2017年农业转基因技术专题研究报告

21.转基因技术：天使还是恶魔 51.1转基因的技术方法 5.. 1.3转基因技术的争议 7..2.全球转基因作物产业化现状 73.转基因在我国的发展历程 1..23.1转基因科研起步早，自主创新能力持续提升 123.2商业化种植推广厚积薄发 12 3.2.2转基因产业化初具成效 133.3安全监管体系成型 154.我国主要种企的转基因研发实力 164.1孟山都：转基因巨头的成长之路 174.2转基因商用，我国种企蓄势待发 185.风险提示 193转基因育种与传统育种技术的异同 5图2全球转基因产品历年累计的各个性状占比 6 图5全球转基因作物种植面积(万公顷) 8图6全球转基因市场容量(亿美元) 8图7发达国家与发展中国家的转基因作物种植面积 8图8转基因作物种植面积的主要影响因素 9图9巴西大豆和玉米出口量(万吨) 11图10阿根廷大豆和玉米出口量(万吨) 11图11巴西转基因作物种植面积(万公顷) 11图12阿根廷转基因作物种植面积(万公顷) 11 图14我国大豆进口量(万吨) 13图15我国玉米进口量(吨) 13图16我国转基因作物产业化路线图 13图17我国转基因作物种植面积(万公顷) 15图18各国转基因作物事件获批数量(个) 15图19我国农业转基因生物的分阶段评价流程 16图202015年世界前几大种业企业销售额(亿美元) 17 图22孟山都历年种子业务销售额(亿美元) 17 图24境外转基因产品入境流程 184目录表1常见的反对转基因作物的理由 7表2美国转基因农作物种植概览(2016) 9表3欧盟各国近年转基因作物种植面积(公顷) 10表4巴西转基因农作物种植概览(2016) 10 表6近年中央一号文件对转基因的表述 13表72002-2010年转基因作物试验安全许可和生产应用安全证书(项) 14表8我国获批安全证书的转基因作物 14表92016年转基因重大专项农业领域研究类项目 15表102017年农业转基因生物安全证书(进口)批准清单 16 195转基因技术是通过基因工程手段，将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，通过外源基因的稳定遗传和表达，达到品种创新和遗传改良的目的。转基因技术包三是将重组DNA导入到受体细胞中，四是将能表达目的基因的受体细胞挑选出来，得家揭示了DNA双螺旋结构之后，世界开始真正从分子水平认识了基因，同时也开始了通过直接改造基因来改造生物的科学实践。相较于传统的育种技术，转基因技术可以打破物种的种间隔离，实现传统育种技术无法实现的物种间的基因转移，理论上可实现任何物种间的基因交流。其次，转基因技术可对具体基因进行精确操作。传统育种技术通常是在基因组水平上对目标物种进行选择，对于目标物种后代性状的预见性相对较差；而转基因技术则是针对功能明确的基因进行操作和转移，可以准确地预知转基因后代的性状。科学家通过转基因技术可以更加图图1转基因育种与传统育种技术的异同1.1转基因的技术方法人类对农杆菌侵染植物的机理研究推动了世界上转基因植物的第一次成功获得。1983年，利用农杆菌介导的方法，美国华盛顿大学和威斯康星大学的科学家分别宣布将卡那。目前，植物转基因主要采用农杆菌介导法、基因枪法和花粉管通道法三术方法。(1)农杆菌介导法：目前双子叶植物遗传转化最常用的方法。它是将植物表达介导，通过侵染受体植物后将其所携带的Ti-质粒上的一段目的DNA插入到受体细胞基因组中，从而实现新基因的导入与整合。根癌化方法仅局限于双子叶植物，直到近年才在单子叶植物(如水稻、玉米等)中得泛应用。(2)基因枪法：利用火药爆炸、高压放电或高压气体驱动力，通过基因枪将包带基因组中，从而实现转基因操作。与农杆菌介导法相比，基因枪法不受植物是否单子或叶小到细胞大至组织器、官等均可作为受体实现转化；但基因枪法产生的转基因植物中，外源基因的表达不杆菌介导法稳定，成本也相对较高。6(3)花粉管通道法：这种方法由我国科学家周光宇于上世纪80年代初发明，主要原理是利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA液用微量注射器点是不依赖植物组织培养，不也需要特殊仪器设备，技术相对简单易行。1.2转基因技术的比较优势转基因技术在农业生产中应用最广泛的领域是转基因育种，这其中转基因抗虫和草剂农作物的培育最为普遍。多年的生产实践证明，这些具有植物保护的性状是农害业虫控制和杂草防除的有效途径，对于保护生态环境和生物多样性具有重要的意义。转以基因抗虫玉米为例，世界范围内玉米害虫约350种，其中以玉米螟的分布最广、危害最大夏玉米减产20%~30%，并能危害多种作物。目前国际上推广应用的转基因抗虫玉米多为表达Cry1Ab或Cry1F等晶体蛋白，这类蛋白是专一性的高效杀虫蛋白，当玉米螟取食后会穿过其围食膜并与肠道上皮细胞的特异性受体结合，形成穿孔，细胞因失去渗透衡平死亡，最后导致害虫死亡。根据国际农业生物技术应用服务组织的统计，以输入耐除草剂、抗虫和抗病毒等状性为目标的第一代转基因作物使全球农民和粮食种植者在1996至2015年间获得5.74亿吨作物的经济收益，价值达1678亿美元。图图2全球转基因产品历年累计的各个性状占比(1)提高作物产量具有耐除草剂或抗虫功能的转基因作物可以通过减少资源浪费来间接提高农作物产的量，从而提高农业的效率。据Brookes&Barfoot的统计，1996-2014年间相较于传升了9%。此外，耐除草剂技术通过有效控制杂草也能显著提高作物的产出。对比中美两国的玉米和大豆的单产水平，由于我国种植的均是常规作物，而美国玉米和大豆中基转因比例极高，导致两者之间单产水平的差距相当明显，且有差距扩大之势。7图3中美玉米单产水平对比(公斤/亩)图4中美大豆单产水平对比(公斤/亩)随着全球人口的不断增长和平均生活水平的持续提高，世界上包括大米、小麦和铃马薯等在内的主粮需求在未来的20年内将增加40%，到2050年将比当前增加70%。在这样的趋势之下，转基因作物的商业化种植能大幅提高作物的单产水平，可能将成应为对未来粮食供应挑战的重要途径之一。(2)减轻环境压力转基因作物能够大大减轻现代农业对环境的影响。据ISAAA统计，1996-2015年种植具有抗虫和耐除草剂功能的转基因作物使农药的使用量减少了6.2亿公斤，这相当于少喷洒了8.1%的农药。此外，由于使用耐除草剂作物品种，不仅减少了除草剂的用量，还使少耕或免耕等保护型耕作方式的大面积推广成为可能，减少对土壤的扰动，时同减少了机械操作、节省了燃料，也直接减少了二氧化碳等温室气体的排放。1.3转基因技术的争议传统育种技术一般限于一个生物体内的内部基因转移而，转基因技术则打破了物种之间的隔离，实现跨物种之间的基因转移和组合，允许不同物种之间遗传物质的交流从，而世人所知以来，其安全一直是争议的最大焦点。纵然目前鲜有数据可以证明转基因食品对人体健康有不良响,公众对转基因产品安全性的讨论从未停止。表表1常见的反对转基因作物的理由2.全球转基因作物产业化现状因作物的种植面积从1996年的170万公顷增加到1.85年，转基因作物的商业化种植面积累计达到了21亿公顷，其中转基因大豆累计种植面8积10亿公顷，转基因玉米累计种植面积6亿公顷，转基因棉花累计种植面积3亿公顷，图5全球转基因作物种植面积(万公顷)图6全球转基因市场容量(亿美元)目前，一共有26个国家进行商业化种植转基因作物，其中19个为发展中国家，7个为发达国家。自2011年开始，发展中国家的转基因作物种植面积开始超过发达国家；2016年，发展中国家转基因作物种植面积占全球种植面积的54%，而发达国家的种植图图7发达国家与发展中国家的转基因作物种植面积的监管政策以及消费者的观念等。目前，大豆玉、米、棉花和油菜是种植最多的四大主要转基因作物，其中转基因大豆的种植面积最大，为9140万公顷，占全球转基因作物总种植面积的一半。欧盟9图8转基因作物种植从转基因作物的性状来看，除草剂耐性是转基因大豆、油菜、玉米、苜蓿和棉花主的要性状，但随着复合性状(抗虫、耐除草剂和其它性状的结合)的增加，耐除草剂的种植球转基因作物种植面积的47%，而复合性状转基因作物的种植面积从2015年的5840万公顷增加到7540万公顷，占全球转基因作物种植面积的41%。美国是最早开始进行商业化种植转基因作物的国家，自1996年以来一直是全球转基因作物商业化的领导者。目前，美国允许种植的主要转基因作物有8种，包括玉米、大豆、棉花、油菜、苜蓿、甜菜、木瓜和西葫芦。从1985年起至今，美国农业部32年来批准了接近2万项田间试验许可和公告，包含了229种生物，几乎涉及到了所有的主要农作物，研究最多的是玉米，约占总数的45%，其次是大豆、棉花、马铃薯等，这4大作物约占总数的70%。2016年，美国转基因作物种植面积约7300万公顷，同比增长3%，其中转基因玉米3505万公顷、转基因大豆3184万公顷、转基因棉花370万公顷，其它转基因作物就作物性状而言，美国转基因技术研究涉及最多的是耐除草剂，其次是农艺性状，再次是产品品质和抗虫，抗真菌、抗病毒的研究也不少。农艺性状的研究有望很快超抗过除国转基因研究早已转向农艺性状、产品质量等直接改良作物性状的方向，并没留在抗除草剂、抗虫等方面。可以预期，改良农艺性状、品质特性的转基因作物将国陆续面世。0欧盟是对转基因作物及其产品管理最为严格的地区之一。2016年，欧盟28个国家中仅有4个国家种植转基因作物，即孟山都的转基因BT抗虫玉米，分别为西班牙 (129081公顷)、葡萄牙(7069公顷)，斯洛伐克(138公顷)和捷克(75公顷)，总种植面积136363公顷，比2015年大幅增长了17%，其中由于毁灭性的欧洲玉米螟的侵扰，西班牙大范围地种植转基因玉米，种植面积占了整个欧盟的95%。尽管欧盟批准种植的转基因作物品种及实际种植面积远远低于美国等转基因种植，但欧盟消费者仍高度依赖于转基因作物，在欧洲食品市场上流通的转基因作物很,括玉米、油菜、大豆、甜菜等。国际农业生物技术应用组织发布的数据显示，欧盟大约进口3千万吨转基因作物，其中绝大部分转基因作物都可以作为食品成分使用。表表3欧盟各国近年转基因作物种植面积(公顷)巴西和阿根廷南美的巴西和阿根廷均是世界重要的农业国，也是重要的转基因作物种植大国。2016年，巴西的转基因作物种植面积达4910万公顷，居于美国之后位列世界第二；阿根廷的转基因作物种植面积达2381万公顷，居世界第三。促进了巴西农业的快速发展。巴西于2013年取代美国成为全球第一大大豆出口国，玉米出口量也居世界前四。率达到100%。目前，阿根廷已成为玉米、大豆、高粱、小麦等多种农产品的出口大国。1表5阿根廷转基因农作物种植概览(2016)图9巴西大豆和玉米出口量(万吨)图10阿根廷大豆和玉米出口量(万吨)图11巴西转基因作物种植面积(万公顷)图12阿根廷转基因作物种植面积(万公顷)2图13转基因作物种植面积前十大国家(2016)3.转基因在我国的发展历程3.1转基因科研起步早，自主创新能力持续提升我国政府对转基因技术一直非常重视，转基因的科研工作在我国起步较早。1986年，我国制定了以政府为主导、以七大重点领域为研究目标的国家高技术研究发展计划次位列其中。2008年，国务院批准设立转基因重大专项，以转基因生物新品种培育为目标，旨在获得一批具有因生物研究和产业化整体水平。了八大生物的规模化转基因技术体系，特别是水稻和小麦遗传转化技术取得重大突破术垄断；培育出一批具有产业化前景的转基因抗虫棉花、抗虫水稻、抗虫玉米、抗除草豆等新品系。总体来说，我国转基因技术研发战略分为三个层级：首先是瞄准国际前沿和重大产业需求，抢占核心技术为主的科技制高点，克隆具有自主知识产权和具有育种价值的新进新型转基因抗虫棉等产品的产业化进程；第三是以口粮作物为主的技术储备战略保，持抗虫水稻、抗旱小麦等粮食作物转基因品种的研发力度，尤其是保持转基因水稻新品种研发的国际领先地位。3.2商业化种植推广厚积薄发3.2.1政策高度重视我国的基本国情是人多地少，耕地资源相对短缺，我国农业面临人口不断增加和农其是随着经济的发展和生活水平的提高，大豆、玉米等进口量近年来维持在高位，而90%以上的这些进口大豆、玉米均是转基因产品，因此我国实际上多年来一直在消费大量的转基因产品。3图14我国大豆进口量(万吨)图15我国玉米进口量(吨)转基因作为一项技术密集型产业，具有广阔的发展前景，对于我国而言，作为一农个业生产大国，必须在转基因技术上占有一席之地。2007年至2017年的中央一号文件中，一共有7年提及转基因，足以看出国家对转基因技术的重视。表6近年中央一号文件对转基因的表述2014年，农业部明确了推进转基因作物在我国产业化的总体思路：一是严格按照法律法规开展安全评价和安全管理，获得生产应用安全证书。二是按照非食用、间接用食和食用的路线图，首先发展非食用的经济作物，其次是饲料作物、加工原料作物，是食用作物，最后是口粮作物。三是充分考虑产业的需求，重点解决制约我国发展瓶颈问题。图16我国转基因作物产业化路线图3.2.2转基因产业化初具成效41992年，经农业部基因工程委员会批准，我国开始规模化种植转基因烟草，成为世界上最早商业化种植转基因作物的国家之一。1998年，我国开始种植转基因棉花，当年种植面积约100万亩。近年来，我国成为仅次于美国的第二个拥有自主知识产权的147个，平均较常规杂交棉制种成本降低60%、效率提高40%、产量提高20%，有效地控制了棉铃虫的危害，减少农药使用40万吨，增收节支社会经济效益450亿元，国产抗虫棉市场份额达到96%。在抗虫玉米研发和产业化方面，我国以“事前立项，事后补助”的中央财政投入方式，支持育繁推一体化企业牵头，联合转基因研发、生物安全评价的优势科教单位进行转基因抗虫玉米的研发应用。我国自主创新的植酸酶玉米，利用玉米酶阻止牲畜粪便植酸磷出现，防止了蓝、绿藻沿海赤潮的发生，提高了磷利用率30%，减少环境磷污染40%，并能生物安全证书，为未来转基因玉米的产业化推广奠定了坚实基础。2009年，在转基因专项支持下，由华中农业大学研发的BT抗虫转基因水稻“华恢得批准，是转基因水稻从研发到未来商业化生产的实质性进展。目前为止，我国只批准转基因抗虫棉和转基因抗病毒的番木瓜两个农作物的商业内转基因作物的种植面积达280万公顷，主要是转基因抗虫棉。表72002-2010年转基因作物试验安全许可和生产应用安全证书(项)表表8我国获批安全证书的转基因作物5图17我国转基因作物种植面积(万公顷)图18各国转基因作物事件获批数量(个)基因农作物商用的定调。如前文所述，转基因的研究工作一直得到我国政府的高度重视，每年农业部、科技部都会支一持批转基因生物新品种培育的重大课题，其中转基因动植物新品种培育类课题的经费来源，单位自筹和地方配套经费不低于中央财政经费的30%，基因克隆与功能验证及规模化转基因操作技术、转基因生物安全技术和发展战略研究类课题的经费来源则全部为财政经表92016年转基因重大专项农业领域研究类项目3.3安全监管体系成型测技术平台，形成了一整套符合我国国情并与国际惯例接轨的法律法规、技术规程管和理体系，构建了涵盖1个国务院条例、5个部门规章的法律法规体系，覆盖转基因研究、试验、生产、加工、经营、进口许可审批和产品强制标识等各环节，有效阻止了外国转基因农产品非法入境，保障了我国口岸进出口农产品的生物安全；同时，应用于转基因生物安全管理，进一步提升了生物安全监管能力和执法水平，为我国农业转安全管理提供了有力保障。1996年，为了促进我国农业生物基因工程领域的研究与开发，农业部发布了《农业生物基因工程安全管理实施办法》(已废止)。2001年，国务院公布了《农业转基因生物安全管理条例》，成为我国第一部国家层面与转基因相关的行政法规，对农业转的研究试验、生产加工、经营、进出口等作了管理上的规定。同年9月，国家质量监督检验检疫总局公布了《进出境转基因产品检验检疫管理办法，》旨在加强进出境转基因产品检验检疫管理。2002年，农业部公布了《农业转基因生物安全评价管理办法》 年，为了加强农业转基因生物加工审批管理，农业部又发布了《农业转基因生物加工批审按照一系列行政法规的规定，我国对转基因作物实行严格的分阶段评价。从实验研室6验、安全证书申请的评估，五个阶段，这在国际上也是独一无二的。从这个角度说来，我国的转基因产品的安全性评价，不管是从技术标准上还是程序上都是世界上最的体系。图19我国农业转基因生物的分阶段评价流程另外，我国政府部门组建了国家农业转基因生物安全委员会、全国农业转基因生全管理标准化技术委员会、多个第三方检验测试机构，负责转基因安全评价、标准定制、检验检测。国务院建立了由农业、科技、环保、卫生、质检、食药等12个部门组成的农业转基因生物安全管理部际联席会议制度，研究、协调农业转基因生物安全管工理作中的重大问题；农业部设立了农业转基因生物安全管理办公室，负责全国农业转生物安全的日常管理工作；县级以上农业行政主管部门负责本行政区域转基因安全监督管理工表102017年农业转基因生物安全证书(进口)批准清单4.我国主要种企的转基因研发实力子业务，孟山都等种业巨头的业务实现迅速壮大，市场份额快速提7图202015年世界前几大种业企业销售额(亿美元)图21全球种业市场集中度高(2013)4.1孟山都：转基因巨头的成长之路作为全球转基因食品的先驱和无可争议的霸主，孟山都是转基因商用绕不开的话题公司。孟山都成立于1901年，初创时是一家化学品公司，自1970年代开始业务转向农化领域，主打产品是“农达(Roundup)”牌除草剂，草甘膦是其主要活性成分，是全球作物保护市场中销售额最大的农药品种980年代，孟山都将发展方向转向种业，并在历史上第一次实现了对植物细胞基因的改变，成为全球最早进行农业生物技术研发负债压力。2000年，由原农业部门分解出来的新孟山都公司在纽交所重新挂牌上市。2002年，辉瑞宣布收购法玛西亚，法玛西亚将所持有的孟山都股份，分拆给自己术领域，并在农业产品及转基因方面取得巨大的成功。山都提供的产品主要分为两大类：种子及转基因作物，农产品，其中种子及转基因作主物要涉及玉米、棉花、大豆、蔬菜的种子。2016财年，孟山都的种子及转基因作物业图22孟山都历年种子业务销售额(亿美元)图23孟山都种子业务收入结构(2016)孟山都投入大量资金用于研发，每年的研发投入超过10亿美元，其中种子方面的研发投入占总投入的90%左右，常规育种和转基因技术大概各占一半。1996年，孟山我国经营农化业务和生物技术