中國轉基因作物發展路徑

目前，中國農業面臨著三方面的重大挑戰。首先耕地銳減，人均耕地面積不足世界平均水平的40%。其次，水資源匱乏，人均水資源佔有率只有世界平均水平的25%左右。再次，病蟲害、旱澇等自然災害頻發，環境惡化。 發展轉基因技術可以有效地緩解或解決這些問題。第一，轉基因農作物品種能夠顯著提高農作物產量，改善農產品的品質，確保中國的糧食安全。第二，進行抗性的轉基因育種還可以降低農藥、化肥的施用量，確保中國農業的生態安全。第三，通過開發功能性和治療性的食品，可以提高農產品的附加值，增加農民的收入。第四，通過對轉基因技術的研究、創新， 可以建立中國自己的生物技術研發體系，提高中國在這方面的國際競爭力。 轉基因農作物國際研發進展 國際上對轉基因農作物的研究已有30年歷史。目前，美國是種植轉基因作物面積最大的國家， 面積達6 950萬公頃，其後依次為巴西、阿根廷、加拿大、印度和中國。2012年中國轉基因作物種植面積為4百萬公頃，而且近十年來， 種植面積增長趨緩，而印度、美國、阿根廷等國家均在穩步上升。 2012年全球轉基因作物種植面積最大的是大豆，有八千多萬公頃，主要是抗除草劑轉基因大豆，其次是轉基因玉米，再次是轉基因棉花和油菜。2012年全球大豆的播種面積的81%、棉花播種面積的81%、玉米播種面積的35%和油菜播種面積的30%都種植著轉基因的品種。近期將要陸續推廣的一些轉基因品種包括轉基因抗旱玉米、轉基因氮高效利用玉米，以及富含β-胡蘿蔔素的金水稻。 轉基因作物帶來了巨大的經濟效益和社會效益，大幅度提高了農業生產力。在1996到2011年期間，作物產量增加估計達到982億美元；同時，少用殺蟲劑4.73億千克；在2011年減少231億千克二氧化碳的排放，有非常好的環境效益。 轉基因農作物的廣泛應用促進了農業生物技術產業的形成，徹底改變了種業的產業結構，大規模的併購與重組已於上世紀末本世紀初完成，種業已由原先的單一的種子經營過度到了育繁推一體化的經營模式。新技術的應用使種業的產業凝聚度大幅度提升，世界上最大的三家種業公司在全球種子市場上佔有份額已從1996年8%左右提高到2010年的35%。種業的國際化趨勢日趨明顯，跨國公司加速了全球種子市場的瓜分。 中國轉基因農作物發展現狀 中國轉基因農作物的研發總體上可以分為兩個時期。第一個時期，從1986年到2000年，目標是追蹤世界科技前沿，有所為有所不為，研究內容主要是基因克隆、植物轉化和轉基因農作物的大田試驗。第二個時期，從2001年至今，中國開展了自主創新研發，主要的研究內容是轉基因農作物的商業化生產，以及基因組測序和通過組學的手段進行基因克隆的研究。經過這兩個時期的發展和積澱，未來中國將要進行源頭的、根本性的創新。 中國批准商業化生產的首批轉基因品種包括：抗病毒番茄、耐儲存番茄、抗病毒甜椒、改變花色的矮牽牛以及抗蟲棉。其中抗蟲棉在商業化用途上成效顯著。2008年中國轉基因抗蟲棉種植面積已佔全國總植棉面積的72%。中國自行研製的轉基因抗蟲棉占抗蟲棉推廣面積的百分比也由1999年的7%增長到2008年的93%。1999年到2008年，中國累計推廣轉基因抗蟲棉2.2億畝，受益農戶超過3 000萬戶，減少農藥80%以上，減少的農藥使用量約為4.5萬噸。平均每畝增收節支220元，累計為國家和棉農增收節支大約400億元人民幣（郭三堆研究員提供），這些收益遠遠超過了國家對農業生物技術研究的總投入。 另外，中國在轉基因抗蟲水稻研製方面處於世界領先水平，目前已經通過了安全審批，等待產業化。另一個重要的轉基因農作物——轉植酸酶玉米，也已經通過了中國轉基因安全審批。抗鱗翅目害蟲的轉基因楊樹和轉基因抗病毒的番木瓜也已獲批進行商業化應用。 此外，中國自行研製的生產人血清蛋白和品質改良的轉基因稻米、抗蟲或抗旱的轉基因玉米、抗黃花葉病毒或抗旱的小麥、品質改良的轉基因棉花、抗除草劑的轉基因大豆等優良轉基因作物已完成了產業化前期的工作。 中國農作物重要基因的發現與克隆 轉基因農作物的核心知識產權是基因專利。如果轉基因沒有基因的自主知識產權，轉基因產業就無法很好的發展。中國在新的農作物重要功能基因的發掘與克隆方面取得了重要進展。已經克隆的基因有決定水稻高產性狀的理想株型基因IPA1， 決定水稻籽粒長寬比例的gl-7（t）基因，決定稻穗夾角角度的EP2基因，水稻穗形態相關的DEP1基因，耐旱相關的OsKIPa基因，與株高、產量、穗粒數相關的Ghd7基因，與穗發育、廣親和性相關基因等，以及抗稻飛虱的Bph14基因， 抗水稻重要病害水稻細菌白葉枯病的Xa26基因。 中國的作物基因組學研究 近些年中國在作物基因組學研究也取得了重大進展。首先，中國參與了國際水稻基因組計劃，完成了粳稻"日本晴』四號染色體的精確測序和功能解析工作；同期中國獨立完成了秈稻"93-11』的基因組草圖和完成圖，標誌著中國農業基因組學已經進入了世界基因組學研究的前列。2002年以後，中國的科學家獨立或者通過國際合作完成了其他許多重要作物的基因組測序，包括馬鈴薯、大豆、黃瓜、楊樹和番茄，以及近期完成的小麥Ｄ基因組和Ａ基因組的測序工作；同時，包括其他一些生物像鵝、朱?、血吸蟲、鯉魚、倉鼠等。 基因組研究的核心競爭力是生物信息學，這不僅需要大量的測序工作，還需要高性能計算機和高效率演算法。在這方面中國已經具備了上述基因組研究的核心競爭力，深圳華大基因研發中心現在已經成為世界最大的基因組測序中心。引領本世紀世界未來發展的兩大技術是生物技術和信息技術。《第三次浪潮》的作者托夫勒曾指出，在新的機遇面前，發展中國家和發達國家在同一起跑線上。在高新技術領域世界格局將重新洗牌，只要抓住機遇中國完全可以趕超世界領先水平。 中國轉基因產業化展望 從克隆基因到獲得轉基因植物，最後育成可用於生產的農作物新品種是一個複雜的過程。目前中國在DNA測序、組學研究、以及轉基因技術和分子育種各個環節上均取得了重要進展。問題在於如何將這些技術環節形成完整的技術鏈條和產業化鏈條，並最終實現轉基因作物的產業化。 抗蟲棉是應用成功的一個例子。中國批准商業化的抗蟲棉是分別由中國和美國孟山都公司自行研製的。在1997年中國自行研製的抗蟲棉僅占抗蟲棉推廣面積的一小部分，孟山都的占絕大部分。但到了2008年，中國的品種已佔主導地位，全面超過了國外產品。其中重要原因是中國結合使用了三系雜交棉技術和抗蟲棉技術，產量增加了20%以上，棉花纖維質量明顯提高，種子成本也明顯降低，因此具有了國際競爭力。從這個例子可看出，在對待國際競爭時， 我們一定要正面積極應對。 只有發展中國自己的轉基因產業才是正確的應對措施，通過引進、消化、模仿、吸收、自主研發和進一步創新以增強中國的科技競爭力。擔心國外的競爭而拒絕採用新技術最終將會導致中國種業徹底「崩盤」，那將是任何人都不願見到的結果。 另一個例子是中國的大豆種植業。1995年國際上大規模培育和應用轉基因作物的前夕，中國年生產大豆1 600萬噸，美國年生產量為6 000多萬噸。2012年美國年生產量提高到8 000多萬噸，而中國則降到1 260萬噸，在此期間，另外兩個主要大豆生產國阿根廷和巴西的產量增加了2~3倍。以上3個主要大豆生產國均大規模採用了轉基因大豆，不但增加了產量，同時還降低了生產成本，從而更具國際競爭力。1996年以前，中國是純大豆出口國，而現在最高的時候需進口大豆5 838萬噸，是中國大豆產量的4倍。國外廉價大豆價格衝擊了中國大豆市場，並導致中國榨油產業70%~80%的榨力被外國公司所控制。 未來，企業將是轉基因農作物育種研發、投資和應用推廣的主體。中國連續兩年中央一號文件都提到了種業問題，而且特別地強調轉基因和生物技術育種；同時，2011年國務院的八號文件也明確了關於種業發展的意見，這些重大決策將有效地推動中國種業的發展。（作者為中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室 彭永剛，張磊，朱禎 ）
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