深究农业转基因生物技术发展状况.doc

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深究农业转基因生物技术发展状况

人们在对自然规律熟悉和掌握的基础上，根据现代农业的需要，对原有生物的功能和结构进行“良性改良”或“塑造”，使其成为符合人们需求的类型，例如，抗病虫害、增加产量、改善营养结构等，整个过程中所采用的“改良技术”称之为农业生物技术。农业生物技术是人类对原始的自然存在或千年来小心保护的自然物种的变革［1］。邓家琼根据农业生物技术的技术形成要素、结构和形态变化，将其严格地区分为传统农业生物技术（遗传育种生物技术）和现代农业生物技术（转基因生物技术）两类［2］。吴汉东等把农业生物技术直接集中在转基因动植物领域，认为“农业生物技术很长时间以来重点研究开发的是转基因动物和植物”［3］。在农业生物技术中，无论与细胞工程中的花药培养技术、离体组织诱变、胚珠和幼胚培养，还是与染色体工程中的原生质体培养、胚胎工程相比，转基因技术的研究和开发是最具现实意义的一个优先领域，也是产业化最成功的一项生物技术。随着愈来愈多的生物技术产品从实验室走进千家万户，进入商品化阶段，农业生物技术尤其是转基因技术将会产生很大的社会、经济与环境效益。
1转基因生物技术在农业中的发展状况
自1983年世界上第一例转基因烟草问世后，1986年首批转基因作物被批准进行田间试验，1988年美国成功推出了世界上第一个商业化种植的转基因大豆作物，标志着转基因技术商业化的伊始。在诸多争论中，转基因技术在作物种植中的应用仍迅猛发展，成为应用较快的农业新技术［4］。国家农业生物技术应用服务组织（isaaa）统计数据指出，1996年批准种植转基因作物的国家有6个，2021年批准种植转基因作物的国家增加到18个，到2021年增加到25个，包括15个发展中国家和10个发达国家［5］。2021年的强势增长为将来全球转基因作物的增长提供了非常广阔和稳定的基础。预计到2021年，即商业化的第2个10年的最后一年，将有40个以上的国家批准种植转基因作物。同时isaaa对全球转基因作物的种植面积进行了统计，2021年全球转基因作物种植面积为125亿hm2，是1996年的67倍，占全球作物种植总面积的8%。其中，转基因大豆种植面积6580万hm2，高于2021年的5860万hm2，占全球转基因作物种植总面积的53%，名列第1;其次是转基因玉米，种植面积3730万hm2，高于2021年的3520万hm2，占全球转基因作物种植总面积的90%;转基因棉花种植面积1550万hm2，高于2021年的1500万hm2，占全球转基因作物种植总面积的12%;转基因油菜种植面积590万hm2，高于2021年的550万hm2，占全球转基因作物种植总面积的5%。我国是全球最早开发和应用转基因作物的国家之一。商业化种植的转基因农作物主要是转基因棉花，还有小面积的转基因马铃薯和南瓜［6］。2021年我国转基因农作物种植总面积为380万hm2，占世界转基因农作物种植总面积的3.3%，居世界第6位。其中，转基因棉花种植面积已达350万hm2，占全国棉花种植总面积的90%。转基因玉米方面，中国农业科学院生物技术研究所范云六院士的科研团队研究的转基因植酸酶玉米获得转基因作物安全证书［7］，标志着中国转基因玉米从此正式跨入产业化阶段，该研究所此前已将专利转让给中国奥瑞金公司。转植酸酶基因玉米可实现以环保、节能的农业生产方式生产“绿色磷”的梦想，具有巨大的产业优势和应用前景;在转基因水稻方面［8］，首次获得转基因生物安全证书的是华中农业大学张启发院士课题组的bt抗虫转基因水稻华恢1号和汕优63，为水稻转基因的发展打开了先河。
2转基因作物的利与弊
2.1转基因作物的优势
目前转基因作物为社会、经济和农业的可持续发展作出了巨大的贡献，概括为如下几个方面。
2.1.1提高产量和农民收益。从社会需求来讲，虽然杂交育种极大地缓解了全球的粮食问题，但世界人口增长十分迅速，粮食需求与供应的矛盾仍然日益突出。以我国为例，据推算，到2021年我国人口将达到16亿，而全国年需粮食将达到7200亿～8000亿kg［9］。按目前的增长速度，届时我国粮食的需求和生产能力之间将存在着1700亿～2021亿kg的巨大缺口［9］，我国将面临着粮食安全的严峻挑战。美国农业资源管理局（arms）的调查报告显示，绝大多数转基因农作物种植户的目的是希望通过控制病虫害来提高产量［10］;此外报告还指出，实际上种植转基因抗虫玉米比传统玉米增产9%，而且还减少了大量的人力、物力投入，有助于解决世界范围内的粮食问题。另外，对我国转基因棉花种植情况进行了调查［11］，结果表明，种植转基因抗虫棉在一定程度上增加了棉农家庭收入，其净产值和家庭经营及生活消费支出有较大的相关关系。
2.1.2改善品质，满足多元化需求。利用转基因技术提高农作物品质方面的研究也取得了很大进展，现已成功开发出油酸含量由原来的25%增加到85%的转基因大豆新品系硬脂酸含量由原来的2%提高到40%的转基因油菜种子及含油量提高25%的“超油1号”“超油2号”油菜品种［12］;以及富含铁、锌和va，能防止贫血病和预防va缺乏的水稻新品种等一批特优作物品种［13］。另外，目前按人们多元化的需求，通过利用一些有利基因，增加食物的品种和可口性。
2.1.3增强农作物抗逆性。抗虫、抗病毒、抗除草剂是目前主要的转基因农作物发展的方向，相关的分子机制研究在不断深入和完善。例如，沈法富等将抗盐碱罗布麻dna导入鲁棉6号，育成了2个耐盐碱品系，产量也有较大幅度的提高［14］。目前，国内的转基因水稻研究趋势主要是抗病虫害，并取得了一定的成果［15］，如中国农业科学院生物研究所林敏博士研究团队分离了一批具有自主知识产权的高抗草甘膦epsp合酶基因和n-乙酰转移酶基因，已获得抗草甘膦转基因油菜、玉米、小麦和棉花。郭三堆研究员主持研发的抗虫棉技术与基因专利;黄大昉教授研究团队分离克隆了众多的bt抗虫新基因，并成功转化到主要作物上。
2.1.4减少对生态环境的影响。种植抗病虫害、抗除草剂的转基因农作物可以显著减少作物生长过程中农药的使用量，从而降低农业生产对环境的污染。据isaaa报告，1996～2021年因种植转基因抗虫棉累计少使用杀虫剂有效成分约30万t，使全球农药对环境的破坏性影响降低了15.5%，2021年减少使用杀虫剂14万t［16］。此外，据了解，全球农业用水占淡水总量的70%，而到2021年人口将增加50%，达到92亿，这明显不能实现可持续发展［17］。在全球淡水资源日益紧张的情况下，预计未来具有抗干旱特性的转基因作物将对全球农业生产系统，特别是对干旱严重的发展中国家，具有更大的意义。
2.2转基因作物的潜在危险
2.2.1基因环境污染问题。①转基因作物通过基因漂移使得同种或近源野生种获得某种抗性而成为更加难以防除的“超级杂草”;②转基因作物会通过基因漂移，使得外来基因在农家种或野生种中固定，由于其具有竞争优势，会导致原品种的遗传多样性减小甚至丧失;③转基因作物本身可能“杂草化”。抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆的转基因植物，由于其在生存竞争性，如生长势、越冬性、耐受性、种子产量等方面强于野生植物，将会迅速地成为新的优势种群，进而可能演变成农田杂草［18］，尤其是对本身就具有很强的杂草特性的作物，如甘蔗、苜蓿、大麦、水稻、马铃薯、小麦等，由于具备了比原亲本植物更强的生存能力而有更多的机会变为杂草［19］，如此情况下，将会造成不可估量的农业损失和生态灾难［20］，如加拿大农田的“转基因油菜超级杂草”。
2.2.2粮食主权危机问题。从国家粮食安全角度看也是一个非常重要的问题，据绿色和平国际组织统计，目前我国颁发转基因作物安全证书的3个品种涉及的基因：bt、cpti和cpti/bt，均涉及多个国外公司和研究机构所拥有的专利。一旦商业化种植，这些拥有专利的国外公司很可能利用专利获取高额利润，甚至控制我国的农业。转基因大豆占据我国大豆市场的例子足以说明这个问题。另外，阿根廷的惨痛教训也值得深思和警醒。在南美大陆，阿根廷农业资源丰富，那里的传统农业曾是成功的典范。但是孟山都开始引进转基因大豆，最初阶段，为了吸引农户选用自己的品种，孟山都并不收取技术使用费，随后阿根廷成为了转基因大豆的“试验场”，阿根廷大豆市场被控制之后，孟山都开始向农民收取专利费用，尽管农户强烈抗议，阿根廷政府也意识到了转基因大豆动摇了其粮食安全但已无力回天。
2.2.3后续安全隐患问题。2021年11月，国家农业部的农业转基因生物安全委员会颁布了2个转基因水稻、1个转基因玉米的安全证书，此次颁发的转基因安全证书，简单来讲是中国的转基因技术向主要粮食作物进军，这在世界上是走在前端的，但是转基因作物的安全隐患一直是人们争议的热点之一。诸如：转基因作物使作物的抗虫性增强，试想昆虫都无法下口的水稻，对人体有没有危害。转基因作物里面到底转入了什么样的基因，对人体免疫系统有无危害，人们有权知道，国际上除了美国之外，像欧盟、日本、韩国都强烈反对转基因作物，美国虽然大规模种植了转基因大豆和玉米，但是其中大部分用于出口和做动物饲料，用做生物燃料等，是不是可以理解为转基因作物的安全性并不能保障。这样的强烈质疑比比皆是对主要粮食进行转基因，人们对其安全性不无担忧。尽管支持转基因作物的主要学者谈到获批的转基因水稻产品早在1999年就已经开始进行安全性评价，前后共有10多t的转基因水稻投入到动物试验中，除了研发单位外，还委托了国家疾控中心等专业第三方，进行了全方位的严格审查，但是10年的试验期限真的能保证转基因的安全性吗。答案是不确定的，这个不确定令人想起了太多的历史教训。一个广为人知的案例，即越战期间的“橙剂”除草剂案。越战期间，越共部队以丛林为掩护，与美军抗战，美国为了减少美军的伤亡人数，向南越丛林喷洒了7571万l的橙剂和其他有毒除草剂。如今战争已远去，但是这次喷洒的除草剂，不仅使480万越南人深受其害而且也使参与喷洒除草剂的美国退伍军人深受糖尿病、非霍奇金淋巴瘤和癌症等疾病的折磨，使他们的孩子备受出生缺陷和白血病等疾病的缠绕。据俄罗斯越俄热带中心公布的分析结果，橙剂对人的健康危害是长久的，时间上不止是10年，可能长达100年以上。因此，表面上看来安全有效的产品，很可能存在安全隐患，在多年以后可能会出现一些意想不到的危害。
2.2.4生物多样性保持问题。尽管转基因作物能够增加作物的生产力，可以提高土地利用率，从而少用农药，少用农田，避免砍伐森林，有助于保护生物多样性;但现实世界复杂得多，特别是存在因为管理问题，会造成转基因作物对其他作物的挤占，而且转基因品种大多由大公司运营，很容易形成少部分品种的垄断，威胁其他品种的生存，如墨西哥的“玉米基因污染事件”。
3转基因作物的发展前景
虽然人们对转基因作物的安全性仍心存疑虑，但同时潜在的优势使其种植面积逐步扩大，并产生了巨大的经济和社会效益。特别是随着世界人口的剧增，人均耕地面积的减少，自然资源的匮乏，农业土壤盐碱化，生态环境的恶化，利用转基因技术将能更加高效、快捷地培育出符合人们意愿的农作物品种，从而确保农业的可持续发展和粮食安全。
3.1种植农户开始接受转基因作物
从全球转基因作物种植面积的逐年大幅度扩增上来看，农户极高的种植率反映出转基因作物推广良好，并为发展中国家和发达国家的大型和小型农户带来重要的经济、环境、健康和社会利益［17］。另外，据了解，接近100%的重复种植率，这反映出农户对产品的满意度，产品能够带来明显的利润，包括更方便灵活的作物管理、更低的生产成本、更高的生产率和更高的单位面积净利润、健康和社会利益、通过减少使用常规农药而使环境更加干净清洁，这无疑对农业的可持续发展作出了重要贡献。
3.2复合型转基因作物是未来的需求趋势
从农户对转基因作物用种类型需求来看，复合性状是一个非常重要的特点，也是未来的发展趋势［18］，并且符合农户和消费者的多样化需求。据了解，很多国家，尤其是菲律宾、南非、哥伦比亚、阿根廷等发展中国家，希望将来能够推广复合性状作物。未来的复合性状产品将包括抗虫、耐除草剂和耐干旱性，加上营养改良性状，如增强型维他命原a金米。
3.3应加强农业科技创新能力，保障农业可持续发展
中国开放的转基因大豆领域，出现了几乎整个大豆产业被国外公司把持的事实，对我国有着十分深刻的教训。所以一旦在水稻、玉米、小麦等主要粮食作物上也重蹈覆辙，失去市场将是非常可怕的事情。黄大昉表示，是因为近年来我国对转基因大豆科研和生产缺乏扶持，特别是对转基因大豆发展的忽视，导致我国大豆技术水平和生产能力严重滑坡，无法适应国内对食用油和饲料产品迅速增长的需求。转基因大豆的教训表明，唯有发展和掌握转基因核心技术，提高农业科技创新能力，推动农业产业结构的升级，才能保障我国农业持续稳定的增长。
3.4加强转基因安全管理体系
复旦大学教授、国际生物安全研究学会主席卢宝荣指出，我国已经建立完善的转基因食品评价和管理体系［21］。任何一种转基因产品进行商品化，都必须进行严格的申报、审批，得到相关证实才能进行商品化。另外，上海交通大学教授、国家农业转基因生物标准化委员会委员张大兵指出，我国的转基因食品检测技术已经达到国际先进水平，与欧盟等地区的技术非常接近，转基因食品检测的时间也很快，这些说明我国的转基因食品安全有相对严格的保障，但由于转基因食品涉及面较广，安全管理体系仍应加强并提高其相应的要求标准。
4小结
转基因生物技术犹如一把双面刃，有着诱人前景的同时，也存在潜在的问题，谨慎思考的同时也不能裹足不前，因此应加强科普宣传，建立、完善转基因作物的管理体系和产业化政策，加快科研开发和知识产权的保护等，抓住转基因技术带来的发展机遇。

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