǎng)占有率已達(dá)到93%以上[10]。

4轉(zhuǎn)基因作物存在的安全風(fēng)險(xiǎn)

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心之一，打破了傳統(tǒng)的育種方式，既節(jié)約了生產(chǎn)成本，也增加了作物產(chǎn)量，同時(shí)改善生態(tài)環(huán)境，但是隨之出現(xiàn)的生物安全問(wèn)題也受到大眾的廣泛關(guān)注，對(duì)轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)成分、毒理性、潛在致敏性、外源基因等安全性存在擔(dān)憂[17]。

轉(zhuǎn)基因作物存在的安全風(fēng)險(xiǎn)主要包括轉(zhuǎn)基因作物“雜草化”和外源基因漂移，以及通過(guò)食物鏈對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)面影響等[18]。“基因污染”主要是誘導(dǎo)害蟲(chóng)和雜草的抗性。由于轉(zhuǎn)基因作物中新基因的引入，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)，具有較強(qiáng)的“選擇性優(yōu)勢(shì)”，加速了原有物種的消除，使物種呈現(xiàn)單一趨勢(shì)，進(jìn)而影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[19，20]。不僅如此，轉(zhuǎn)基因食品對(duì)人體也可能存在一定潛在風(fēng)險(xiǎn)，主要是轉(zhuǎn)基因作物新轉(zhuǎn)入的外源基因所表達(dá)的蛋白是否會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒害或是過(guò)敏反應(yīng)，以及是否會(huì)改變或者降低轉(zhuǎn)基因食品的營(yíng)養(yǎng)成分等都是未可知的[21]，而這些問(wèn)題目前都沒(méi)有得到證實(shí)。

5轉(zhuǎn)基因生物安全管理

轉(zhuǎn)基因生物（GMOS）的風(fēng)險(xiǎn)是當(dāng)今世界的熱門話題，因此，只有建立可靠可行的轉(zhuǎn)基因生物安全管理體系，才能保證轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)業(yè)化順利運(yùn)行。在現(xiàn)有國(guó)情下，發(fā)展轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)已勢(shì)不可擋。我國(guó)轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)中有25%的經(jīng)費(fèi)用于安全性研究，但由于相關(guān)科研成果并未公開(kāi)，并且缺少轉(zhuǎn)基因知識(shí)的宣傳普及，使得公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因食品存在極大的誤解和擔(dān)憂[22，23]。

從現(xiàn)行法律、法規(guī)和組織制度來(lái)看，對(duì)轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)督都有相應(yīng)的管理方法和管理機(jī)構(gòu)。我國(guó)政府高度重視農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的安全管理，形成了一套適合我國(guó)國(guó)情，符合國(guó)際慣例的法律，法規(guī)和技術(shù)。1996年，原農(nóng)業(yè)部頒布了“農(nóng)業(yè)生物基因工程安全管理實(shí)施辦法”。2001年5月23日，國(guó)務(wù)院頒布了“農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例”，規(guī)范了農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的安全評(píng)估和進(jìn)口管理，開(kāi)展中國(guó)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的全過(guò)程安全管理研究，試驗(yàn)，生產(chǎn)，加工，管理，進(jìn)出口活動(dòng)。同時(shí)，由部級(jí)會(huì)議，農(nóng)業(yè)部和縣級(jí)以上農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)主管部門組成的三級(jí)管理體系負(fù)責(zé)安全監(jiān)督。截至2013年底，原農(nóng)業(yè)部頒布了104項(xiàng)轉(zhuǎn)基因生物安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，依法行政的技術(shù)要求保證[24]。

總而言之，我國(guó)生物安全管理的制度框架和政策體系為轉(zhuǎn)基因作物的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化提供了基本條件。

6展望

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，世界人口每年增長(zhǎng)近8000萬(wàn)。目前，世界耕地表層土壤生產(chǎn)力約30%正在喪失[17]。中國(guó)作為世界上人口最多的國(guó)家，近年來(lái)耕地面積不斷減少，人口數(shù)量不斷增加，糧食安全已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要保障[25]。作為應(yīng)對(duì)糧食危機(jī)的戰(zhàn)略，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)已經(jīng)停滯不前，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力不斷減弱。與2015年相比，我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物的面積從2016年的第六位降到了第八位，從370萬(wàn)hm2降到了280萬(wàn)hm2，僅為美國(guó)的3.8%[26]。

在轉(zhuǎn)基因植物中，外源基因的隨機(jī)插入可能產(chǎn)生的負(fù)面影響，如基因沉默和內(nèi)源基因的突變，這都是研究者所關(guān)注的和需要解決的問(wèn)題[7]。如今，在作物的遺傳改良方面已經(jīng)出現(xiàn)了新的途徑，就是通過(guò)基因編輯的技術(shù)對(duì)植物內(nèi)源基因進(jìn)行定向改造，這一技術(shù)有望成為解決這一問(wèn)題的有力工具。CRISPR/CAS9技術(shù)是最近幾年迅速發(fā)展的技術(shù)，它具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，效率高，操作方便，成本低和靶位點(diǎn)分布廣泛的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于水稻和擬南芥[27]。然而，基因位點(diǎn)特異性修飾技術(shù)在植物中的應(yīng)用尚處于起步階段，相信在不久的將來(lái)，基因定點(diǎn)修飾技術(shù)將在植物研究領(lǐng)域必有質(zhì)的飛躍。

總的來(lái)說(shuō)，隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，為社會(huì)發(fā)展和人類健康帶來(lái)更多的效益。

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作者簡(jiǎn)介：孫睿（1987-），男，安徽省六安市人，本科，農(nóng)學(xué)學(xué)士，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：作物學(xué)。