加拿大转基因作物的研发概况

2014-12-20 | 作者: 刘定富 | 标签: 加拿大转基因作物

作者:刘定富(湖北惠民农业科技有限公司,武汉430070)

【摘 要】 分析了1988-2013年加拿大食品检验局和卫生部有关转基因植物试验、种植、饲用、食用的审批信息,结果表明:26年来加拿大转基因作物的研究步伐很快,现在的速度也并没有减慢,就田间试验的位点数和试验次数而言,反而是日益加快。加拿大的转基因研究已涉及到了所有的主要农作物,研究最多的作物是油菜;农作物在加拿大的重要性越大,有关研究越多。研究最多的性状是抗除草剂,其次是增产和抗逆性,再次是雄性不育/恢复和抗虫性,产品品质(改变油的组成、改变营养)、抗病毒、抗真菌的研究也不少,但输入性状的研究远多于输出性状(产品品质)研究。近10年来,加拿大的转基因作物研究在由抗病虫等简单遗传性状向农艺性状、产品品质等复杂遗传性状转移,由输入性状向输出性状转移。从事转基因植物研发的主要是跨国种业公司。从加拿大批准的转基因研发申请看,部门间似乎没有相互否定的情况;除申请者主动撤回或不被认为是新性状或新食品以外,没有一项申请被否定。这似乎说明近30年来研发的转基因作物是安全的。

加拿大是全球最早商业化应用转基因作物的5个国家之一,现在也是全球第5大转基因作物种植国,特别是转基因油菜的研发和应用一直处于全球领先地位。自从1983年转基因植物首次在美国问世以来,加拿大就一直紧随美国,其研发活动非常活跃,不断深入,其应用也日益普及,成效明显。加拿大的转基因研发由政府监管,经过批准方能进行。根据加拿大的政府架构和法律框架,转基因研究从实验室到市场,分别由食品检验局(CFIA)、卫生部(HC)、环保部(EC)、渔业和海洋部(FOC)四个部门依法监管。这些机构均有完善的受理、审查、审批程序,对每一项申请都有透明、及时、完整的信息披露,食品检验局(CFIA)和卫生部(HC)均在其官网[1,2]上定期更新所受理的转基因植物和食品申请、审查、审批的情况。因此,根据这些机构公开的信息,便可以窥见加拿大转基因植物研发的概况和最新进展。本文的目的就是根据加拿大政府相关机构公布的资料,分析和介绍加拿大转基因技术研发的概况,并据此得出一些结论,开展一点讨论,供国内有关研究人员和决策者参考。

1.政府批准情况

1.1 审批部门及职责
加拿大政府对转基因研发活动的监管,没有专门立法,也没有一个专门的机构,而是根据本国已有的法律框架和政府组成,由食品检验局、卫生部、环保部、渔业和海洋部依法监管。食品检验局负责具有新性状的植物和种子、动物、动物疫苗和生物制剂、肥料、畜禽饲料的安全评价;卫生部负责食品、药品、消费品、医疗器械、有害生物防治产品的监管;环保部负责《加拿大环保法》规定的生物产品对环境影响的监管;渔业和海洋部负责转基因水生生物的环境释放。

食品检验局将转基因植物归属为“新性状植物”,简称PNT,即plants with novel traits)。新性状植物研究走出实验室的第一步是田间试验,由CFIA负责审批。转基因作物研究得到田间试验许可后,便可以开展田间试验或育种活动,但该转基因生物还是处于受监管状态,试验、转移等都需报批。田间试验成功完成后,研究者可以向CFIA提出解除监管申请。如果转基因作物的产品被用作食品、饲料或食品、饲料的加工原料,还需进一步评价,食品由HC评价审批,饲料仍由CFIA评价审批。得到种植(解除监管)、饲用、食用审批后,方能商业化生产,进入市场。

1.2 田间试验
图1是CFIA在1998-2013年批准的PNT田间试验申请数、试验次数、试验的性状数情况。


由图1可见,1988-2013年间,CFIA批准的PNT田间试验情况显示,试验的性状数>田间试验数>申请数;作者根据文献[1]分析统计,CFIA 26年共批准2755项申请,10849次田间试验,试验的性状为16774个次。这说明一项申请可能包括多个试验,而一次试验又可能包括多个性状。

由图1还可以看出,加拿大的转基因植物研究从实验室到田间自1988年开始,速度逐年加快,26年间呈现2个明显的高峰,第一个高峰是1993-2000年,第二个高峰是2008-2012年。在这两个高峰期间,每年的申请数超过100项,田间试验一般400次以上,涉及的性状500个次以上,特别是2009-2012年每年试验的性状数都在1500个次以上,这揭示加拿大的转基因研究已从单个性状向多个性状转变。

这两高峰之外的年份,每年的申请数不超过100项,田间试验一般不超过300次,试验的性状个次也一般在400以下。为什么出现2001-2007年的一段低谷,2013年也陡然下降,单从这些数据本身找不到解释。

1.3 商业应用
图2是1994-2014年2月CFIA批准自由种植即解除监管和可用作饲料以及HC批准可用作食品的PNT(新性状植物)数量分布。


从图2可见, 从1995年起,除2000年外,CFIA每年都批准PNT自由种植和用作饲料;HC则在1994-2014年间每年都批准转基因食品;不同年份的批准数量有些差异,2000年和2001年是明显的低谷。从图2还可以看出,HC批准的转基因食品数>CFIA批准用作饲料的PNT数>CFIA批准自由种植的PNT数。作者根据文献[4]统计,1994-2014年,CFIA批准了84个PNT自由种植,批准了101个PNT可用作饲料,HC批准了107个PNT可用作食品。前10年(1994-2003年)批准的数量与后10年(2004-2013年)批准的数量均基本相等。这说明加拿大转基因植物研究和应用的速度一直较快。

2.涉及的作物
2.1 田间试验
作者根据文献[3]统计,CFIA 1988-2013年批准的10833项田间试验涉及到38种植物,但多数植物试验次数较少,10次试验以下的达17种,10次试验以上的植物21种,50次试验以上的13种,100次试验以上的9种,基本上都是主要农作物,500次试验以上的6种,即甘蓝型油菜、白菜型油菜、大豆、玉米、马铃薯、小麦。图3是加拿大转基因田间试验最多的10大作物的试验次数图。


由图3可见,加拿大转基因植物研究田间试验几乎涉及到了所有的主要农作物,研究最多的是Canola(甘蓝型和白菜型油菜),占总数的66.2%,其次是大豆、玉米、马铃薯、小麦等,这6大作物约占总数的88.5%。苜蓿、芥菜型油菜、亚麻、烟草研究也较多。试验的其他28种植物是:甜菜、Camelina,白杨、红花、埃塞俄比亚芥、小扁豆、豌豆、葡萄、白三叶草、大麦、黑杉、小糠草、Cuphea,番茄、白杉、Monococcum、向日葵、Canary Seed,硬粒小麦、草莓、花椰菜、Castor bean,Perennial Ryegrass,樱桃、日本三叶草、南瓜、白芥、甜蒿(Sweet Wormwood)。

油菜在加拿大甚至在现在的英语中多称Canola,这是加拿大人创造的英文单词,意为Canadian oil with lower erucic acid(加拿大低芥酸菜油)。传统的菜油主要含6种脂肪酸,其中芥酸高达50%。芥酸分子较大,24个碳原子,被认为不宜被人消化吸收,甚至有人认为对人体有害。美国食品药品管理局就曾一直禁止菜油食用,直到Canola问世,低芥酸菜油才在1985年被批准食用。低芥酸油菜是由加拿大学者1960年代创造、1970年代后推广于全世界,因而油菜成为加拿大的第二大作物。综上可见,农作物在加拿大的重要性越大,有关研究越多。

2.2 商业应用
表1是1994-2014年2月111项PNT商业应用申请涉及的作物情况及CFIA和HC批准的情况。

作物
申请数
种植
用作饲料
用作食品
批准数
未批理由
批准数
未批理由
批准数
未批理由
玉米
33
32
1个撤回
32
1个撤回
32
1个未申请
大豆
16
15
1个非新性状
16
 
15
1个非新食品
甘蓝型油菜
15
13
2个非新性状
13
2个不用作饲料
15
 
棉花
13
0
13个未在加拿大种植
12
1个撤回
13
 
小麦
6
6
 
6
 
6
 
马铃薯
5
5
 
5
 
5
 
水稻
4
0
4个未在加拿大种植
4
 
4
 
番茄
4
0
4个未申请
0
4个未作饲料评价
4
 
向日葵
3
3
 
3
 
3
 
白菜型油菜
2
2
 
2
 
0
2个非新食品
硬粒小麦
2
2
 
2
 
2
 
南瓜
2
0
2个未在加拿大种植
0
2个不用作饲料
2
 
甜菜
2
2
 
2
 
2
 
苜蓿
1
1
 
1
 
1
 
芥菜型油菜
1
1
 
1
 
1
 
亚麻
1
1
 
1
 
1
 
小扁豆
1
1
 
1
 
1
 
合计
111
84
27
101
10
107
4
表1 加拿大PNT商业应用申请和审批情况

从表1可见, 111项申请涉及17种植物,基本包括了所有主要农作物。申请最多的是玉米,达33项,被批准32项。其次是大豆、油菜、棉花,分别为16,15,13项。除申请者撤回、未在加拿大种植和审批机关不认为是新性状或新食品的以外,都被批准。未被认为是新性状或新食品,即认为就是传统植物或食品,其实也是可以种植、饲用或食用。

3.涉及的性状
3.1 田间试验
图4是CFIA批准的10833项转基因植物田间试验涉及的转基因性状的次数分布。


由图4可见,加拿大转基因植物研究就性状而言,涉及最多的是抗除草剂,其次是增产和抗逆性,再次是雄性不育/恢复和抗虫性,产品品质(改变油的组成、改变营养)、抗病毒、抗真菌的研究也不少。由此可见,主要涉及的还是输入性状,输出性状(产品品质)研究较少。

为了分析加拿大转基因研究重点在性状方面的变化,根据文献[3]的数据,作者分年统计了1988-2013年研究最多的6大性状即抗除草剂、增产、抗逆性、抗虫、雄性不育/恢复、产品品质的田间试验次数,结果如图5所示。


由图5可以看出,抗除草剂一直是研究最多的形状,早期(1999年以前)抗虫性和雄性不育性的研究多于增产和产品品质的研究。近5年来增产和抗逆性研究明显增多,分别跃居第二位和第三位,抗虫性研究在减少,改善品质的研究一直都有一定的份额,基本上一直是第三或第四位。这表明加拿大的转基因作物研究在向增产、抗逆等复杂遗传性状转移,由输入性状向输出性状(产品品质)转移。

3.2 商业应用
图6是111个PNT商业应用申请涉及的转基因性状及数量分布。


在111项申请中,有15项为复合性状申请,其他均为单一性状。从图 7可见,批准应用的性状主要是抗除草剂(72项次)和抗虫(30项次),改变油份和品质有11项次,田间试验较多的增产、抗逆性被批准应用的还很少,各仅1项次。

4.涉及的研发机构
根据文献[4]的资料,111项申请在提出申请时涉及22家研发机构,其中21家公司,1所大学;到现在已有10家公司被收购兼并,111项申请仅涉及12家研发机构。图7是111项申请商业应用(种植、饲用、食用)的PNT现在所涉及的主要研发机构及分布,另外4家机构各1项申请,这4家机构是Cibus Canada Inc. ,DNA Plant Technology,Genective SA 和Saskatchewan大学。


由图7清楚可见,加拿大的转基因技术研究主要由公司主导,在前8位研发机构中,都是公司,而且都是跨国公司,并且都是种业公司。孟山都是当之无愧的转基因技术研究和应用的领导者,获得的批准数为41项,占总申请数的36.9%,遥遥领先,成倍多于第二层次的BASF,拜耳和先锋,获得批准数分别为18,15和13项;第三层次的是先正达和陶氏,均为8项。转基因研究的主力机构正是主要的种业公司,作者认为这决不是巧合,而是必然,现代种业必须走而且正在走生物技术之路。

5.结论和讨论
26年来,加拿大转基因作物的研究步伐很快,现在的研发速度也并没有减慢,就田间试验的位点数和基因结构数量而言,反而是日益加快。

加拿大的转基因研究几乎涉及到了所有的主要农作物,农作物在加拿大的重要性越大,有关研究越多。当前还主要集中于油菜、玉米、大豆、棉花、马铃薯等作物。

研究的性状主要是抗除草剂和抗虫性,其次是农艺性状、产品品质,再次是抗病性。输入性状的研究远远多于输出性状研究,现在正在改变。

转基因作物研究由跨国种业公司主导,孟山都是当之无愧的转基因技术研究的领导者。

从加拿大CFIA和HC受理和批准的PNT应用申请来看,被批准率很高。批准率最高的是用作食品,110项申请,卫生部批准了107项,其他3项也不是被否决,是卫生部不认为是新食品,即不属于审批对象。其次是用作饲料,111个PNT中101个被批准,另10个的情况是,4个未申请,2项申请被撤回,4个PNT不用作饲料。被批准种植的PNT数是84个,其他27个PNT的情况是,19个不在加拿大种植,4个未申请,1个申请被撤回,3个不被认为是PNT。这似乎说明,除申请者主动撤回外,似乎没有被审批机关否定的情况,CFIA和HC也没有相互否定的情况。这说明近30年研发的转基因作物都是安全的。

从加拿大转基因作物研究来看,转基因技术农业应用是必然趋势,不会有回头路!

来源:基因农业网

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