全 文 ：·综述与专论· 2014年第9期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
收稿日期 ： 2014-01-06
作者简介 ：刘蓉蓉，女，副研究员 ；研究方向 ：农业科技管理 ；E-mail ：liurongrong@caas.cn
作物基因工程研发是国际农业科技竞争热点之
一，也是我国具有一定优势的重要学科领域。围绕
学科发展趋势、国际前沿与已有研发基础，应有重
点地加强支持，激发科技人员创新活力，提高经费
使用效益，加快提升研发水平。
1 加强转基因作物研发的背景和意义
转基因育种是现代农业史上发展与应用最为迅
速的作物遗传改良技术。通过转入外源基因，可打
破不同物种间的交流屏障，提高育种针对性和效率，
获得传统育种方法短时期内无法获得的经济或环境
效益。随着技术的不断进步，除了抗虫、耐除草剂
等性状外，新一代转基因农作物还可实现抗逆、高产、
改善品质等目标，以应对资源、能源及劳动力短缺
和全球气候变化等挑战，是未来农业科技的重点发
展方向之一［1］。
转基因作物育种已成为我国加快农业科技创新、
我国转基因作物研发重点与支持对策探讨
刘蓉蓉
（中国农业科学院科技管理局，北京 100081）
摘 要 ： 作物基因工程是农业生物技术的重点领域之一，也是我国推进现代种业发展的战略选择。文章分析了我国作物转
基因研发目前存在的主要差距与实现更大发展的可能性，提出今后加大支持的研发重点建议，旨在探讨加快推进我国转基因作物
研发、提升研发投入成效的对策建议。
关键词 ： 转基因作物 研发重点 对策
Discussions on Main Areas and Supporting Strategies in Transgenic
Crops R&D in China
Liu Rongrong
（Department of Scientific Management of the Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081）
Abstract:  Crop transgenic engineering, one of the most important and active research areas in agricultural biotechnology, is an essential
stratigic pathway to develop modern seed industry in China. In this article, the weaknesses and abilities of great-leap-forward development in
transgenic crops R&D in China were analyzed, meanwhile main study areas that need more investment were summarized, in order to discuss
policy and advice to improve input-output ratio in transgenic crops R&D in the future.
Key words:  Transgenic crops Main R&D areas Strategies
带动现代农业发展、确保粮食安全的战略选择和必
由之路。我国于“十一五”期间启动了转基因生物
新品种培育重大专项，并将农作物生物育种列入战
略性新兴产业发展规划和生物产业发展规划。2012
年中央一号文件明确提出，要推进转基因新品种产
业化。可以预见，我国转基因作物研发与产业化的
政策环境将日趋利好，发展速度将持续加快［2，3］。
近年来，生命科学与生物技术发展迅速，高通
量实验手段层出不穷，已在全球范围内形成了“至
关重要的抢占技术制高点与经济增长点的战略机遇
期”（范云六院士语）。我们应抓住这一历史机遇期，
加大研发投入，提高自主创新能力，突破一批战略性、
前沿性和关键性技术，引领和带动我国作物育种技
术进步，在国际农业科技竞争中占有一席之地。
2 目前研发水平的主要差距
与发达国家相比，我国在作物基因工程研发领
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第9期2
域相对起步晚，资金投入不足，源头创新不多，核
心技术和重大产品的储备与产出不足，整体研发实
力还存在相当差距。
2.1 缺乏拥有自主知识产权的关键基因
“一个基因，一个产业”，关键功能基因是转基
因作物研发的核心要素。但目前对作物种质资源的
挖掘利用程度与效率还有待提高，开展的基因克隆
工作跟踪模仿多，原始挖掘少，缺乏有育种应用价
值的自主知识产权基因。抗草甘膦和抗虫是目前两
种最主要的转基因作物性状，播种面积分别占全球
转基因作物种植面积的 59% 和 15%。专利数据分析
显示，大型国际生物公司拥有的抗草甘膦 EPSPS 专
利占 84.5%，专利申请量前 10 位申请人中我国仅有
1 位，而被引证次数较多的核心和产业化应用专利
都为国外申请［4］；麦可根、孟山都、先正达等 5 家
跨国公司掌握了全球 Cry 基因专利的 70% 以上，我
国拥有的专利在数量和质量上都有显著差距［5］。
2.2 基因育种应用价值评价工作滞后
虽然科研人员从各种农作物中克隆到大量新基
因，产出了一批论文和专利，但对基因功能往往缺
乏深入研究，基因育种应用价值不明确，进入田间
试验的更少，难以验证获得具有产业化前景的新基
因。国外研究显示，一些通过转入外源基因产生的
系统获得性抗性在自然环境压力下即可诱导产生，
这些转基因植物在田间的抗病性与对照相比并无显
著差异，或反而导致抗虫性降低［6］；一些抗旱、抗
盐或其他非生物胁迫的候选基因，常常在大田试验
中难以达到预期效果［7，8］。近年来，随着技术手段
进步和研究工作深入，我国农业分子生物学家们挖
掘出了一大批关键功能基因［9，10］，但它们在基因工
程中的应用前景尚需通过进一步田间试验来确定。
2.3 关键共性技术研发投入不足，创新能力弱
作物转基因关键共性技术研发是国际上的一大
热点，主要集中在外源基因转化效率提升、新型转
基因元件开发、基因组精准操作等方面。例如，利
用人工改造的核酸酶，在转基因棉花基因组的外源
基因旁边制造双链切口，再通过同源重组介导的基
因组修复，引入第二个外源基因，可获得复合性状
的转基因棉花［11］；从多黏芽孢杆菌中分离的 tflA 基
因编码毒黄菌素降解酶，能够降解光敏剂毒黄菌素，
消除对植物的毒性作用，因此可作为一种新型光依
赖的选择标记在植物遗传转化中应用［12］；通过研究
外源基因启动子与附近其他基因表达调控元件间的
相互作用，发现 DNA 构象与间隔 DNA 可有助于组
织特异性启动子表达［13］；通过加入强组成型表达启
动子或内质网特异性表达启动子等新的调控序列，
可以创造出更加适宜于单子叶植物的遗传转化载
体［14］等等。但我国对基因转化与优化表达技术的
研究与创新不多，转基因效率偏低、规模偏小，缺
乏优化表达手段，尚无法打破发达国家特别是少数
跨国公司主导知识产权、垄断技术市场的现状。
2.4 研究范围狭窄，一些学科刚起步
目前我国仅在少数几种主要作物基因工程上形
成了特色或优势，园艺作物、小宗粮食与经济作物
基因克隆与转基因研发刚起步，整体发展速度不快，
研究水平相对较低，相当一部分工作停留在低水平
重复阶段。国外代表性的工作有，针对生产上的重
大害虫果梢蛀虫 EFSB，印度和印度尼西亚的科研人
员研发出转基因 Bt 茄子，能够降低茄子种植农药使
用总量的 42%，提高产量 23%-60%［15］；韩国研究
人员通过转入病毒外壳蛋白，获得了抗黄瓜花叶病
毒 CMV 的转基因辣椒［16］；西班牙研究者发现，在
大田种植的转基因柑桔，外源基因可稳定表达 7 年
以上，没有非预期的表型变化，且表达水平不受大
田环境与季节变化的影响［17］；澳大利亚科学家利用
转基因技术，培育出抑制苹果多酚氧化酶的转基因
苹果，有望获得美国农业部的批准［18］。
2.5 宏观战略研究薄弱
转基因作物的研发与商业化是一个融科研、生
产、国际贸易、消费、生态环境，甚至政治、文化
与意识形态于一体的综合性问题，关于转基因作物
的争论涉及粮食安全、生物安全、生态安全、知识
产权等许多核心领域，学科与产业的健康快速发展
离不开宏观战略研究的保障与支撑。我国转基因作
物研发与商业化面临着国际与国内的双重压力，国
际上，发达国家垄断转基因作物市场，对民族种业
发展造成严重冲击 ；国内，舆论环境不稳定，各种
担忧、争论和误解此起彼伏。面对这样的发展形势，
2014年第9期 3刘蓉蓉：我国转基因作物研发重点与支持对策探讨
我国在转基因作物研发与商业化战略研究方面显得
较为薄弱，缺乏整体性、系统性、延续性与深入性，
有影响的成果不多，对国家战略决策的建议咨询作
用还有待加强［19，20］。
3 加快发展的可能性分析
差距与困难客观存在，但同时也要看到，我国
在作物转基因研发领域同样具有一定优势，为未来
发展创造了有利条件。
3.1 拥有得天独厚的作物种质资源优势
依托中国农业科学院建立的国家作物种质库目
前保存着 200 余种作物 41 万份种质资源，包括野生
种、栽培种、变异种、引进资源等。种质库即“基因库”，
蕴藏着大量未知的有价值基因，是开展作物基因工
程研发的重要物质条件和巨大宝库。国际同行固然
已在模式植物和主要作物模式种上取得了领先的研
究成果，但模式物种毕竟只是遗传资源中极其有限
的一小部分，只要我们利用高通量研究手段加大对
种质资源库的挖掘力度，就可能快速提升作物功能
基因组学与分子遗传学研究水平，获得一批具有重
大应用价值的候选基因。近年来，我国重要农作物
新基因发掘工作已进入了快速发展阶段［21］，通过种
质资源筛选与挖掘，获得了一批农艺性状相关的关
键基因，例如与水稻分蘖性状、穗粒数与谷粒大小
相关基因［9，10］，与玉米光敏感性、玉米油合成途径
相关基因等［22，23］，显著提升了相关研究领域的国际
学术地位。
3.2 初步建立起重要作物转基因研发技术体系
我国从事农业转基因研发起步较早，经过近 30
年探索和努力，以基因枪、农杆菌介导或花粉管通
道等方法，建立并不断完善了棉花、水稻、玉米、
小麦、大豆、油菜等主要农作物的转基因技术体
系，拓宽了受体基因型范围。例如，水稻转化效率
从 40% 提高到 83%，规模化转化程度不断提高，具
备了年转化 5 000 个基因的能力［21］；通过优化培养
基、农杆菌菌种、外植体和筛选剂等，大豆遗传转
化效率可稳定在 3% 以上［24］。近年来在我国在重要
作物功能基因挖掘方面不断取得较高水平的研究结
果，水稻、小麦、棉花和重要蔬菜等的基因组测序
与研究产生了国际影响，转基因抗虫棉、抗虫水稻、
转植酸酶基因玉米等自主知识产权的重大成果达到
国际水平。这些成就为加快发展奠定了良好基础。
3.3 具有科技创新“后发优势”
科技创新“后发优势”主要体现为可以引进学
习国际先进技术，借鉴别国经验教训，选择优化的
赶超战略，少走或避免走弯路，降低研发成本、提
高创新效率。作物基因工程领域技术革新快，新兴
技术往往能支撑带动研发水平整体跃升。若能及时
学习新技术并有效应用，后发者就可抓住机遇迅速
提升创新能力，开拓原始创新的研究领域，与国际
同行同场竞技，从而一举改变跟踪模仿为主的现状。
例如，中国农业科学院蔬菜花卉研究所紧紧抓住新
一代基因组测序技术初兴的历史机遇，牵头国内外
多家研究机构完成了黄瓜基因组计划［25］，并随后开
展了白菜、马铃薯、番茄等重要作物的基因组测序
或基因组学研究，获得了一系列高影响力的研究成
果［26-28］，国际学术地位快速提升，成为跨越式发展
的范例。
4 支持作物转基因研发重点的建议
加大力度支持农作物基因工程研发，目标是获
得核心基因、品种和高端技术专利，储备一批有望
产业化的转化事件，在国际竞争中掌握主动权和话
语权，整体快速提升相关领域的原始创新能力。建
议在以下方面加强工作 ：
4.1 基因挖掘、功能验证与育种价值评估
首先，深入挖掘收集保存的作物种质资源，开
展表型精准鉴定评价，筛选出具有重大研究价值的
材料，提供开展多样性分析、基因型鉴定和关键基
因克隆。其次，利用组学研究手段与高通量测序技
术，大规模、高通量克隆基因，深入解析重要性状
的分子机制，获得具有重大应用价值的新基因及调
控元件，结合基因互作网络分析，为作物改良提供
新思路新方法［29］。第三，完善从实验室到田间的科
研链条，开展标准化、规模化、工厂化转基因操作，
通过不同种植区与自然环境的大田试验及时对实验
室结果进行验证，评估基因育种利用价值［30］。
4.2 高效转化与优化表达技术研发
首先，大力研发多基因转化、叶绿体转化等新
技术，探索病毒、微小染色体等新型载体，提高转
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化和筛选效率，为实现基因叠加提供技术支持［31］。
其次，开展共转化、位点特异性重组、转座子介导、
同源重组等技术的研究和应用，提升无标记转化技
术水平与效率［32］。第三，探索建立外源基因定点整
合、时空表达调控、RNAi 等技术手段，优化表达策
略，提高遗传稳定性，为培育表达性状更加优异的
转基因作物创造条件。
4.3 主要转基因农作物创制
重点在棉花、水稻、玉米等几种已有安全证书
发放的作物上培育性状更为优异的转基因新材料，
在油菜、大豆、小麦等其他重要农作物上创造多样
化的转化事件以加强储备。同时还应探索创制新一
代转基因农作物，如培育高产、抗病、抗逆、养分
高效利用及复合性状的转基因作物，积极寻求应对
粮食安全、资源短缺、环境恶化、气候变化等挑战
之策；以代谢工程为重点，改良产品品质，增加营养，
提高保健功能，增加农产品附加值［33］。此外，应在
其他粮食、园艺、经济作物上大力发展转基因技术，
实现“百花齐放”，推动整体水平快速提升。
4.4 宏观战略研究
国际方面，应分析全球粮食与农产品供求形势，
跟踪技术发展趋势和新品种研发动态，掌握跨国公
司产业布局与动向，研究美国、欧盟、日本及新兴
发展中国家的产业发展与政策变化等情况。国内方
面，应针对不同作物和各种转基因性状，及时了解
研发形势，从科学技术、粮食安全、种业安全、农
产品国际贸易、知识产权、生态环境、社会经济影
响等多个方面，深入研究转基因作物商业化对我国
种业和农业产业链的影响，分析主要农作物推进商
业化的可行性与必要性，制定产业发展战略布局、
战略目标、重点任务、实施规划与技术路线，明确
风险及控制措施，“确保战略方向绝不出错，研发过
程少走弯路”［33］。
5 提高转基因作物研发成效的建议
资金和人才密集，技术革新快，探索性强，风
险高，周期长，对关键共性技术支撑作用的依赖程
度高，是转基因作物研发的突出特征［34］。除加大人
力物力投入、长期稳定支持外，应重点探索建立符
合实际需求、科学高效的实施方式，破解现存体制
机制障碍，激发科研单位科技创新活力与动力，提
高创新效率与水平。
5.1 深入推进实施转基因生物新品种培育重大专项
转基因重大专项自 2008 年启动实施以来，围绕
主要农作物和畜禽转基因新品种培育，关键共性技
术研发，转基因生物安全监管、评价和检测技术等
方向，部署了一批重大课题，开展了持续深入的工作，
取得了一批重大技术与产品突破，转基因抗虫棉进
一步推广，并储备了若干具有产业化前景的苗头性
成果。按照《国家中长期科学和技术发展规划纲要
（2006-2020 年）》，重大专项执行期已过半。下一阶
段，建议结合国内外技术与产业经济政策发展趋势，
对现有重大课题执行进展与发展前景进行科学评估，
在此基础上，进一步调整聚焦支持重点，确保重大
标志性成果的熟化完善和产业化前期研究，支撑重
大专项既定目标的实现。同时，应系统梳理重大专
项已取得的技术成果，重点支持后续深入研究、系
统性补充与集成创新，提高科研产出效率。
5.2 谋划布局转基因作物研发体系
国内现有一批科研单位和高等院校从事作物基
因工程相关研发工作，但研发力量缺乏整体布局，
互相之间尚未建立起联合协作的长效机制，影响了
创新效率的提升。应对相关力量进行整体布局，形
成“基因克隆、遗传转化、性状鉴定、株系筛选、
品种培育”完整的技术研发体系。应将上、下游工
作进一步结合，如尽快开展田间试验测定候选基因
表现型，选出真正有育种价值和产业化前景的基因；
转基因作物研发之初须充分考虑我国农业生产实际、
安全性、可行性、生产匹配程度、市场前景、生产
者接受的可能性、专利障碍等因素 ；建立转基因育
种与传统育种间的技术成果交流合作平台，加快从
转基因事件到实用新品种间的研发进程。还应建设
若干个不同作物的遗传转化平台，实现转基因技术
共享，广泛、高效地发挥支撑作用 ；建设农业生物
信息中心，组织不同类型、不同功能的作物生物信
息资源，进行海量数据的集中存储、共享、分析，
面向全国提供集成式生物信息服务。
5.3 发挥“后发优势”，加强源头创新
一方面，在起步晚的研究领域或作物对象上，
2014年第9期 5刘蓉蓉：我国转基因作物研发重点与支持对策探讨
从零起步开展创新往往是低水平重复，势必成本高、
见效慢、赶超过程长，未必是后发者最好的选择。
我们一定要更好地借鉴和利用国际同行已有研究结
果，特别是已在模式生物上获得验证的结论，充分
借助已公布的全基因组测序信息等，使研究事半功
倍。另一方面，应进一步加强对外合作交流，瞄准
国际研发重点和热点，学习引进先进技术，利用新
兴技术“撑杆跳”，开拓新的研究领域，进一步加强
青年人才引进培养和硬件条件建设，在此基础上开
展源头创新，以达到一步领先、全盘主动的目的。
5.4 明确技术优先序，分步支持推进
根据发展迫切程度、技术成熟度、实现突破的
可能性和国际竞争关键点所在，明确作物转基因研
发的技术优先序，有计划、有步骤地推进。对巩固
和加强优势、抢占国际前沿、技术瓶颈效应强的，
应予以优先支持，包括深入挖掘作物遗传资源，大
规模开展基因克隆和功能研究 ；对已完成全基因组
测序的农作物，以关键基因挖掘为目标，抓紧开展
基因组重测序等后基因组学研究 ；对现有与重要农
艺性状相关的新基因，尽快进行田间育种价值评价
等。对前沿探索性强、为未来进行技术储备的，应
根据研究基础和人才团队等实际情况逐步推进，包
括外源基因优化表达等关键共性技术研发、第二代
转基因作物创制、特色作物基因工程研发等［35］。
参 考 文 献
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（责任编辑 李楠）