2014年全球生物技术/转基因作物商业化发展态势（下）
2014年全球生物技术/转基因作物商业化发展态势
Clive James
（国际农业生物技术应用服务组织）
献给诺贝尔和平奖获得者、国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA）发起人诺曼·博洛格博士，以纪念其诞辰100周年（2014年3月25日）
来源：中国生物工程杂志China Biotechnology，2015，35(1):11，DIO：10.13523/j.cb.20150101
（接上）
未来展望
2050年全球人口供养
到2050年将供养90亿人口是人类在本世纪剩余年份里必须面对的一大挑战。全球大多数人甚至还没有认识到这一挑战有多么巨大，这使得完成这一任务更加困难。与2050年及以后人口供养有关的一些关键事实包括：
l 在1900年初全球人口只有17亿，而现在达到了72亿，到2050年将增加到96亿，在本世纪末的2100年将接近110亿。从全球看，8.7亿人口目前面临长期饥饿，20亿人营养不良。
l 高蛋白饮食低效化，包括以中国和印度为首的更加繁华的发展中国家的更多肉类。
l 需要在2050年前将作物生产率提高至少60%或者以上，还需要更好的、更加可持续的利用更少的资源———更少的土地、水、肥料和农药。
l 对生产生物燃料的生物质需求增加，以响应全球不断增加的对能源更加苛求的富裕人口的需求。
l 应对与气候变化相关的其它新挑战，更加频繁和严重的干旱以及水的使用——农业用水占全球淡水的70%，而到2050年额外增加20亿人口后这一比例是不可持续的。
在小麦和大米绿色革命之后，作物生产率的增幅下降。现在很明显仅靠传统技术在2050年不能供养90亿人口，全球科学界的一项提议是更好地兼用传统技术（适应性更好的种质）和最好的生物技术（适当的转基因和/非转基因性状），以取得作物生产率在全球15亿公顷耕地上的可持续增长。农业的投资回报很高而且直接影响脱贫致富，对那些全球最贫困人口——资源匮乏的小农户和依赖农业的无地农户来说更是如此。
转基因作物对粮食安全、可持续性和气候变化做出的贡献
从1996年至2013年，转基因作物通过以下方式为粮食安全、可持续性和气候变化做出贡献：使作物产值增加1333亿美元；产生更好的环境，节约5亿公斤的农药活性成分；仅2013年一年就减少280亿公斤CO2排放，相当于每年在公路上减少1240万辆汽车；在1996至2013年节约1.32亿公顷土地，保护了生物多样性；帮助超过1650万小型农户及其家庭（即6500万人口，他们属于世界上最贫困的人口）缓解了贫困。转基因作物为许多全球科研院校支持的可持续强化战略做出了贡献，使生产力／生产能够在现有的全球15亿公顷的作物种植面积的条件下实现增长，因此保护了森林和生物多样性。转基因作物是必要的，但并不是万能的。对待转基因作物仍要像对待传统作物一样，坚持采用良好的耕作实践，例如轮作管理和抗性管理。
转基因作物对可持续性的贡献
转基因作物在以下五个方面对可持续发展做出贡献：
l 促进粮食、饲料和纤维安全及自足，包括通过持续提高农业生产力和提高农民经济收益，提供更多实惠的粮食
1996年至2013年的18年间，转基因作物在全球产生了大约1333亿美元的农业经济收益，其中30%是由于减少生产成本（耕犁更少、农药喷洒更少以及劳动力更少）所得的收益，70%来自4.414亿吨可观的产量收益。2013年一年的收益为204亿美元，其中88%来自产量增加（相当于6400万吨），12%是由于降低生产成本（BRookes和BaRfoot，2015年即将出版）。
l 保护生物多样性
转基因是一种节约耕地的技术，可在目前15亿公顷的可耕地上获得更高的生产率，有助于防止砍伐森林和保护生物多样性。发展中国家每年流失大约1300万公顷富有生物多样性的热带雨林。如果在1996年至2013年间转基因作物没有产出4.414亿吨额外的粮食、饲料和纤维，那么需要增加1.32亿公顷（BRookes和BaRfoot，2015年即将出版）土地种植传统作物以获得相同产量。这些增加的耕地中一部分将极有可能需要耕
作生态脆弱的贫瘠土地（不适合作物生产的耕地）和砍伐富有生物多样性的热带雨林，生物多样性将会因此遭到破坏。
l 减轻贫困和饥饿
到2014年为止，转基因棉花已经在中国、印度、巴基斯坦、缅甸、布基纳法索和南非等发展中国家为超过1650万资源贫乏的小农户的收入做出了重要贡献，并且这一贡献在2011～2020年这十年间还将继续增强。
l 减少农业对环境的影响
传统农业对环境有严重影响，使用生物技术能够减轻这种影响。迄今为止的进步包括：显著减少杀虫剂喷洒，节约矿物燃料，通过免耕或少耕土地减少CO2排放，通过使用抗除草剂转基因作物实现免耕、保持水土。根据最新数据，1996年至2012年，农药活性成分（a.I）累计减少了5亿公斤，少用了8.7%的农药。根据环境影响指数（EIＱ）的测量，这相当于将农药对相关环境的影响减少了18.5%。EＱI测量为综合型测量，基于各种因素对单个活性成分的净环境影响所做出的贡献。仅2012年一年，就减少了3600万公斤农药活性成分（相当于少用了8%的农药）以及23.6%的EIＱ（BRookes与BaRfoot，2014年）。
水资源利用效率的提高将对全球水资源保护和利用产生主要影响。目前全球70%的淡水被用于农业，这在未来显然不能承受。首个具有抗旱性状的转基因玉米杂交品种预计将于2013年在美国开始商业化，并且首个热带抗旱转基因玉米于2017年之前在撒哈拉以南非洲地区开始商业化。抗旱性状作物将对世界范围内的种植体系的可持续性产生重大影响，尤其是对于干旱比发达国家更普遍和严重的发展中国家而言。
l 有助于减缓气候变化及减少温室气体
对环境问题的迫切关注意味着对转基因作物的关注。转基因作物可帮助减少温室气体排放，并且从两个主要方面减缓气候变化。首先，通过减少使用矿物燃料、杀虫剂和除草剂，永久性地减少CO2 的排放，预计仅2013年一年就减少了21亿公斤CO2排放（相当于路上行驶汽车的数量减少了93万辆）；其次，由于转基因粮食、饲料以及纤维作物保护性耕作（由抗除草剂转基因作物带来的少耕或免耕），使得2013年额外的土壤碳吸收了相当于259亿公斤的CO2或相当于减少1150万辆上路行驶的汽车。因此在2013年，通过吸收方式，永久性和额外减少了共计280亿公斤的CO2，相当于减少了1240万辆上路行驶的汽车（BRookes和BaRfoot，2015年即将出版）。
预计干旱、洪涝以及气温变化灾害将更为频繁且更为严重，因此，有必要加快作物改良项目，开发能很好适应更快气候条件变化的品种和杂交品种。目前几种农业生物技术包括：组织培养、诊断法、基因组学、分子标记辅助选择（MAS）锌指法可以用于“加速育种”和帮助缓解气候变化影响。
总之，以上五点已经说明了转基因作物在显著促进可持续发展、减缓气候变化和全球变暖方面的能力，以及未来的巨大潜力。转基因作物能够显著提高生产力及收入，因此可作为农村经济增长的引擎，帮助世界上资源贫乏的小农户摆脱贫困。
转基因作物的管理和抗性管理
两个主要的转基因作物性状抗虫（IR）和抗除草剂（HT）自1996年商业化种植以来对全球粮食、饲料和纤维生产做出了巨大的贡献。2014年抗虫和抗除草剂性状被单独或复合应用于四大主要作物——玉米、大米、棉花和油菜，并且全球种植面积为1.81亿公顷。此外，从1996年到2014年，IR／HT转基因作物赢得了全世界数百万农民的信任并且因此在全球所有主要转基因作物种植国产生了90%或者更高的近乎最佳采用率。IR/HT转基因作物为传统的基于杀虫剂的作物生产系统提供了成功的补充和替代系统，农民对它们的评价是高效、便利和对环境友好。这两种性状还被成功应用于一系列其它商业化的转基因作物，包括苜蓿、茄子、甜菜和白杨。这两种性状也已经被成功应用于另外两种未来将展开商业化的新转基因作物，即两种主食大米和小麦。
无论传统技术还是转基因技术，随着时间的推移以及抗虫性和抗除草剂性的广泛采用，都会导致害虫的抗药性和杂草的抗除草剂性，因而削弱农民的利益。科学界、监管部门和决策者在1996年开始引入转基因作物之前就已经预见并且考虑了IR／HT性状的抗性管理对策，包括庇护所策略，将害虫抗性管理（IRM）策略整合入虫害管理（IPM）计划中，以及转基因作物释放后抗性产生的早期监测等。目前，基因聚合、抗性复合等新的科学方法不断发展，使新转基因作物的管理和抗性的监管创优管理更加高效。因此，IRM、监管创优和包括轮作在内的良好的耕作实践在从1996年开始在IR／HT转基因作物的成功大规模种植和接受中扮演着重要的角色。人们认为这些方法延长了转基因作物的生命，使它们比传统技术更为持久，从而使农民的收益在持续种植IR／HT转基因作物的基础上不断增长。
正如所预计的一样，研究已经证实第一代IR和HT性状正分别变得更易受目标害虫和杂草的抗性的影响。美国玉米的单个或复合IR／HT转基因作物已经导致了田间害虫的抗性。所以，必须对Bt抗性管理给予高的优先级，尤其是在以Bt基因（单个的和复合的）为特色的作物占多数的情况下更是如此。在2014年这类作物已经占到了5500万公顷。同样地，数项研究表明相当数量的杂草对除草剂（包括被广泛使用的草甘膦）的施用具有抗性，因而这类除草剂在未来的使用潜力有限。因此害虫抗性管理和IR／HT转基因作物的管理更加重要并且应该优先考虑。
20年的经历以及技术发展的趋势建议，严格有效地执行抗性管理和监管创优需要考虑以下12种要素：
l 庇护所种植策略中的简单但富有创新性的方案如庇护袋（Refuge In the bag，RIB）
l 将害虫抗性管理（IRM）整合入虫害管理（IPM）系统
l 一整套推荐作法的严格实施
l 检测到的抗性的后期监管和实时报告
l 确保种子纯度和适当的性状表达
l 保证高质量IR／HT种子的供应
l IR和HT性状的基因聚合和复合
l IR／HT性状的多重模式的整合
l 发展能够阻止抗性产生的创新且有弹性的新技术
l 用改良产品及时更换现有IR／HT产品
l 在农业社区教育、培训和拓展IR／HT转基因作物的管理
l 强化对监管要求的合规
尽早批准具有两个和三个抗虫、抗杂草性状的第二代IR／HT作物如BollgaRd－IIITM和EnlIstTM产品是非常重要的。庇护袋（RIB）策略的大规模使用必须严格保证合规性。重要的是，科学界、农民、决策者和私有领域的所有利益相关者必须知道他们的共同责任，认识到任何不良实施将使整个抗性管理系统无法工作。
黄金大米
妇女和儿童最易受维生素A缺乏（VAD）的影响，这是导致儿童时期失明及免疫系统不能抵抗疾病的主要原因。世界卫生组织（WHO）报告称2009年至2012年全世界每年有1.9亿至2.5亿学龄前儿童仍然受VAD的影响。研究表明补充维生素A能够将五岁以下儿童的死亡率降低24% ～30%。这意味着让800万营养不良的晚期婴儿和学龄前儿童获得维生素A可以每年预防130至250万儿童的死亡。黄金大米（GR）是由菲律宾水稻研究所（PhilRice）和国际水稻研究所（IRRI）开发的。据IRRI报告，到2014年3月为止，其与菲律宾、印度尼西亚和孟加拉国的国家研究机构一直在对富含β胡萝卜素的黄金大米进行分析和测试。黄金大米事件R（GR2-R）是将基因渗入许多品种并且在三个季节进行田间测试以评估其在菲律宾田间状态下的农业和产品性能。
多位点测试的初步结果表明虽然获得了粮食中β胡萝卜素的目标水平，但平均产量与当地农民偏爱的品种的产量相比较低。因此，增加产量这个新目标成为当前研究的焦点。当前研究还将包括GR2的其它版本如GR2-E及其它。在IRRI，黄金大米的性状正被转入许多品种以获得合适的品系，一旦获得，将重新开始一系列限制性田间试验。IRRI和许多研究合作伙伴决心致力于使农民和消费者受益的高性能大米品种的开发，致力于改善数千万微量营养素不足的人们健康水平。IRRI及所有参与组织将继续严格遵守所有生物安全性及监管条款以便开发和传
播黄金大米。
一旦发布，黄金大米就有潜力为维生素A缺乏的南方主要国家提供富含β-胡萝卜素的碳水化合物主食，预估每天总计将达到2006869卡路里，包括：生活在南亚的人们1130648卡路里，东南亚660979卡路里，非洲125124卡路里，拉丁美洲75238卡路里，中亚14880卡路里。
未来5～10年潜在的新转基因作物
四种主要转基因作物是大豆、玉米、棉花和油菜。然而，最近五年商业化转基因作物大量扩张已经包括了种植面积巨大的甜菜和苜蓿以及小面积种植的南瓜、木瓜、茄子和白杨。2014年总共有10种商业化的转基因作物。
目前有71种新的转基因作物／性状至少经过了田间试验（相当于限制性田间试验CFT）：
l 大约一半涉及在发展中国家进行田间试验的产品，而另一半在发达国家进行田间试验；通常认为南方国家如非洲、亚洲和拉丁美洲对粮食、饲料和纤维的需求更大。
l 四分之一为新作物。这些新作物使现有10个商业转基因作物的产品组合极大的多样化，并且一般而言它们是更倾向于穷人的孤生作物，能为穷人的粮食安全做出重要的贡献。这些新转基因作物包括：苹果、香蕉、亚麻荠、木薯、柑橘属、鹰嘴豆、豇豆、花生、芥末、木豆、土豆、大米、红花、甘蔗和小麦。
l 性状的范围包括改良抗旱和耐盐性状、增产、高效的氮利用、营养强化和粮食质量的提高、对害虫和疾病的抗性（包括抗病毒性）。
l 有大约一半为公共组织开发的技术或者涉及公私合作关系的转让项目。
非转基因生物技术产品
到目前为止，利用土壤杆菌属或者基因枪已经取得了转基因改良。新的、先进的生物技术应用如锌指核酸酶（ZFN）技术、与成簇的规律间隔性短回文重复序列（CRISPR）相关的核酸酶系统和转录激活因子样效应物核酸酶（TALENs）被用于提高转录过程的效率和精度。这些新技术可以在基因组中预先确定的位置切割DNA并且精确地插入突变或者在最佳位置更换单核苷酸从而使表达最大化。这些技术非常先进，利用ZFN已经成功地引入了抗除草剂性，利用TALENs删除或剪除了水稻白叶枯病易感基因。然而这一领域的专家认为这些新技术的“真正力量”在于它们能够编辑和改了植物自身的基因（而非转基因）。美国的监管部门最初表示将对不涉及转基因的基因改变区别对待，这会对当前资源密集型监管／批准过程的效率和时间以及公众对产品的接受产生很大的影响。
中国科学院的研究人员通过高级基因编辑方法开发了抗白粉病小麦，他们利用TALENs和CRISPR基因组编辑工具删除了抑制霉病防御的蛋白质的编码基因。小麦是六倍体，因而需要删除多份基因拷贝。这也代表了在不插入外源基因的情况下改良粮食作物方面取得的巨大成就，所以被认为是一种非转基因技术。
另一类仍然处于早期开发阶段的新应用是植物膜转运蛋白——研究它以克服非生物和生物胁迫对作物产生的一系列约束，从而增加微量营养素。值得注意的是目前全球70亿人口中几乎有10亿人营养不足，另外还有10亿人营养不良，缺乏关键的微量营养素：铁（贫血症）、锌和维生素A。含有高水平重要微量营养素的粮食的充分供应对人类健康非常重要。最近的进展表明专门的植物膜转运蛋白可用于提高主要作物的产量，增加微量营养素的含量，提高对盐度、病原体、铝毒性等主要胁迫的抵抗力，扩大可耕种土地。估计酸性土壤占全球土地的30%。
前进之路-公私合作关系（Public-Private Partnerships，PPP）
公私合作关系（PPP）在过去10年作物生物技术转让项目中的承诺和进步非常显著。第一个PPP生物技术作物转让项目是ISAAA在20世纪90年代初促成的。这个三方项目涉及三个合作伙伴：发展中国家合作伙伴墨西哥（更具体的是指生物技术实验室CINVESTAV），它与农业部一起优先鉴定了小农户最愿意种植的土豆的病毒病抗性，而传统技术对此没有解决方法；私人部门的合作伙伴是孟山都公司（Monsanto），它同意捐赠赋予土豆PVX和
PVY病毒抗性的壳蛋白质事件，最重要的是孟山都公司还同意对来自CINVESTAV的科学家进行关于新技术使用方面的培训；第三个合作伙伴是为这个为期3年的项目提供全部资金的洛克菲勒基金会，提供资金的原因是这个项目的创新性符合该基金会的作物生物技术项目要求。
另一个ISAAA促成的项目是对木瓜环斑病毒（PRSV）具有抗性的事件的捐赠。发展中国家的合作伙伴是东南亚五国（领先的作物生物技术公共部门实验室参与其中），按照字母顺序排列为：印度尼西亚、马来西亚、菲律宾、泰国和越南。私人部门的合作伙伴是同意捐赠抗木瓜PRSV病毒事件的孟山都公司。同墨西哥项目一样，孟山都公司还同意对五个东南亚国家的科学家们进行关于新技术使用方法的培训，由不同的捐赠机构在三年期间内提供资金。在确立PRSV项目之后，ISAAA帮助五个国家建立了一个网络来分享经验，加快技术进步。随着网络中国家的互动，五国共同认定了又一个木瓜性状———延期成熟。对易腐烂的水果例如热带地区收割后损失严重的木瓜来说这是一种重要的性状。延期成熟技术由Zeneca捐赠。
在过去10年，为了发展中国家特别是弱小的资源匮乏的农民的利益，数个援助机构和基金会已经确立了一些项目以促进私人和公共部门转基因作物应用的捐赠和转让。例如符合非洲国家需要的基于拮抗凋亡转录因子（AATF）的内罗毕项目，美国国际开发署（USAID）双边计划的农业生物技术支持项目（ABSPII）（具有全球活动，由康乃尔大学运作）。
PPP的成功令人鼓舞，它增加了在合理时间内向农民提供获批转基因作物产品的可能性。以下的4个案例研究审视和说明了PPP的多元化特点，它们是：孟加拉国的Bt茄子项目、巴西抗除草剂大豆项目、印度尼西亚耐旱甘蔗项目和非洲节水玉米项目。
案例1孟加拉国的抗虫（IR）Bt茄子
国家：孟加拉国
作物：茄子
面积：15万小农户（平均农场规模为0.3公顷）种植大约50000公顷
重要性：穷人的蔬菜作物，被称为“蔬菜女王”
基因：来自苏去金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt）的cry1Ac基因
性状：抗虫（IR）；保护果实免受致死害虫———果实与嫩梢蛀虫（Leucinodes orbonalis，通常小农户每隔一天就需
要施用有污染性的杀虫剂喷雾，尽管如此还是不可能充分控制它）的侵害
事件：精华事件EE1
技术捐赠者：印度私人公司MahYCo
技术接受者：孟加拉国农业研究院（BARI）
资助机构：美国国际开发署（USAID）
指导者：康乃尔大学管理的农业生物技术支持项目II（ABSPII）
批准情况：2013年10月31日被批准用于粮食、饲料和环境释放，在不到100天后的2014年1月22日开始商业化
批准的品种：茄子-1（Uttara）、Bt茄子-2（Kajla）、Bt茄子-3（Nayantara）和Bt茄子-4（Iswardi/ISD 006）
商业化：2014年120户农民种植了12公顷Bt茄子
潜在受益农民的数量：150000户最贫穷的孟加拉小农户，其每年人均收入不足1000美元
社会经济影响：可供销售的产量提高了至少30%，杀虫剂的施用量减少了70% ～90%，每公顷产生的纯经济
效益为1868美元，相当于全国每年收入增加2亿美元
案例2巴西的抗除草剂（HT）大豆
国家：巴西
作物：大豆
面积：大约3100万公顷
重要性：巴西最重要的出口作物
基因：来自拟南芥（ArabIdopsis thaliana）CsR1-2基因，具有抗咪唑啉酮除草剂特性
性状：除草剂抗性
事件：BPS-CV127-9
技术提供者：德国巴斯夫／巴西农牧业研究公司（有两项支持产品开发的主要专利，一个基因来自巴斯夫，另
一个来自巴西农牧业研究公司）
技术接受者：德国巴斯夫／巴西农牧业研究公司
资助机构：德国巴斯夫／巴西农牧业研究公司
指导者／合作者：德国巴斯夫／巴西农牧业研究公司
批准情况：2009年（12月）批准商业化种植，还在等待欧盟最终的进口批准
批准的品种：以CultivanceTM品牌出售的品种
商业化：有望于2016年作为商业化作物种植
潜在的受益者：包括农民、种子种植者和消费者
社会经济影响：CultivanceTM有望占出口价值为170亿美元的3100万公顷大豆的高达20%的市场份额
案例3印度尼西亚的耐旱（DT）甘蔗
国家：印度尼西亚
作物：甘蔗
面积：450000公顷
重要性：印度尼西亚是世界第二大粗糖出口国
基因：来自根瘤菌（RhIzobium meliloti）的betA
性状：耐旱性
事件：NX1-4T
技术提供者：日本味之素公司
技术接受者：PT. Perkebunan Nusantara XI（PTPN-11），印度尼西亚
资助机构：印度尼西亚政府
指导者／合作者：印度尼西亚东爪哇省任抹大学
批准情况：2013年批准粮食和环境释放，饲料待批
批准的品种：甘蔗PRT耐旱NX1-4T
商业化：有望于2015年首次开始商业化种植
案例4非洲节水玉米项目中的耐旱（DT）玉米
国家：南非、肯尼亚、乌干达、坦桑尼亚和莫桑比克
作物：玉米
面积：5个国家大约800万公顷
重要性：非洲90%的玉米种植在雨养条件下，25%以上的地区经常遭受干旱
基因：来自枯草杆菌（Bacillus subtilis）的冷冲击蛋白基因（CsPB）
性状：耐旱性
事件：事件MON87460，用于复合杂交玉米，该玉米还具有控制害虫的Bt基因（MON810），由孟山都公司捐赠。DT事件与美国2013年应用的相同
技术提供者：美国孟山都公司
技术接受者：南非、肯尼亚、乌干达、莫桑比克和坦桑尼亚
资助机构：盖茨基金会、巴菲特基金会和美国国际开发署（USAID）
指导机构：非洲农业技术基金会（AATF）、5个非洲节水玉米项目国家、国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）
批准情况：南非有望于2017年首次开始布署复合性状DT/Bt，接下来肯尼亚和乌干达有望于2015年进行复合性状产品的限制性田间试验。莫桑比克修订的生物安全法令和实施条例为2015年实施限制性田间试验铺平了道路，而坦桑尼亚正在进行生物安全条例修正案的积极讨论
商业化：根据监管批准，南非将来2017年开始商业化
社会经济影响：将使中等干旱条件下的玉米产量增加200～500万公吨，可供养1400～2100万非洲人口
诺曼·博洛格在转基因作物领域的遗产与主张
将10亿人从饥饿中解救出来的诺曼·博洛格博士因其在缓解饥饿的半矮秆小麦技术方面的影响而荣获诺贝尔和平奖。诺曼·博洛格是ISAAA的发起人，也是全球范围内生物技术和生物技术/转基因作物的最伟大的倡导者，因为他比其他任何人更清楚它们在未来供养全世界人口方面的关键的、无与伦比的重要性。他已经通过绿色革命实现了自己的格言并理解了“读书即学习，百闻不如一见，实干即真知”这句谚语的深刻含义。本报告在尊重读者关于生物技术/转基因作物的选择权的同时力图分享关于转基因作物的知识。
博洛格博士格言：
“在十年前我们见证了植物转基因技术的成功，这一技术帮助全世界的农民在减少杀虫剂和水土流失的同时获得了更高的产量。具有全球一半人口的国家证实了这种生物技术的收益和安全性，我们需要那些农民们仍然别无选择地使用陈旧、低效的方法进行种植的国家的领导人拿出勇气，绿色革命和现在的植物生物技术正帮助我们在为下一代保护环境的同时满足对粮食生产的需求。”
