2.2 转基因植物产业化发展现状与趋势

2.2.1 国际上转基因生物育种的应用

农业转基因技术打破了物种间的限制，为培育具有优良特性和品质的作物品种提供了有效途径，因而生物技术特别是农业转基因技术在全球得到迅速发展和应用，农业转基因作物种植范围和面积不断扩大。

据国际农业生物技术组织（ISAAA）统计，2017年，已批准商业化种植转基因作物的国家达到24个。排在前五名的转基因作物种植国是美国、巴西、阿根廷、加拿大、印度，其大豆、玉米和油菜转基因应用率的平均值都超过90%。另外，有43个国家或地区进口转基因作物用于粮食、饲料和加工。

根据《中国生物产业发展报告2010年》提供的数据，国际上将抗除草剂和抗虫的转基因作物（棉花、大豆、玉米）称为第一代转基因作物，第一代转基因作物的产业化规模在全球快速扩张。

在众多的转基因作物中，转基因大豆是世界上种植区域最广、种植面积最大的转基因作物。自1994年第一例转基因大豆进行商业化生产以来，其生产面积呈现出快速增长的趋势，2009年全球转基因大豆种植面积达6920万公顷，约占全球9000万公顷大豆种植面积的3/4，约占转基因作物种植总面积的52%。转基因大豆的生产国包括美国、阿根廷、巴西、巴拉圭、加拿大、南非、乌拉圭、墨西哥、玻利维亚和哥斯达黎加等10个国家，批准转基因大豆进口与种植的国家和地区共计23个。2009年，美国大豆总播种面积达3140万公顷，其中91%以上为转基因品种；阿根廷的这一比例则高达99%。

全球转基因玉米种植面积规模也在不断增长，自1996年商业化种植以来，2009年已达到4170万公顷，占全球玉米种植总面积的26%，占全球转基因作物种植总面积的30.6%。2009年，种植转基因玉米的国家有16个，包括美国、巴西、阿根廷、加拿大、南非、乌拉圭、菲律宾、西班牙、智利、洪都拉斯、捷克、罗马尼亚、葡萄牙、波兰、斯洛伐克和埃及。有21个国家批准应用转基因玉米产品（籽粒及其加工品），包括中国、日本、韩国、澳大利亚等。

全球种植转基因棉花的国家有11个，分别是美国、阿根廷、巴西、印度、中国、南非、澳大利亚、墨西哥、布基纳法索、哥伦比亚、哥斯达黎加。2009年，世界转基因棉花种植面积达1610万公顷，占全球3500万公顷棉花种植总面积的46%。转基因棉花在美国、澳大利亚和南非的全国种植比例占90%以上。双性状复合型转基因棉花占到美国所有转基因棉花的75%，澳大利亚的这一比例为81%、南非的这一比例为83%。

同时，转基因作物发展的新动向是将第二代转基因作物推向市场。相对于第一代转基因作物具有的抗除草剂和抗虫的性状之外，第二代转基因作物转基因性状包括品质、耐逆境（旱、盐、冷等）、抗病、种子生产系统（Seed Production System）等。

目前，全世界有美国、中国、日本、印度、韩国、伊朗、菲律宾等多个国家已经开展转基因水稻研究。改良的性状主要包括抗除草剂、抗虫、抗病、耐逆境（冷、旱、盐等）、雄性不育、肥料高效利用、品质改善以及特殊用途转基因作物性状，如产生药用蛋白等特殊性状。截至2009年年末，全球有伊朗、美国和中国批准了转基因水稻的产业化生产，但规模很小。

现有主要产品是2001年美国农业部批准治疗性转基因水稻种植面积45公顷左右，到2005年批准种植面积扩大到130公顷，2007年增加到1387公顷。2004年，伊朗成为世界上第一个批准作为粮食用的Bt抗虫转基因水稻产业化的国家，2005年的种植面积约4000公顷，但近年情况不详。2006年，美国批准了抗除草剂转基因水稻品种的商业化种植，但至今没有大面积种植。2009年8月，中国政府对华中农业大学研发的Bt抗虫转基因水稻“华恢1号”和“Bt汕优63”颁发了安全生产证书，但尚未进行商业化种植。

2.2.2 国内转基因植物产业化进展

我国政府自从改革开放开始，便把现代生物技术的发展列为保障国家的粮食安全和占据未来国际研发前沿领域的重大战略之一（农业部科教司，2000）。我国的生物技术在国家的大力支持下得到了长足的发展。我国虽然与一些发达国家相比还存在一定的差距，但总体上已领先于其他发展中国家，在某些农作物的转基因研究上已经处于世界领先水平（张启发，2003; Huang等，2002），尤其是棉花和番木瓜。例如，Bt抗虫棉的广泛应用，在减少农药施用、保护环境、减轻农药中毒等方面取得了极其显著的经济和环境效益（Huang等，2002；苏军等，2000；贾士荣等，1999），成为转基因农作物推动农业发展的成功典范之一。

转基因抗虫棉是我国研究开发最为成功、最早实现大规模产业化生产的转基因作物，并使我国成为继美国之后第二个拥有抗虫棉自主知识产权的国家。

20世纪90年代棉铃虫大爆发，我国863计划迅速于1991年启动转基因抗虫棉研究项目。1992年，中国农业科学院生物技术研究所率先成功完成了Bt基因的人工合成和高效植物表达载体的构建，并与国内科研单位广泛合作，采用我国科学工作者独创的花粉管通道法，将Bt基因导入棉花主栽品种，1996年成功研制出拥有自主知识产权的转基因抗虫棉。但是，1997年外国抗虫棉进入我国，1998年我国抗虫棉95%的市场份额被外国抗虫棉垄断。面对严峻的现实，国家加大了对转基因抗虫棉的研发力度。2002年，国家以优势育种单位和转基因优势单位中国农科院棉花研究所为主体，开始建设“国家转基因棉花中试及产业化基地”。目前以该基地为核心，我国建立起了较完善的包含六大技术体系（基因挖掘技术体系、分子育种技术体系、基因工厂化转化体系、中间试验体系、可持续发展的技术保障体系和产业化开发体系）的转基因棉花研发平台，为我国转基因棉花的研发奠定了坚实的基础。在一系列项目和计划的大力支持下，我国转基因抗虫棉研发取得了突破性进展。2009年年底，我国已获审定的抗虫棉品种共有170个，累计推广面积达0.24亿公顷，直接为棉农带来收益585亿元。2009年，我国转基因抗虫棉面积已达380万公顷，占全国棉田总面积的70%，其中国产抗虫棉占93%以上。目前，国产抗虫棉亟须解决的问题是首先遏止黄萎病和次生害虫日趋严重的发展势头，其次要全面提高纤维品质，还要采用转基因技术培育耐盐耐旱棉花品种，这些对确保我国棉花生产的长期稳定发展具有重要的战略意义。

未来我国转基因棉花的研发将围绕解决重大生产问题，开展以下领域的研究：第一，具有我国自主知识产权的新类型转基因抗虫棉的研制、双抗虫转基因棉花的研制，并逐步替代现有的单基因转基因抗虫棉，以确保抗虫性的持久性。第二，抗除草剂转基因棉花的研究，特别是抗虫、抗除草剂双价转基因抗虫棉的研制，以提高植棉效益。第三，抗盐、旱、高温、低温等非生物逆境的转基因棉花的研究，以拓宽棉花的种植区域和环境适应性。第四，高品质转基因棉的研究与应用，特别是纤维强力的提高和长度、强度及细度的合理搭配，以增强国产原棉的国际竞争力。第五，抗黄萎病、盲蝽象以及抗蚜虫转基因棉的研究与应用，以确保棉花高产、稳产、优质。

棉花基因工程目前在研产品有三种：一是利用基因工程方法培育抗除草剂的棉花品种。美国培育出的转基因抗溴苯腈和草甘膦的棉花品种，已大面积用于商业化生产，而且多是把Bt基因与抗除草剂基因导入同一棉花品种中，使其既抗棉铃虫，又抗除草剂。目前我国这方面的研究已取得明显进展。二是利用基因间的协同作用提高植物对各种病害抗性。在提高棉花对黄萎病抗性方面，利用基因间的协同作用已经取得一定成效，但主要集中在几丁酶、β-1、3-葡聚糖酶等基因。三是抗虫、抗病、抗除草剂和优质等性状复合育种是当前的棉花品种培育热点，但由于转基因技术和载体构建等限制，多基因转化的成功率尚需进一步突破。近年来，棉花基因工程研究的热点问题之一是转纤维改良基因研究，利用转基因技术改进棉纤维性能，目前研究已取得了一定进展。热点之二是转基因抗病、抗棉蚜、耐旱、耐盐碱棉花，国内已有多家研究单位获得了转抗旱、耐盐基因材料，但仍处在试验研究阶段。同时，多基因聚合的复合性状（转双基因和三基因的转基因）也正成为转基因技术研究的重点。

转基因抗病毒番木瓜获准生产应用，标志着我国开始将直接食用的转基因农产品进行产业化推广。

通过转移病毒外壳蛋白等基因获得的抗病毒番木瓜，对生产起到有效的保障作用。这项技术已完成生产性试验和生物安全性评价，于2006年获得农业部颁发的安全证书，允许在广东省生产销售，并于2010年再次获得农业部颁发的安全证书，生产领域扩大到华南地区。这是国内首次获准种植转基因水果，也是实施严格管理多年来第一次批准新的转基因作物在生产上推广应用。

未来可期的是抗病虫转基因水稻的产业化。稻米的主要用途是作为粮食被人直接食用，因此转基因水稻的食品安全问题备受关注并存在争议，限制了转基因水稻的产业化步伐。随着转基因技术的不断完善及人类对转基因水稻安全性的控制和认同，转基因水稻的未来市场是巨大的。我国转基因水稻的研究发展迅速，总体上已达到国际先进水平，部分内容属国际领先，我国在水稻杂交育种方面，如抗虫、抗病、抗逆以及品质改良的转基因水稻育种在国际上具有较强的技术优势，已育成一批抗病虫性好、产量高、品质优的转基因水稻品系。按照国家现行转基因生物安全管理办法的规定，自1999年开始，分别在湖北、福建、安徽等省完成了中试、环境释放、生产性试验等安全评价程序。我国政府于2009年为抗虫转基因水稻“华恢1号”和“Bt汕优63”颁发了安全生产证书，有效期5年，准予其在湖北省范围内进行种植。实际上我国已经在转基因水稻产业化道路上迈出了关键的一步。我国作为世界第二大水稻种植国，更是第一大水稻生产国和消费国，我国要利用在水稻品种研发上具有的比较优势，争取占领转基因水稻未来市场的较大份额。

我国在转基因水稻研究技术方面的进展与国际上同步，在籼稻基因组测序、抗病虫转基因水稻研发以及多基因共转化等领域居领先地位。在水稻基因组测序方面，继2001年我国公布了世界上第一张籼稻全基因组工作框架图，2002年完成了世界首张水稻基因组的“精细图”, 2005年完成了粳稻（日本晴）4号染色体的精确测序之后，2010年我国科学家又完成了普通野生稻全基因组框架图谱的绘制，对100个以上的水稻品种进行了重测序。在水稻功能基因组研究方面，我国已创制T-DNA插入水稻突变体近30万个，正在水稻基因功能分析、基因克隆等方面发挥作用。在功能基因克隆方面，我国新近克隆了水稻理想株型基因OsSPL 14，可能在转基因超级稻研发方面会发挥作用。

目前，我国转基因水稻研究主要涉及抗病、抗虫、抗逆、品质改良、生物反应器、功能性和高产等，培育了一大批转基因水稻新材料。我国建立了水稻高效的转基因技术体系。水稻转化效率从40%提高到83%，具备了年转化5000个基因的能力。在无选择标记、选择标记基因删除、多基因共转化等核心技术创新方面也具有较强的创新能力。华南农业大学研发的水稻多基因转化系统（multigene-stacking Ⅱ）可以将5～8个基因装入同一个载体进行转化，该系统已获得发明专利，我国拥有独立的知识产权。

虽然我国转基因水稻研发取得了较大进展，但也存在一些问题与挑战。例如，在功能基因发掘方面尽管近年来发表了大量的相关论文、申请了大量的专利，但很少有基因进入田间测试来评估其育种利用价值，其结果是具有自主知识产权、有商业利用价值的基因非常少，严重阻碍了转基因育种的可持续发展。

具有重要饲料营养及工业价值的是转基因玉米。我国转基因玉米研发主要集中于增强抗病虫性和抗逆性、改良品质、提高养分利用效率等方面。目前，转植酸酶基因玉米已通过安全评价，具备产业化基础。此外，转Bt基因抗虫玉米（cry1 Ah等）已进入安全评价的环境释放阶段，抗盐碱、高赖氨酸、抗除草剂转基因玉米进入中间试验；抗旱、淀粉品质改良、氮磷高效等转基因玉米已获得稳定株系。

在我国，除青藏高原玉米区未见玉米螟报道外，玉米螟广泛分布于全国各玉米种植区，每年造成减产10%～30%。因此，转基因抗虫玉米在中国的产业化将带来巨大的社会效益、经济效益和生态效益。我国自主育成的转植酸酶基因玉米，种植应用后将为我国食物安全和生态安全做出贡献，因为家畜和家禽会更容易消化饲料中的磷，在促进生长的同时还可以减少粪便中的磷污染，农民也无需另外购买磷酸盐肥料添加到饲料中，从而降低成本，减少设备和劳动力需求，并将产生巨大的经济与社会效益。

目前，我国转基因玉米技术研究致力于不断优化农杆菌介导法、基因枪介导法、花粉管通道法等遗传转化方法，构建规模化转基因技术体系，提高转化效率。同时，在多基因转化、基因删除等研究方面也取得了较大进展。我国自主创立了基于玉米芽尖的转基因技术体系，利用这些技术获得了抗玉米螟、耐盐碱、氮高效利用的转基因玉米株系。目前，采用转基因技术结合分子标记辅助选择及常规育种技术，我国已积累了一大批抗虫、抗除草剂、抗旱、耐盐碱、养分高效利用的转基因玉米新材料。2009年，转植酸酶基因玉米已获得生产应用安全证书；转Bt基因抗虫玉米（cry1 Ah等）已进入安全评价的环境释放阶段；抗除草剂、耐盐碱等转基因玉米进入中间试验；抗旱、氮/磷高效利用、淀粉品质改良等转基因玉米已获得稳定株系。我国已克隆出一批具有重要应用价值的基因及调控元件。按其功能分类主要包括：抗虫（玉米螟等）、抗除草剂（EPSP等）、耐旱（DREB、AP9等）、耐盐碱、品质改良（高直链淀粉、油脂、蛋白质和维生素）、养分高效（氮高效、磷高效）等。目前，这些基因正在进行育种价值评估。

最后，我们还必须论及转基因大豆。目前，转基因大豆涉及的转化体共15个，其中11个转化体是抗除草剂，4个转化体与改变油含量有关，都来自美国公司。全球种植面积最大的转基因大豆是抗除草剂转基因大豆。抗除草剂大豆品种主要有两类：第一类也是目前世界生产上利用最多的孟山都公司的抗草甘膦大豆品种“Roundup Ready”，已通过了20个国家的食用或环境安全性评价，中国于2004年向其颁发了食用安全证书。孟山都公司的第二代抗除草剂大豆“Roundup Ready 2 Yield”（MON89788）大豆由于其受体品种产量较高，更兼具有抗除草剂和高产特性，我国于2008年向其颁发了食用安全证书。第二类是拜耳作物科学公司的抗草铵膦大豆品种“Liberty Link”。我国于2008年向拜耳作物科学公司的“Liberty Link”（A27O4-12）大豆颁发了食用安全证书。这种大豆也在2008年9月进入欧盟市场，欧盟委员会同意将这种大豆用于生产、加工食品以及饲料，批准的有效期为10年。

目前，我国已成为世界上最大的大豆进口国。转基因大豆已经成为我国大豆油生产的主要原料。2009年，我国大豆进口量达到4255.2万吨，已远远超过我国的大豆总产量1450万吨，进口大豆已占国内需求量的3/4。我国大豆平均单产1652千克/公顷，美国是2600千克/公顷。由于国内转基因大豆研发相对滞后，对于转基因大豆的研究大多还停留在研究阶段，目前还没有转基因大豆品种投入生产，我国大豆产业的国际竞争力急剧下降，难以抵挡美国、阿根廷、巴西等转基因大豆主产国的巨大冲击。因此，加快具有自主知识产权的转基因大豆的研发及其产业化的社会意义和经济意义十分重大。

我国转基因大豆新品种的研发取得了进展，已获得了一批具有自主知识产权的关键基因，逐步优化了大豆遗传转化体系，已经培育出适合我国不同生态区种植的转基因大豆新品系以及一些高世代材料。其中，具有代表性的进展有：第一，抗除草剂。转GAT和EPSPS双价基因大豆高抗草甘膦，其中12个材料已进入中间试验。第二，抗逆。转AtNHX1基因大豆用不同浓度的NaCl溶液处理，在营养生长期和生殖生长期的耐盐性都得到了很大程度的提高，已经获准中间试验。转TaDREB 3基因大豆在干旱和盐碱胁迫下，产量明显高于野生型植株，已进入中间试验。第三，高油。通过转反义PEP基因，含油量明显比受体品种提高，有些品系提高近4%，达到23.26%，其中2个材料获得环境释放证书。第四，抗病虫。转cry1 A和CpTI双价抗苜蓿夜蛾大豆，完成中间试验材料4份，其中2份材料进入环境释放；4份高抗蚜虫材料获得环境释放证书；获得转chi和rip双价高抗大豆，完成中间试验材料2份，获得环境释放证书2份。第五，钾高效。拟南芥钾离子通道AKT1、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶CIPK23、钙感受器CBL1和CBL94个基因单独及多个组合，已获得钾高效利用早熟多抗高产的转基因太豆材料，已经获准中间试验。今后我国转基因大豆的研发主要围绕三个方面展开：第一，具有自主知识产权的重要基因的获得。第二，规模化、多基因转基因育种技术的研发。第三，新型转基因产品的研发。为突破水资源短缺和其他逆境条件等限制农业发展的“瓶颈”，培育以抗旱、抗寒、盐碱等非生物逆境作物为代表的转基因作物将成为未来生物技术产业发展的重要方向。注重来源于农作物自身的“绿色基因”的开发利用，也是包括大豆在内的转基因作物育种的重要方向。

2.2.3 转基因植物技术及其产业化发展的特点和趋势

植物转基因技术及其产业已是各国政府和跨国公司支持与投资的重点。发达国家政府在发现植物转基因技术潜在的巨大效益后，纷纷出台国家级研究计划，逐年加大转基因植物研发投入。1998年，美国政府开始实施“植物基因组计划”，涉及水稻、玉米、小麦、棉花、油料等主要作物，当年专项投资达4.4亿美元，1999年增至15亿美元。2000年生命科学研发投入占国家研发总投入的49%, 2003年美国生物技术研发费用高达420亿美元。同时，许多国家把植物转基因技术产业作为新的经济生长点来培育，采取加强领导、增加投入、吸引人才、抢占专利、培育产业等各类措施，抢占制高点。正因为如此，国际上跨国公司和金融机构纷纷把资金投入植物转基因技术产业，企业已成为植物转基因技术研发的主体。在世界转基因作物市场上，美国孟山都公司占据了80%的份额，杜邦公司占3%。德国安万特公司、巴斯夫公司和瑞达公司各占5%～7%，美国孟山都公司和杜邦公司两家公司在该领域已经或即将投入达110亿美元，基于拥有知识产权的功能基因在植物转基因技术产业化发展中的巨大潜力，许多跨国企业都竞相投资，植物转基因技术及其产业化的国际竞争日趋激烈。

转基因作物研发及产业化涉及自主基因获得、基因转移和转基因作物培育、转基因作物产业化推进等多个环节。近年来，转基因作物研发和产业化进程呈现出以下鲜明的发展特点与趋势：

一是对重要基因的自主知识产权和技术专利的争夺加剧。由于新基因具有极高的直接积极回报和潜在经济价值，各国纷纷投巨资于种质资源功能基因的大规模挖掘，抢注基因专利、垄断知识产权，为新兴产业发展抢占先机和战略制高点，世界前10大跨国种业公司在这方面专利份额达到了50%～60%，美国、日本、澳大利亚等国拥有全球70%以上的水稻基因专利、90%以上的玉米基因专利、80%以上的小麦基因专利和75%以上的棉花基因专利。在我国，截至2009年年底申请的2803项农作物转基因技术专利中，国内科研单位和大学申请的不到15%，其余85%的农作物基因产权专利被孟山都公司、杜邦公司和先正达公司等3家跨国公司拥有，形势严峻。

二是加快基因工程、分子标记、分子设计、辐射诱变等重大关键技术研究，驱动产品更新和产业化步伐。全球转基因种子市场由1996年的1.15亿美元增加到2008年的75亿美元（占全球种子市场的20%），年增长率13.6%（为常规种子市场增长率的1倍多），全球转基因作物种植面积增长了74倍，基因工程等重大关键技术成为近年来发展最快的技术。

三是实施全产业链战略，提高产业聚集度。以生物种业为例，通过合资、并购、参股等方式，美国本土和美属跨国企业控制了全球约50%的种子市场、70%的基因专利、40%的商用种质资源。在国际棉花种业市场上，孟山都和拜耳两家公司各以近45%的份额占据了全球市场的90%。我国赋予种子企业经营主体、技术创新主体、参与国际竞争主体等职责，企业围绕市场需求，从种质、技术、专利、育种、区试、繁育、加工、销售等环节，统筹规划，统一组织一体化、流水线式的作业，整合产业资源、完善产业链条、抢占产业上游的龙头，以“官、产、学、研”一体化或者“育、繁、加、销、服、融”一条龙的专业化产业链组织形式，实现技术高端化、布局全球化、生产本土化、加工精深化、管理精细化、服务社会化、效益全环节化，以获得对整个产业链的有效控制和利用。

四是高度重视创新能力建设。创新研发模式以增强自主创新能力，快速提升生物产业的核心技术获取能力、关键技术突破能力、中试能力、转化能力、技术集成能力、产业化能力、产品化能力、技术服务能力与市场策划营销能力为目标。企业定位为技术创新目标的提出者、内容的组织委托者、产品研发的投资者和专利成果的拥有者，以商业合同委托专家实施研发计划，利用全球研究机构和大学的智力资源发现与收购有价值的基因、技术、方法、专利，呈现出高度的计划性。

五是健全生物农业产业的政策法规体系。生物农业产业处于发展的关键时期，各国纷纷制定相应的法规、政策（金融、财政、投资、税收等），推动和促进生物农业产业健康发展。

六是强化国际交流与合作。双边、多边或国际组织间的国际合作，领域越来越广、范围越来越宽、层次越来越深、规模越来越大、强度越来越频繁，广泛参与农业生命科学研究、农业生物技术创新和生物产业发展研究，共享资源、信息和成果，进行人才交流和培养，实现跨越发展、多赢发展和共同发展。

以基因工程、分子设计等技术为核心支撑的生物农业产业已成为美国等发达国家调整产业结构和全球布局、抢占新一轮国际分工的战略基点，其纷纷将发展生物经济作为新兴主导产业的竞争前沿和核心内容。

我国在生物农业技术创新及产业化方面经过多年的积累和发展，也取得了长足的进步，转基因育种产业化取得阶段性突破。截至2009年10月底，我国已经累计有7种转基因植物通过了商品化生产许可，分别是耐贮藏番茄、变色矮牵牛花、抗病毒甜椒和辣椒、抗病毒番茄、抗虫棉花、抗虫欧洲黑杨、抗病毒番木瓜。拥有我国自主知识产权的转基因抗虫水稻和转植酸酶基因玉米于2009年11月27日获得国家发放的生产应用安全证书，这一里程碑性的事件使得我国成为全球首例推出抗虫水稻和转植酸酶基因玉米，并开始进入商业化育种和产业化应用程序的国家。转基因水稻和玉米在中国的批准将会推进并加速转基因作物在其他发展中国家的决策过程，尤其是类似于中国的亚洲国家，这些国家同样面临粮食自给自足的挑战和2015年“千年发展目标”，即减轻贫困、饥饿和营养不良，增加小农户的收入。

但与美国等发达国家相比，我国在生物农业产业的知识产权与技术专利意识、核心技术、创新能力、龙头企业、企业技术创新主体、公共市场服务体系发展上以及相关的管理、政策、立法建设等方面存在一定的差距。