全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2013, 49 (7): 611~614 611
收稿 2013-04-23　　修定 2013-05-20
资助 转基因生物新品种培育重大专项(2011ZX08001-001和
2013ZX08012-002)。
* 通讯作者(E-mai l : zzhu@genet ics .ac .cn; Tel : 010-
64806616)。
国内外转基因农作物研发进展
彭永刚, 张磊, 朱祯*
中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室, 国家植物基因研究中心(北京), 北京100101
摘要: 发展转基因技术可以更好地应对我国农业上面临的耕地减少、水资源缺乏等诸多问题, 然而转基因技术却引起了广
泛的争议。本文综述了国内外转基因农作物的研发进展, 以及我国转基因产业化等问题, 阐述了应用先进技术对我国农业
可持续发展以及确保粮食安全的重要作用。同时, 本文概括了我国在基因组学研究和基因挖掘上取得的重要进展, 以及我
国转基因产业化已经具备的发展条件。本文还对未来我国种业尤其是生物技术种业的发展做出展望。
关键词: 转基因作物; 转基因技术; 产业化
A Review on Research and Development of Transgenic Crops
PENG Yong-Gang, ZHANG Lei, ZHU Zhen*
State Key Laboratory of Plant Genomics, National Plant Gene Research Center (Beijing), Institute of Genetics and Developmen-
tal Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
Abstract: Development of transgenic technology helps to deal with Chinas agricultural challenges such as the
reduction of arable land, and water scarcity etc. However, bio-safety involved in transgenic technology has
aroused widespread controversy. This paper reviewed the progress in research and development of transgenic
crops, and commercialization of transgenic crops both in China and abroad. Meanwhile, the paper briefly sum-
marized the research progress that has been made in genome sequencing and functional genomics in China, and
discussed future prospects of seed industry, especially biotechnology seed industry in China.
Key words: transgenic crop; transgenic technology; commercialization
1 我国农业的主要问题及解决途径
目前, 我国农业面临着三方面的重大挑战。
首先耕地锐减, 人均耕地面积不足世界平均水平
的40%。其次, 水资源匮乏, 人均水资源占有率只
有世界平均水平的25%左右。再次, 病虫害、旱涝
等自然灾害频发, 环境恶化。
发展转基因技术可以有效地缓解或解决这些
问题。第一, 转基因农作物品种能够显著提高农
作物产量, 改善农产品的品质, 确保我国的粮食安
全。第二, 进行抗性的转基因育种还可以降低农
药、化肥的施用量, 确保我国农业的生态安全。
第三, 通过开发功能性和治疗性的食品, 可以提高
农产品的附加值, 增加农民的收入。第四, 通过对
转基因技术的研究、创新, 可以建立我国自己的
生物技术研发体系, 提高我国在这方面的国际竞
争力。
2 转基因农作物国际研发进展
国际上对转基因农作物的研究已有30年历
史。1983年, 第一例转外源基因植物(烟草)获得成
功(Zambryski等1983); 1987年, 第一例转基因植物
(转基因抗虫番茄)田间试验在美国进行; 1994年,
转基因番茄上市; 1996年, 全球转基因作物种植面
积已达160万公顷; 到了2012年, 种植面积达1亿7
千万公顷, 约30个国家正式批准种植转基因农作
物, 从1996年到2012年, 累计种植面积达15亿公顷
(International Service for the Acquisition of Agri-
biotech Applications, http://www.isaaa.org/resources/
publications/briefs/default.asp)。
目前, 美国是种植转基因作物面积最大的国
家, 面积达6 950万公顷, 其后依次为巴西、阿根
廷、加拿大、印度和中国。2012年我国转基因作
综　述 Reviews
植物生理学报612
物种植面积为4百万公顷, 而且近十年来, 种植面
积增长趋缓, 而印度、美国、阿根廷等国家均在
稳步上升。2012年全球转基因作物种植面积最大
的是大豆, 有八千多万公顷, 主要是抗除草剂转基
因大豆, 其次是转基因玉米, 再次是转基因棉花和
油菜。2012年全球大豆的播种面积的81%、棉花
播种面积的81%、玉米播种面积的35%和油菜播
种面积的30%都种植着转基因的品种(International
Service for the Acquisition of Agri-biotech Applica-
tions, http://www.isaaa.org/ resources/publications/
briefs/default.asp)。近期将要陆续推广的一些转基
因品种包括转基因抗旱玉米、转基因氮高效利用
玉米, 以及富含β-胡萝卜素的金水稻。
转基因作物带来了巨大的经济效益和社会效
益, 大幅度提高了农业生产力。在1996到2011年期
间, 作物产量增加估计达到982亿美元; 同时, 少用
杀虫剂4.73亿千克; 在2011年减少231亿千克二氧
化碳的排放, 有非常好的环境效益(International
Service for the Acquisition of Agri-biotech Applica-
tions, http://www.isaaa.org/resources/publications/
briefs/default.asp)。
转基因农作物的广泛应用促进了农业生物技
术产业的形成, 彻底改变了种业的产业结构, 大规
模的并购与重组已于上世纪末本世纪初完成, 种
业已由原先的单一的种子经营过度到了育繁推一
体化的经营模式。新技术的应用使种业的产业凝
聚度大幅度提升, 世界上最大的三家种业公司在
全球种子市场上占有份额已从1996年8%左右提高
到2010年的35%。种业的国际化趋势日趋明显, 跨
国公司加速了全球种子市场的瓜分。
3 我国转基因农作物发展现状
我国转基因农作物的研发总体上可以分为两
个时期。第一个时期, 从1986年到2000年, 目标是
追踪世界科技前沿, 有所为有所不为, 研究内容主
要是基因克隆、植物转化和转基因农作物的大田
试验。第二个时期, 从2001年至今, 我国开展了自
主创新研发, 主要的研究内容是转基因农作物的
商业化生产, 以及基因组测序和通过组学的手段
进行基因克隆的研究。经过这两个时期的发展和
积淀, 未来我国将要进行源头的、根本性的创新。
我国批准商业化生产的首批转基因品种包括:
抗病毒番茄、耐储存番茄、抗病毒甜椒、改变花
色的矮牵牛以及抗虫棉。其中抗虫棉在商业化用
途上成效显著。2008年我国转基因抗虫棉种植面
积已占全国总植棉面积的72%。我国自行研制的
转基因抗虫棉占抗虫棉推广面积的百分比也由
1999年的7%增长到2008年的93%。1999年到2008
年, 我国累计推广转基因抗虫棉2.2亿亩, 受益农户
超过3 000万户, 减少农药80%以上, 减少的农药使
用量约为4.5万吨。平均每亩增收节支220元, 累计
为国家和棉农增收节支大约400亿元人民币(郭三
堆研究员提供), 这些收益远远超过了国家对农业
生物技术研究的总投入。
另外, 我国在转基因抗虫水稻研制方面处于
世界领先水平, 目前已经通过了安全审批, 等待产
业化。另一个重要的转基因农作物——转植酸酶
玉米, 也已经通过了我国转基因安全审批。抗鳞
翅目害虫的转基因杨树和转基因抗病毒的番木瓜
也已获批进行商业化应用。
此外, 我国自行研制的生产人血清蛋白和品
质改良的转基因稻米、抗虫或抗旱的转基因玉
米、抗黄花叶病毒或抗旱的小麦、品质改良的转
基因棉花、抗除草剂的转基因大豆等优良转基因
作物已完成了产业化前期的工作。
4 我国农作物重要基因的发现与克隆
转基因农作物的核心知识产权是基因专利。
如果转基因没有基因的自主知识产权, 转基因产
业就无法很好的发展。我国在新的农作物重要功
能基因的发掘与克隆方面取得了重要进展。已经
克隆的基因有决定水稻高产性状的理想株型基因
IPA1 (Jiao等2010), 决定水稻籽粒长宽比例的gl-7(t)
基因, 决定稻穗夹角角度的EP2基因(Zhu等2010),
水稻穗形态相关的DEP1基因(Huang等2009b), 耐
旱相关的OsKIPa基因(Hou等2009), 与株高、产
量、穗粒数相关的Ghd7基因(Xue等2008), 与穗发
育(Wu等2008)、广亲和性相关基因(Chen等2008;
Long等2008)等, 以及抗稻飞虱的Bph14基因(Yang
等2004), 抗水稻重要病害水稻细菌白叶枯病的
Xa26基因(Sun等2004)。
5 我国的作物基因组学研究
近些年我国在作物基因组学研究也取得了重
大进展。首先, 我国参与了国际水稻基因组计划,
彭永刚等: 国内外转基因农作物研发进展 613
完成了粳稻‘日本晴’四号染色体的精确测序和功
能解析工作(Feng等2002); 同期我国独立完成了籼
稻‘93-11’的基因组草图(Yu等2002)和完成图(Yu等
2005), 标志着我国农业基因组学已经进入了世界
基因组学研究的前列。2002年以后, 中国的科学
家独立或者通过国际合作完成了其他许多重要作
物的基因组测序, 包括马铃薯(Potato Genome Se-
quencing Consortium等2011)、大豆(Lam等2010)、
黄瓜(Huang等2009a)、杨树(Tuskan等2006)和番茄
(Tomato Genome Consortium 2012), 以及近期完成
的小麦Ｄ基因组(Jia等2013)和Ａ基因组(Ling等
2013)的测序工作; 同时, 包括其他一些生物像鹅、
朱鹮、血吸虫(Young等2012)、鲤鱼、仓鼠(Xu等2011)
等(科学网, http://www.sciencenet.cn/)。
基因组研究的核心竞争力是生物信息学, 这
不仅需要大量的测序工作, 还需要高性能计算机
和高效率算法。在这方面我国已经具备了上述基
因组研究的核心竞争力, 深圳华大基因研发中心
现在已经成为世界最大的基因组测序中心。引领
本世纪世界未来发展的两大技术是生物技术和信
息技术。《第三次浪潮》的作者托夫勒曾指出, 在
新的机遇面前, 发展中国家和发达国家在同一起
跑线上。在高新技术领域世界格局将重新洗牌,
只要抓住机遇我国完全可以赶超世界领先水平。
6 我国转基因产业化展望
从克隆基因到获得转基因植物, 最后育成可
用于生产的农作物新品种是一个复杂的过程。目
前我国在DNA测序、组学研究、以及转基因技术
和分子育种各个环节上均取得了重要进展。问题
在于如何将这些技术环节形成完整的技术链条和
产业化链条, 并最终实现转基因作物的产业化。
抗虫棉是应用成功的一个例子。我国批准商
业化的抗虫棉是分别由我国和美国孟山都公司自
行研制的。在1997年我国自行研制的抗虫棉仅占
抗虫棉推广面积的一小部分, 孟山都的占绝大部
分。但到了2008年, 我国的品种已占主导地位, 全
面超过了国外产品。其中重要原因是我国结合使
用了三系杂交棉技术和抗虫棉技术, 产量增加了
20%以上, 棉花纤维质量明显提高, 种子成本也明
显降低, 因此具有了国际竞争力。从这个例子可
看出, 在对待国际竞争时, 我们一定要正面积极应
对。只有发展我国自己的转基因产业才是正确的
应对措施, 通过引进、消化、模仿、吸收、自主
研发和进一步创新以增强我国的科技竞争力。担
心国外的竞争而拒绝采用新技术最终将会导致我
国种业彻底“崩盘”, 那将是任何人都不愿见到的
结果。
另一个例子是我国的大豆种植业。1995年国
际上大规模培育和应用转基因作物的前夕, 我国
年生产大豆1 600万吨, 美国年生产量为6 000多万
吨。2012年美国年生产量提高到8 000多万吨, 而
我国则降到1 260万吨, 在此期间, 另外两个主要大
豆生产国阿根廷和巴西的产量增加了2~3倍(美国
农业部, http://www.pecad.fas.usda.gov/cropexplor-
er/)。以上3个主要大豆生产国均大规模采用了转
基因大豆, 不但增加了产量, 同时还降低了生产成
本, 从而更具国际竞争力。1996年以前, 我国是纯
大豆出口国, 而现在最高的时候需进口大豆5 838
万吨 , 是我国大豆产量的4倍(海关总署 , http://
www. customs.gov.cn/publish/portal0/)。国外廉价
大豆价格冲击了我国大豆市场, 并导致我国榨油
产业70%~80%的榨力被外国公司所控制。
未来, 企业将是转基因农作物育种研发、投
资和应用推广的主体。我国连续两年中央一号文
件都提到了种业问题, 而且特别地强调转基因和
生物技术育种; 同时, 2011年国务院的八号文件也
明确了关于种业发展的意见, 这些重大决策将有
效地推动我国种业的发展。尽管我国农业生物技
术和种业面临着挑战, 但同样也存在着重大机遇, 我
们坚信, 未来我国生物种业将有一个巨大的发展。
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