转基因作物在美国未来的方向、发展与应用

摘要：2013年，美国生物技术作物种植面积达到了7.01千万公顷，占全球种植面积（17.5千万公顷）的40%，其平均普及率近乎达到了90%。美国大多数目前被认证的生物技术作物都是集中于改良农艺性状，其中尤其以生物逆境为多。在不远的将来，焦点仍会放在农艺性状特别是害虫的防治上，同时由于气候变化及耕地利用等一系列的外部环境压力不断增大，人们在非生物逆境胁迫的耐受方面也越来越有兴趣。农业生物技术不仅帮助世界范围内的农民提高农作物产量，改善土地的生态状况，同时可以提高资源的利用效率。这些技术的使用减少了耕作活动（这可以降低二氧化碳等温室气体的排放）、降低了水土的流失和燃料的消耗。先进的害虫控制技术在增加现有土地的产量的同时也降低了将森林和荒地变为可耕地的压力。如果失衡且不基于风险的监管政策、起作用的虚假宣传、资源的缺乏等仍然那么普遍，那么不仅是环境收益，就连改善营养品质、减少采后损失和增强食物安全等方面的潜力也难以发挥出来。


据估计，为了满足2050年世界人口对粮食的需求，全世界必须用更少的土地，更少的水、能源、化肥和农药等投入来增产70%-100%。这就需要更先进的粮食作物生产体系来应付一系列的变化，包括日益增长的人口；急速变化的气候；逐渐减少的资源；逐渐变化的饮食习惯以及消费者对安全、高质量、营养丰富且便利的食品的需求。为应对这些变化，需要有创新的技术来保证人体可获得的、经济上实惠的富含营养的粮食的充足供应。从粮食缺乏的内陆城市到许多地区的不毛之地，健康的饮食依旧是难以保障的。只有在发达国家和发展中国家都能广泛使用的技术才能消弭两者之间在食品上的不平等。与发达国家急剧增加的肥胖、心血管疾病、糖尿病、癌症以及相关的疾病形成鲜明对比的，则是欠发达国家的慢性营养不良。这两者面对的问题都需要一种改良的食品供应方式，生物技术虽然不是唯一的解决方案，但注定起着重要的作用。可持续发展的集约化将是大势所趋。

在2013年，美国的转基因作物占地7.01千万公顷，占了全球总种植面积(17.5千万公顷)的40%，在主要作物中的普及率平均约90%(图1)[1]。其主要的作物是大豆、玉米和棉花，而主要的改良性状是耐除草剂（主要为草甘膦）和抗虫（来自苏云金芽孢杆菌，简称Bt）。2013年美国约一半的土地（1.69亿英亩）用来种植转基因作物，包括抗虫玉米、耐除草剂油菜、耐除草剂甜菜、耐除草剂苜蓿和抗病毒的木瓜和南瓜。

基于美国农业部提供的数据，耐除草剂大豆的种植面积比例从1997年的17%增长到2001年的68%，到2014年达到了94%。耐除草剂棉花的种植比例从1997年的10%到2001年占56%，在2014年达到了91%。而耐除草剂玉米的种植虽然在前几年增加较缓慢，但在2014年也达到了89%。抗虫型Bt转基因从1996年以来一直应用于玉米和棉花，抗虫玉米的种植从1997年的8%增加到1999年的26%，而在2000年和2001年的时候降到了19%，直到2003年达到了29%，2014年更是高达到80%。这几年种植面积的增加很大程度上是因为Bt玉米新品种的商业引入，其同时对欧洲玉米螟、根萤叶甲和穗虫具有抗性，而之前的Bt玉米只针对于欧洲玉米螟。抗虫棉花的种植面积也增加的很快，从1997年的15%上升到2001年的37%，到2014年达到了84%。[2]

抗虫玉米还有一个间接效应：减少了害虫侵害的同时也减少了真菌的侵染，这可减少对健康有严重伤害的真菌毒素的污染。根据Hutchisons等人的报道[3]，转基因玉米使人们在过去的十四年中获得了32到36亿美元的效益，而其中有19亿到24亿美元来自于“光环效应”即非转基因玉米的种植。人们认为这与对害虫种群抑制的理论预测一致（转基因种植区对害虫的有效防治可以惠及周边非转基因种植），并鼓励种植者们可以在周边种植非转基因作物，以此来发挥最大经济效应。随着欧洲螟虫和玉米根虫哪一个是转基因玉米的主要目标的变化，转基因玉米的种植在未来仍会有一些波动。同样，转基因抗虫棉的种植取决于它们的目标害虫到底是烟草蚜虫、棉铃虫还是棉红铃虫。抗虫的保护效应已经达到最佳并使得其种植面积趋于了稳定。所有转基因玉米的种植已经占了玉米总种植面积的93%。所有的转基因棉花，包括耐除草剂和抗虫品种，达到了棉花总种植面积的96%，与之相近的是转基因大豆占94%。由于大豆对不会受一些主要的害虫的侵染，所以抗虫的转基因大豆还没有研发。

图1. 1996年至2014年转基因作物在美国的种植情况[2]