我国转基因水稻研究进展和商业化前景分析.pdf

专 论 与 研 究 D OI：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 6 8 0 8 2 2 0 1 2 0 6 0 0 1 中 国 弗 米 2 0 1 2，1 8(6)：1-4 我国转基因水稻研究进展和商业化前景分析 李黎红叶卫军郭龙彪(中国水稻研究所，浙江 杭州 3 1 0 0 0 6)摘要：基因工程技术在水稻品种改良上得到了广泛的应用，我国已成功选育了抗虫、抗除草剂、抗病、养分高 效、耐盐和高产等一系列转基因水稻品系，组合，转基因抗虫水稻研究处于世界领先水平。尽管中国为 2个抗虫转基 因水稻颁发了安全证书，但由于担忧转基因水稻的环境和食品安全风险，尚未准许产业化。中国转基因水稻仍处于 技术和品种储备阶段，离商业化生产尚有待时 日。本文就转基因水稻的研究成果、经济上的竞争优势和商业化进程 等方 面进行 了论述。关键词：转基因水稻；经济效益；安全风险；商业化 中图分类号：$5 1 1 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 6 8 0 8 2(2 0 1 2)0 6 0 0 0 1 0 4 转基因农作物对世界农业影响巨大。自 1 9 9 6 年以 来，全球转基因农作物商业化种植面积和销售收入均 以倍数增长。根据国际农业生物技术应用服务组织(I S A A A)2 0 1 0年的报告，1 9 9 6-2 0 1 0年，世界转基因农 作物的种植面积从 1 7 0万 h m 增加到 1 4 8 亿 h m ，上 升了 8 7 倍，同期种植转基因农作物的国家也从 6 个增 加到了 2 9个。全球已有 2 4 种转基因农作物的 1 0 0多 个品种批准商业化，仅 2 0 1 0年转基因农作物市场销售 金额已达 2 5 0亿美元，全球转基因农作物的研发和推 广势不可挡。水稻是世界上最重要的粮食作物之一，在我国粮 食生产 中占有举 足轻重 的地位。近 2 0年来，我国非常 重视转基因水稻的研发。2 0 0 8年，我国启动了转基因 重大专项，并取得了一些阶段性成果。2 0 0 9年农业部 批准 了 2 个抗 虫转基 因水稻 品系的安全证书；尽管 中 国为转基因水稻颁发了安全证书，但中国转基因水稻 仍处于技术和品种储备阶段，离商业化生产尚有待时 日。下面就我国转基因水稻的研究成果、经济上的竞争 优势和商业化进程等方面进行论述。1 我国转基因水稻研究成果丰硕 转基因水稻商业化关系到全球粮食供给，故一直 受到国内外重视。早在 2 0世纪 8 0年代，我国就加大了 水稻转基因科技研发和应用方面的投入，使我国成为 较早研究水稻基因工程、转基因水稻技术处于世界前 列的国家之一，已获得一大批有重要应用价值和自主 知识产权的基因，培育出一批抗病虫、抗逆和优良的重 大转基 因新 品种 和新材料。1 1 用于水稻遗传转化的基 因 目前，用于水稻遗传转化的基因至少有 1 0 0个以 上，根据基因的不同来源，可将这些基因划分为两大 类：即内源基因(水稻克隆基因)和外源基因(其他来源 基 因)。主 要 的外 源 基 因有 抗 螟 虫 基 因(c r y I A b、c r y l A c、c,y 2 a、c r y l C)、抗 褐 稻 虱 基 因(G M、S ”)、抗 B a s t a除草剂基因B a r、抗草甘膦除草剂基因E P S P s、维 生素 A合成途径 3 个关键酶基因、大豆铁结合蛋白基 因、耐盐基因(伽、C MO)、抗纹枯病基 因(C h i t i n e)、稻瘟病抗性基因(C h i t i n a s e、肼P)、抗白叶枯病基 因(抗菌肽 B)等。但这些外源基因大部分缺乏基因专 利，如抗除草剂基因 B a r。内源基 因：2 0 0 2年水 稻基 因组 基 本完 成测 序后，我国以水稻为龙头的功能基因组研究一直保持领先优 势，已获得一大批有重要应用价值和自主知识产权的 水稻功 能基 因，众多水 稻基 因包 括产量 性状 因子(，_ J、D E P 1、G W8、G I F 1、G n l、G s 3、g w 2、MO C 1)、抗 稻 瘟 病基 因(P i 9、P i 2、)、抗 白叶枯病基因(、X a 2 7、x a 5)、抗逆基 因(S K C )、抗虫基 因(职 H J )和米质性状 基因(A L K、G C 6,f g r)等，均已获得相应的转基因水稻。且这些基因大部分由我国科学家克隆，并已申请基因 专利，有的基因专利已授权，为开发具有 自主知识产权 和应用潜力的转基因水稻奠定了基础。1 2已培育 出一批有应用潜力的转基因新品系 1 2 1 抗鳞翅 目害虫的 B t 转基 因水稻 选 育的抗鳞翅 目害虫 的转基 因水稻有 B t 汕优 6 3、收稿 日期：2 0 1 2 0 8 2 7 基金项目：农业部生物新品种培育重大专项(2 0 1 1 Z X 0 8 0 1 1-0 0 1，2 0 1 1 Z X 0 8 0 0 1 0 0 3)1 李黎红等：我圈转基因水稻研究上 生 展和商业化前景分析 中 国 米 2 0 1 2，1 8(6)：1-4 华恢 1 号、明恢 8 6和克螟稻等系列 品系。B t 汕优 6 3、华恢 1 号 由华 中农业 大学等 单位把 既 基 因导入 水稻 植 株后选 育 了抗虫 的“华恢 1 号”和“B t 汕优 6 3”杂交 组合(珍汕 9 7 A 华恢 l 号)，对螟虫具有高度的抗性，初 孵 幼虫取 食抗虫 转 基 因水 稻 后一般 在 两天 内就会 死 亡，基本解决鳞翅 目害虫对水稻 的危害。2 0 0 9 年，这两 个品系获得了生物安全证书，说明抗虫转基因水稻已 具备商业化应用的基本条件。1 2 2 抗除草剂转基 因水稻 中国水稻研究所 1 9 9 8年开始培育抗草胺膦除草 剂 的转 B a r 基 因水稻 品系，如恢复 系转 T 2 0 7 0、直 播稻 T R 3和 T秀水 1 l 等，抗除草剂效果较好，还能用于杂 交水稻的去杂保纯。随后，中国科学 院亚热带农业生态 研 究 所 等 单 位 也 陆 续 选 育 了 抗 除 草剂 水 稻 新 品 系 B a r 6 8 1 和旱稻 2 9 7 T。近几年，中国水稻研究所又用新 型的抗除草剂基因 E P S P s，选育了抗草甘膦除草剂新 材料 A n t i G l、A n t i G 2。目前转 B a r 基 因水稻 已通过了 中 间试验、环境释放和生产性试验，正在 申请安全证书。1 2 3 耐盐和耐旱的转基 因水稻 中国水稻研究所 已将含 多个 耐盐和耐旱相关 基因(S K C 1、m t l D、C MO、B A D H)导入 到不 同的主栽 稻品种，已成功选育 了越秀 T 2 2 7 7为代表 的耐盐新 品系，已 申 请环境 释放。1 2 4 抗病转基 因水稻新品种 中国水稻研究所联合全国的优势单位，将抗白,i-枯 病 基 因 X a 2 1、X a 2 7、x a 5和 抗 稻 瘟 病 基 因 P i 9、P i 2、P i d 2导入到全国不同生态区域的主栽稻品种，也 已选 育了一 系列抗病转基 因杂交 稻恢复 系和常规粳稻新 品 系，并 已进入转基 因水稻安全评价 的不 同阶。1 2 5养分 高效转基 因水稻 浙江大学和南京农业大学等单位利用 N高效基因 硝酸根 转运体 基 因 O s N R T 2 3 b、磷 高效 基 因 O s P H F 1 和钾高效基因 O s A K T I 转入高产粳稻(华粳 2 9 5、秀水 1 3 4、武育粳 7 号)，培育了养分高效转基因水稻新品 系，并 已进入环境释放 阶段。1 2 6 高产转基 因水稻 利用克隆的 I P A 、0 c 等水稻重要功能基因，已 获得一系列不同分蘖梯度的水稻品系，为建立水稻“理 想株型”模型和超级稻分子育种奠定了基础。经过近 3 0 年的研究发展，经农业部批准我国至少 有 2 6 3 项转基 因水稻 进行 田间试 验(包括中问试验、环 境 释 放 和生 产 试 验)，8项 转 基 因水 稻 产 业 化 申请。2 表 1 抗 虫 转 基 因水 稻 的经 济效益 2 0 0 8年，我国启动了转基因重大专项，无标记的安全 转基 因技术 已相 当成熟，并储备 了一大批转基 因水稻 成果和有 自主知识产权的专利。这些条件为转基因水 稻商业化奠定了扎实的物质基础。2 0 0 9 年农业部批准 了 2 个转基 因水稻品 系(转 C r y l Ab C r y l A c 基 因抗虫水 稻恢复系华恢 1 号和相应 的杂交稻 B t 汕优 6 3)的转基 因生物安全证书，表明我国转基因水稻向商业化生产 又迈进一大步。同时也显示 了我 国政府对待转基 因水 稻商业化既大力推进又极为谨慎的科学发展观。2 转基 因水稻品种应用前景 转基因技术能带来巨大的经济潜力，被称为“人类 历史上应用最为迅速的重大技术之一”，同时也成为世 界各国增强农业核心竞争力的焦点。我 国成功培 育的抗螟、抗 除草剂、耐盐、氮磷 高效 转基 因和优质 等系列转基 因水稻 品种 品系，为我 国转 基因水稻的产业化提供了技术和品种储备。这不仅有 利于我 国在转基 因水 稻种业方 面抢 占国际制高点；而 且还将为农 民节本、增收和增效带来真正实惠。例如：据 2 0 0 3 2 0 0 7年湖 北、安 徽、福 建等地 试种 结果 的综合分析，转 基 因抗虫水稻 品种不需 要农药 防治螟 虫，仅 需防治一、两次 稻飞虱，每 6 6 7 m 2 可节省 农药用量 6 0 8 0，可减少农药 喷洒 次数 4次 以上，平均减少农药成本 3 2 1 元 6 6 7 1 1 q 2 x 喷药劳动力成本 2 O 元 6 6 7 m。；每 6 6 7 m 可增产 1 0 5 0 k g(一般 虫害越 严 重的区域，抗虫水稻反而越增产)，按稻谷价格 2 2元 计算，价值 2 2 1 1 0 元。这样节本增收 7 4 1 1 6 2 1 元(总经济效益=减少的农药成本+减少的劳力成本+增加 的产量 收入=3 2 1+2 0+2 2=7 4 1 元 6 6 7 m 2)(表 1)。按全 国年推广种植转基 因抗虫水稻 品种 6 6 7 万 h m 推算，增加社会经济效益可达 7 4 亿元 以上。显然，推广种植 李黎红等：我国转基因水稻研究进展和商业化前景分析 中 国稻 米 2 0 1 2，1 8(6)：1-4 抗虫转基因品种经济效益巨大，比同类常规品种增效 优势明显，商业化开发应用前景明朗。抗除草剂转基 因水稻，每 6 6 7 m 也可节省 4 0 0 1 4 0 0 g活性成分(除草剂)，节省喷除草剂劳动力成本 2 3次，产量可提高 9 以上，这样 节本增 收可达 8 0 元 6 6 7 m 以上。又如耐盐转基 因水稻增产效果也显著。转 基因水稻越秀 T 2 2 1 v 7 7在 0 8 盐碱池 中正常生长，增 强水稻抗盐碱能力。与对照相 比，增产 5 0 6 0 k g 6 6 7 m (约 1 5)，增收 1 0 0元 6 6 7 m ，经济效益显著。全国有 8 0 0 0 万 h m 的盐碱地，如能 推广耐 盐转基 因水 稻 品 系，则经济和社会效益显著。类似的其他抗病、抗逆、养分高效等转基因水稻，在增加抗性、减轻病虫害危害、改善农业生态环境、增 产和增效方面也同样明显，显示了转基因水稻品种在 经济方面的竞争优势，有利 于推 动我 国转基 因水稻 的 商业化发展。3 转基 因水稻商业化面 临的问题 2 0 0 9年 1 0月 2 2日我国政府批准 2 个转基因水稻 品系华恢 1 号和 B t 汕优 6 3 在湖北省安全生产应用，为推动转基因水稻商业化迈出重要一步。但是，我们必 须清醒地认识 到，获得 安全证书不等 于可 以立即实施 商业化生产。转基因水稻安全证书仅意味它取得“安全 资格”的门坎，转基因产品从田间到餐桌还要走很长一 段路。总之，我 国转基 因水稻有很大发展，越来 越接近 商业化，但整体仍处在技术和品种储备阶段，推广转基 因水稻时机尚未成熟，还面临诸多问题。3 1 转基因水稻作为主食的安全性问题没有定论 这次被批准获得安全证书的转基因水稻品系也是 经过长时间和大量的科学试验，遵循转基因“实质等同 性”以及“通晓性”原则获得大量数据。这是 目前国际上 公认的唯一可操作评价转基因安全性的方法。从本质 上讲，这种比较方法只能作转基因安全评估的起始点，不能完全排 除转基因 的绝对安 全风险。科研人员 为了 排除转基因食品长期食用可能产生的不安全风险，从 1 9 9 9年起连续多年使用转基因大米喂养小白鼠，做了 急性 和亚 急性 两类试验，从毒性、致 瘤、致畸、育性 多角 度验证其安 全性。由于在实验动物上短期的喂养试验的数据，不能 证明人类长期作为主食使用所带来的潜在风险，究竟 转基 因水稻作为人类主食长期食用会产生什么后果，对人类健康是否造成威胁尚无证据可循。但是，从近年 来不断公开报导结果看来，人类长期食用转基因食品 可能存在潜 在的不确定 风险。例如，2 0 1 1 年加 拿大研 究表明，B t 蛋白可以完整地进入人体，甚至胎儿的脐带 血中，这些状况会直接威胁人类食品安全和后代生育 安全吗?是否对人体健康产生危害，包括短期的直接危 害和长期的间接的累积效应。人们担忧，是否会像瘦肉 精或 D D T一样，长期使用后才会显现出对人类和生态 的危害?因此，转基因水稻作为主食在未获得人类长期 食用确切数据之前，其商业化要慎之又慎。3 2 国内外转 基因水 稻商业化 时机 尚不成熟 就全球而言，从 1 9 9 6年转基因农作物在全世界开 始商业化 以来，播种 面积快速增长，取得经济效益也相 当可观，种植 转基 因农 作物集 中在大豆、玉米、棉 花和 油菜，却没有赖以生存的主粮作物水稻和小麦。尽管有 报道伊 朗和美 国批 准商业化种植转基 因水稻，但试种 面积很少，也只是借助水稻作为载体，生产药物(如溶 菌酶、乳铁蛋 白、人血清蛋 白)。美国早已商业化生产 的 玉米、油菜，也是用作饲料和榨油的。不难想像，西方国 家对关系到每一个人健康、生命和后代的主粮转基因 商业 化是十分谨 慎的。另外，在 国际贸易 中，各 国都严 格控制转基因稻米入境。回顾国内情况，我国已批准的商业化转基因农作 物有 1 9种，作为食品加工原料的有 1 2 种，分别为大 豆、玉米、棉 花、油 菜、番茄、西葫 芦、甜瓜、番木 瓜、甜 菜、西麻、马铃 薯、甜椒，可是多 数并未 出现在市场上，只有木瓜一种转基因产品常能见到。这说明我国转基 因农作物商业化还存在许多问题，还没有推广开来。自从我 国批准 2 个抗虫转基 因水稻 品系的安 全证 书之后，各国加强了对我国稻米的进 口检查，严防中国 转基 因大米流入 当地。如果 当前推广种植转基 因水稻，势必丧失我 国稻米 的出口市场。所 以，目前推进转基 因 水稻商业化难度极大，时机 尚未成熟。3 3 转基 因水 稻对 生态 正负 两方面 影 响有待深 入研 究 任何一项技术发明都是一把双刃剑，一方面种植 抗虫转基因水稻可以减少杀虫剂用量，节约农业成本，也 有利 于环保；另 一方面，长期种植抗 虫转基 因水稻，靶标害虫一直处于 毒蛋白高浓度的胁迫下，害虫的 抗性会逐渐积累，最终形成高抗 的靶标害虫，结果 需要 喷施更 多的农药才能抑杀靶标虫害。而 肪 毒蛋 白 对非靶标害虫是不起作用的，久而久之，次生害虫会取 代靶标害虫成为稻田中优势害虫，出现新的生态格局。3 李黎红等：我国转基因水稻研究进展和商业化前景分析 中 国稻 米 2 0 1 2，1 8(6)：1-4 转基因抗虫棉商业化的经验告诫我们，随着 转基因 棉花大量种植，原先小规模种植不 可能发 生的潜 在危 害得以表现。无论发生上述哪一种现象，都不利于抗虫 转基因水稻商业化发展。抗虫转基因水稻还刚刚进人 大田试种，种植时间很短。抗虫转基因水稻商业化之前 必须取得可靠的数据，才能规避商业化可能带来的意 想不到 的挑战。3 4健全 转基 因水稻的管理制度任重 道远 现已获准抗虫转基因水稻安全证书，要实现商业 化 目标，按规定必须完成程序性步骤：品种审定程 序；(取得生产许可证书；建立转基因农作物产品转 运和储藏管理制度；建立转基因农作物加工管理制 度；建立转基因产品的标识管理制度。由此可知，转基因水稻商业化是一个严格的系统 工程管理体系。转基因水稻从种植、收获、储藏、运输、产品加工到投放市场，每一个环节都要监控，规避各种 安全风险，实现事前风险评估、生产监管、事后风险评 估等。早在上世纪 9 O年代初，借鉴国外经验教训，我国 也建立了一套全面、严格的规章制度，可在实际操作过 程中没有完全执行，以致 2 0 1 0年在武汉、长沙等地大 米市场上检测到转基因成分。国家尚未批准转基因水 稻商业化，市场上却已出现转基因大米，说明管理存在 漏洞，执行转基因规章制度不够严密，给政府管理部门 和科研人员 以严重警示。我国水稻生产以个体农户为主，一旦实现转基因 水稻产业化，隔离转基 因品种和常规 品种非 常困难，二 者容易混杂，将威胁我国优 良常规品种资源和野生稻 资源的保存，给非转基因农作物造成巨大损失。所以，健全转基因农作物管理制度刻不容缓。既使在美国，转 基因农作物管理上也出现过百密一疏的不安全风险。转基 因种子一旦进人食物链，会在市场上反复 出现，如 2 0 0 0 年美 国转基因玉米发生的“星联玉米事件”。因 此，我国转基 因水稻商业化之前，必须建立健全的规章 制度和强有力的监督体系，这是关系到我国人民生活 +一 一 卜 卜一 -+一 +一 +-+一+”+一+一+欢迎订阅以下期刊 杂交水稻 是由国家杂交水稻工程技术研究中心和 湖南杂交水稻研究中心主办的专业技术刊物。双月刊，大 1 6 开本，9 6页，每册定价 1 0 元，全年 6 0元。邮发代号：4 2 2 9 7。也可直接向本刊杂志社订阅，另加收挂号费全年 l 8 元整。请 将款邮至长沙市马坡岭远大二路 7 3 6号 杂交水稻 杂志社，邮编 4 1 0 1 2 5。或信汇中国农业银行长沙马坡岭支行，账户：湖 南 杂 交水 稻研 究 中心，账 号：1 8 0 3 5 8 0 1 0 4 0 0 0 0 5 0 7，电话：4 品质的头等大事，切不可仓促行事。建立可靠的管理体 系和监管体系是长期过程，这是预防和保障转基因水 稻商业化可能发生的不安全因素的防火墙，任重而道 远。综上，我国转基因水稻研究基础扎实，技术先进，研究成果不少，为转基因水稻商业化储备了优良的品 种。我国科技人员积极推动水稻产业化，也获得了有关 转基因水稻食品安全评估和环境安全评估的数据。但 这些资料只能说 是短期的、局部的，还要进行 长时间 的、深层次 的人群食用试验 和 田间环境安 全评估，只有 这样才能彻底排除转基因研究中具有争议的疑问。致谢：感谢黄 大年研 究员对 本论 文的指导和 宝贵 意 见。参考文献 1 陈浩，林拥 军，张启 发 转基 因水稻研究 的回顾 与展望 J 1 科学通 报，2 0 0 9，5 4(1 8)：2 6 9 9 2 7 1 7 【2】2 樊龙江，周雪平 转基因作物的安全性争论与事实【M 1 北京：中 国农业 出版社，2 0 0 1：1 0 1 7 3】郭艳芹 我国转基因科研投资的经济效益评估一以转基因水稻 为例 的实证分析【D】中国农业科学院，2 0 0 5：3 1 3 6 【4 黄大年，高振宇，华 志华，等 基 因枪法在水稻工程育种 中的应用 J 植物学通报，2 0 0 1，1 8(3)：2 8 3 2 8 7 【5】黄大年，王慧中，郭龙彪 水稻转基 因研究 及其育种【J 1 _ 北 京：中 国农业科技 出版社，2 0 0 6：1 6 9 1 8 2 【6】贾士荣，金芜军 国际转基因作物的安全性争论【J 生物技术学 报，2 0 o 3，l l(1)：1 5 【7】卢宝荣 我国转基 因水稻 的环境生物安全评 价及其关键 问题分 析【J 农业生物技术学报，2 0 0 8，1 6(4)：5 4 7 5 5 4 【8 唐丁，郭 龙彪，钱前 水稻 转基 因技术与 转基 因水稻【J 1 中国稻 米，2 0 0 5(5)：5 7 【9】吴孔明 我国B t 棉花商业化的环境影响与风险管理策略【J l _ 农 业生物技术学报，2 0 0 7，1 5(1)：1 4 【1 O】薛 大伟，马丽莲，姜华，等 抗除草剂 基因水稻的安全性 评价f J 1 农业生物技术学报，2 0 0 5，1 3(6)：7 2 3 7 2 7 【l 1 朱祯 转基 因水 稻研发 进展 f J 1 中国农业 科技 导报，2 0 1 0，1 2 (2)：9-1 6 一+一一 +一 一-一一 +一 一+一+一 +一 一+一+一+一+一+一+一+一+0 7 3 1 8 2 8 7 2 9 5 5、8 2 8 7 2 9 5 4、8 2 8 7 2 9 6 1；E ma i h j h y b r i c e 2 1 1 8 c a，z j s d z z s 1 6 3 c o rn；h t t p：H z j s d c b p t c n k i n e t。河北农机 是由河北省农业机械化研究所、河北省农 机学会主办的科技期刊。双月刊，大 1 6开，每期定价 1 2 元，全年7 2 元。邮发代号：1 8 3 2，也可直接向编辑部订阅。地址：石家庄市和平西路 6 3 0号 河北农机 编辑部，电话：0 3 1 1 8 7 6 5 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