2015年全球转基因作物商业化态势

2017-09-28 | 作者: Clive James | 标签: 转基因作物商业化

本文刊载于《中国生物工程杂志》2016年第4期,转载引用请注明:Clive James.2015年全球生物技术/转基因作物商业化发展态势.中国生物工程杂志,2016,36(4):1-11.

2015年是生物技术作物(又称遗传改良作物或转基因作物)商业化20周年。从1996年到2015年的20年期间全球转基因作物累计种植面积达到空前的20亿公顷,相当于中国大陆总面积(9.56亿公顷)或美国总面积(9.37亿公顷)的2倍。这累计的20亿公顷包括:10亿公顷转基因大豆、6亿公顷转基因玉米、3亿公顷转基因棉花和1 亿公顷转基因油菜。20年间,农民获益超过1500亿美元。

二十年的商业化证明,转基因作物已经实现了其先前的承诺,为农民乃至为全社会带来了农业、环境、经济、健康和社会效益。转基因作物的快速应用表明,那些进行了转基因作物商业化种植的发达国家的大农场主和发展中国家的小农户都已经认识到这种巨大的多重收益。

2015年全球转基因作物的发展态势
总体而言,2015年,巴西的转基因作物种植面积不断增加,美国的种植面积有所减少,其它国家同比变化不明显(表1)。

前20年转基因作物采用率的进展
经过从1996年到2014年连续19年的增长,全球转基因作物种植面积于2014年达到峰值1.815 亿公顷(图1),2015年种植面积为1.797 亿公顷,比2014年减少了1%。转基因作物种植面积的年份波动受几个因素的影响,2015年导致一些国家转基因作物种植面积减少的一个主要因素是作物总种植面积的减少。例如,受低价的影响,一些农民从玉米、棉花和油菜转向种植更易于管理的作物如转基因大豆及其它要求更低的作物如豆类、向日葵和高粱,从而使玉米的种植面积减少了4% 、棉花种植面积减少了5%。这种情况很可能在未来作物价格上涨时出现反转。

生物技术是世界上应用最为迅速的作物技术
全球转基因作物的种植面积从1996年的170万公顷增加了100倍,达到2015年的1.797亿公顷。这使生物技术成为近20年应用最快的技术,显示出其可持续性、适应性和为小农户、大农场主及消费者带来的巨大收益。

2015年美国的重大进展
总体而言,2015年美国在许多方面都取得了巨大进展,包括:新的审批,新的商业化转基因作物——首次批准了作为人类食用的转基因动物产品,强大的突破性新技术——基因组编辑技术CRISPR的广泛应用,以及在标识方面取得的一些成功。

关于转基因作物产品:(1)第一代Innate™马铃薯(Simplot公司开发的一种多性状改良的马铃薯)于2015年首次进行了160公顷的商业化种植。(2)Innate™ 2也于2015年获批,其对真菌病和马铃薯晚疫病具有更强的抗性(马铃薯晚疫病是造成1845年100万人饥饿而死的爱尔兰饥荒的原因,而在150多年后,这种病仍然是每年造成高达75亿美元损失的全球最主要的马铃薯疾病)。(3)第一个非转基因的基因组编辑作物SU Canola™(抗磺酰脲除草剂油菜™,由Cibus公司开发)首次在美国4000公顷的土地上进行了商业化种植。(4)两种Arctic®苹果(防挫伤和切片后防褐化)于2015年获批在美国和加拿大种植,美国2015年种植面积达到6公顷,计划于2016年首次面市。开发Arctic® 苹果的加拿大Okanagan Specialty Fruits公司将同样的技术施用于其它易腐烂的水果,如桃子、梨和樱桃。该公司2015年被一家美国合成生物公司Intrexon收购。(5)更易消化并且产量更高的低木质素苜蓿事件KK179 (HarvXtra™)于2014年11月获批并将于2016年进行商业化。苜蓿是全球第一大饲料作物。(6)2013年首次在美国种植的转基因抗旱玉米DroughtGard™的种植面积出现猛增,从2013年的5万公顷增加到2014年的27.5万公顷再到2015年的81万公顷,反映了农民对它的高接受度。(7)2015年12月,陶氏和杜邦公司达成合并协议,合并为陶氏杜邦(DowDuPont),目的是为了将新公司分成三家公司,分别专注于农业、材料和特色产品。

关于转基因动物:(1)经过20年的审核,2015年美国食品药品监督管理局(FDA)做出了一个标志性的决定:批准首个转基因动物作为商业化食品用于人类消费。这是一种生长更快的转基因三文鱼AquAdvantage(大西洋鲑),它有望于2018年之前进入美国食品链。正常情况下养殖的大西洋鲑鱼需要三年才能收获,而转基因品种则仅需一半时间(18个月)即可。转基因三文鱼AquAdvantage由AquaBounty Technologies公司开发,该公司于2015年被美国Intrexon公司收购。(2)FDA批准了一种转基因鸡。它的鸡蛋能够治疗一种罕见但致命的人类疾病——溶酶体酸性脂肪酶缺乏症。

倍受赞誉的CRISPR基因组编辑技术被《科学》杂志评为2015年的突破性技术。许多实验室用它来开发改良性作物和动物。例如,正在对温室中的改良性大豆和玉米进行评估。按照监管程序,它们将最早于5年内获批商业化。另外,正在开发能够抵抗一种致命的病毒性疾病的猪。这种疾病使美国的养猪行业每年损失6亿美元。

之前在转基因作物的标识方面,支持者和反对者都了付出高昂成本。2015年,支持者取得重大成果,继2014年在俄勒冈州和科罗拉多州进行转基因标识的投票被否决之后,2015年在加利福尼亚州和华盛顿州的投票也被否决。更重要的是,众议院2015年7月通过了一项法案用于预先制止州和地方非转基因法,类似的法案也即将在参议院进行听证。2015年11月FDA驳回了要求强制性标识转基因产品的市民请愿。曾经宣布将转基因产品从其菜单上取消而只供应本地产非转基因蔬菜的Chipotle食品公司,在多达300名美国人声称因消费了其在当地采购的非转基因蔬菜致病后,已放弃先前的决策。

五大转基因作物种植国
美国仍是全球转基因作物的领先生产者,种植面积达到7090万公顷(占全球种植面积的39%),主要转基因作物的采用率为玉米92%、大豆94%、棉花94%。全球第二大转基因作物种植国巴西2015年的种植面积为4420万公顷,比2014年增加了200万公顷,首次占到全球种植面积的25%,恢复了其全球转基因作物增长引擎的地位。与之相比,美国则减少了220万公顷,主要是由于玉米、棉花和油菜总种植面积的临时性调整,这些作物的种植面积在其价格上涨时有望恢复。2015年是抗虫/抗除草剂复合性状大豆在巴西种植的第三年,其种植面积为1190万公顷(比2014年的520万公顷有所增加)。阿根廷以2450万公顷的种植面积保持在第三名,比2014年的2430万公顷稍有增加。印度的种植面积排名第四,有1160万公顷的Bt棉花(种植面积与2014年相同),采用率为95%。加拿大排名第五,为1100万公顷,油菜总种植面积减少了40万公顷,但转基因油菜的采用率仍维持在93%。2015年五大种植国的转基因作物种植面积都超过了1000万公顷,为未来的可持续增长奠定了坚实的基础。

28个国家种植了转基因作物;越南2015年首次种植转基因作物
2015年,28个国家种植了转基因作物,其中有20个发展中国家和8个发达国家,包括了全球60%的人口即40亿。越南2015年首次进行了复合性状转基因玉米的商业化。前两年种植过转基因玉米的古巴将在未来两年内恢复转基因玉米的种植,因为其改良的玉米杂交品种即将完成。

以种植面积排序的十大转基因作物种植国中8个为发展中国家
种植面积超过1000万公顷的十大转基因作物种植国当中,8个是发展中国家,为将来持续多样化的发展打下了深厚的基础。

全球最贫穷的小国之一——孟加拉国是体现政治意愿对转基因作物应用的重要性的典范
有1.5亿人口的贫穷小国孟加拉国将其视为珍宝的商业化蔬菜Bt茄子的种植面积翻番。该国的250户小农户2015年的种植面积为25公顷,而2014年则是120户小农户种植了12公顷。重要的一点是,种子成倍增加,以满足2016年更多农民的不断增长的需求。Bt茄子的成功使孟加拉国优先开始一种抗晚疫病的新型马铃薯(马铃薯是该国的重要作物,种植面积为50万公顷)的田间试验。这种马铃薯最早将于2017年获批。马铃薯是全球第四大主粮,能够为中国(种植面积为600万公顷)、印度(200万公顷)和欧盟(约200万公顷)等国家的粮食安全做出贡献。考虑到棉花纺织业在孟加拉国的重要性,Bt棉花正在进行田间试验。同样正在田间试验的还有黄金大米,其能够解决这个国家人口普遍缺乏维生素A的问题。通过公私合作关系(PPP)推广本国产转基因作物的壮举非常有效,但是如果没有强烈的政治决心和政府支持,特别是农业部长Matia Chowdhury的支持很难实现。孟加拉国的经验是贫穷小国的典范。

在1996年至2015年的20年间,多达1800万农民受益于转基因作物,其中90%为资源匮乏的小农户
从1996年到2015年,每年大约有1800万农民种植转基因作物,其中大约 90%(即1650万)是发展中国家怕风险的小农户。1996年-2014年的最新经济数据表明,中国农民从中获益175 亿美元,而印度农民获益183亿美元。除经济收益外,种植转基因作物使得杀虫剂的喷洒量减少了至少50%,因而减少了农民暴露于杀虫剂的风险,更重要的是有助于可持续的环境和更好的生活质量。

2015年发展中国家转基因作物的种植面积连续四年超过了发达国家
2015年,拉丁美洲、亚洲和非洲的农民共计种植转基因作物9710万公顷,即全球1.797亿公顷转基因作物种植面积的54%(2014年这一比例为53%),而发达国家8260万公顷的种植面积占46%(2014年这一比例为47%),即发展中国家比发达国家多种植1450万公顷。发展中国家较大的种植面积与评论家以前的预测相反。1996年转基因技术商业化之初,他们曾断言转基因作物只适用于发达国家,不会被发展中国家特别是资金薄弱而贫穷的农民所接受和应用。

1996年-2014年,转基因作物产生的累计经济效益为1500亿美元,其中发达国家为741亿美元,发展中国家益为762亿美元。2014年一年,发展中国家的经济效益为83亿美元,占全球178亿美元的46.5%,而发达国家为95亿美元(Brookes和Barfoot,2016年)。

美国转基因抗旱玉米采用率提高
DroughtGard™抗旱玉米2013年首次在美国种植了5万公顷,到2015年其种植面积已增长了15倍以上,达到81万公顷。反映了美国农民对它的强烈接受程度。该品种包含的MON87460事件由孟山都公司开发,已被捐赠给公私合伙关系——非洲节水玉米项目(WEMA),目的是到2017年向非洲国家交付转基因抗旱玉米。值得注意的是,2014年传统抗旱玉米已经在南非发布,这有利于转基因抗旱玉米DroughtGard™ (MON 87460)被接受。DroughtGard™(MON87460)已于2015年6月获批商业化,预计农民将于2017年获得它。

一批新的转基因作物于2015年获批并将于2016年进行商业化
阿根廷批准了两种本国产的产品——一种抗旱大豆和一种抗病毒马铃薯。在巴西,由FuturaGene/Suzano开发的一种产量提高了20%的本国产桉树获批培育,还有两种本国产作物产品(一种抗病毒豆类和一种新的抗除草剂大豆)获批于2016年进行商业化。在缅甸,一种新的Bt棉花品种Ngwe-chi-9于2015年进行了商业化。加拿大批准了一种防褐化的高品质苹果。更多的改变表现在粮食作物上,包括南非的白玉米,美国和加拿大的甜菜和甜玉米,美国的木瓜、南瓜、马铃薯和苹果、中国的木瓜和孟加拉国的Bt茄子。

复合性状作物占全球1.797亿公顷转基因作物种植面积的33%,2014年这一比例是28%
所有开发出复合性状的转基因作物受到所有国家农民的垂青。复合性状作物的种植面积从2014年的5140万公顷增加到2015年的5850万公顷,增加了710万公顷,即14%的增长率。复合性状作物的大幅增长主要是由于Bt/HT大豆种植面积的增加(主要种植于巴西,少量种植于其邻国阿根廷、巴拉圭和乌拉圭,面积1290万公顷)。复合性状仍然是转基因作物重要的不断发展的特性。2015年14个转基因作物种植国种植了具有两个或以上复合性状的转基因作物,其中11个国家为发展中国家。越南2015年首次种植转基因作物即选择了复合性状的转基因Bt/HT玉米。

五大发展中国家——拉丁美洲的巴西、阿根廷,亚洲的印度和中国,以及非洲大陆的南非种植了世界上将近一半(48%)的转基因作物,这些国家的人口占全球人口的41%
中国、印度、巴西、阿根廷、南非五大发展中国家共种植了8630万公顷的转基因作物,占全球转基因作物种植面积的48%,并且这五个国家的人口约占全球73亿人口的41%。2100年前全球人口将达到110亿,届时仅非洲人口就可能从目前的12亿(占全球人口的16%)增加到44亿(占全球人口的39%)。2015年转基因作物种植面积的 87%分布在美洲,11%分布在亚洲,2%分布在非洲,不到1%分布在欧洲。

10个拉美国家受益于转基因作物
现在有10个拉丁美洲国家受益于转基因作物的广泛应用。将它们按降序排列为:巴西、阿根廷、巴拉圭、乌拉圭、玻利维亚、墨西哥、哥伦比亚、洪都拉斯、智利、哥斯达黎加。古巴计划于两年内恢复种植,因其本国产杂交玉米即将推出。

巴西是全球转基因作物增长的引擎
2015年巴西转基因作物的种植面积达到了 4420万公顷(比2014年的4220万公顷增加了5%),仅次于美国列全球第二。最近六年,巴西是全球转基因作物的增长引擎。2015年巴西转基因作物种植面积占全球(1.797亿公顷)的 25%,比2014年多2%。从长远看,巴西有望缩小与美国的差距,高效科学的审批制度是后者能够快速应用转基因作物的关键。2015年是巴西商业化种植抗虫/抗除草剂复合性状大豆的第三年,1190万公顷的种植面积比2013年的230万公顷和2014年的520万公顷有大幅的增涨。

转基因油菜的种植面积在加拿大有所减少,而在澳大利亚有所增加
加拿大以1100万公顷的转基因作物种植面积保持全球第五的排名,但比2014年减少了5%,主要是由于油菜总种植面积的减少以及低油菜价格。油菜种植面积的减少有望在油菜价格升高且相对其它作物更具竞争力时发生逆转。2015年澳大利亚种植了65.8万公顷转基因作物,比2014年种植的54.2万公顷增加了21%。这包括21.4万公顷棉花(比2014年的20万公顷增加了7%)和44.4万公顷转基因油菜(比2014年的34.2万公顷增加了30%)。值得注意的是,澳大利亚种植的全部棉花都为转基因棉花(采用率100%),其中99%为复合性状(抗虫和抗除草剂)棉花。澳大利亚是全球转基因棉花部署和抗虫管理的领先者,2015年已经对Bollgard® lll进行了田间试验,种植面积3万公顷。

印度保持其转基因棉花的种植面积,成为全球第一大转基因棉花生产国
在里程碑式的发展中,印度成为全球第一大棉花生产国,这主要归功于Bt棉花。印度仍然是世界上最大的转基因棉花生产国,其770万小农户种植了1160万公顷Bt棉花,采用率为95%,与2014年的种植面积相近。Brookes和Barfoot的最新估算显示,2002年到2014年这12年间,Bt棉花使印度农场的收入增加183亿美元,仅2014年一年就达到16亿美元。

Bt棉花和抗病毒木瓜在中国的发展态势
2015年中国成功种植了370万公顷的转基因棉花(棉花总种植面积为380万公顷),543公顷的Bt杨树,以及在广东、海南岛和广西种植的7000公顷抗病毒木瓜。尽管低价和高库存导致中国棉花总种植面积从2014年的420万公顷减少到380万公顷,但转基因棉花的采用率从2014年的93%升高到2015年的96%。种植转基因棉花的农民人数超过660万。由于2014年(种植面积8475公顷)供应过剩,2015年抗病毒木瓜的种植面积减少到7000公顷,但仍维持了90%的高采用率。除了直接受益于Bt棉花的农民外,还有1000万农民间接受益于2200万公顷棉铃虫轮换寄主作物的种植和因种植Bt棉花导致的虫害减少。因此,仅实际受益于转基因Bt棉花的中国农民就远远超过了1700万。1997年-2014年农民从Bt棉花获得的经济收益为175亿美元,仅2014年一年就达到13亿美元。

Bt玉米和Bt水稻对中国、亚洲乃至世界其它地区在近期、中期和长期都具有重大利益和巨大意义,这是因为水稻是世界上最重要的粮食作物而玉米是最重要的饲料作物。中国对Bt玉米、抗除草剂玉米、植酸酶玉米和Bt水稻的研发以及商业化将对中国自己以及全球的粮食和饲料需求做出非常重要的潜在贡献。虽然中国大量进口转基因大豆和玉米(2015年7700万吨大豆 和330万吨玉米),但至今尚未实施这些转基因作物的本国生产。值得注意的是,在美国2015年批准转基因马铃薯的同时,中国这个全球最大的马铃薯生产国(600万公顷)宣布计划将其马铃薯的种植面积翻番,并将马铃薯指定为继水稻、玉米和小麦之后的第四大主粮。

中国政府已经向研究机构和国内公司支付了至少30亿美元用于研发本国产的转基因种子。中国正在讨论加快待批转基因作物种植的审批。本国产转基因玉米将提高生产率并且减少中国对数量不断增长的进口玉米的依赖。这些进口玉米多数(90%以上)为转基因玉米。中国消费了全球大豆产量的三分之一,大豆进口量占全球大豆进口的65%,其中90%以上为转基因大豆。一些观察者推测本国产转基因玉米(Bt或者植酸酶玉米)的商业化将于三年内实施,这将开放这个玉米种植面积为3500万公顷的巨大潜在市场。据彭博社2015年12月报道,习近平主席敦促中国加大对转基因作物的“研究和创新”的支持,这与中国化工集团公司出资430亿美元收购Syngenta公司的行动是一致的。这一收购将对中国在近期内及时在3500万公顷的种植面积上采用转基因玉米产生巨大的潜在影响。这一成功收购使中国化工集团公司能够立刻获得一大批通过安全评价、进入商业化的转基因作物产品,这些产品已经在全球种植了许多年。

非洲的发展态势
尽管面临巨大的挑战,非洲大陆仍然在多个方面取得进步。2015年南非的一场毁灭性的旱灾导致该国的转基因作物种植面积从300万公顷减少到230万公顷,减幅达23%。这再次表明了气候变化所带来的自然界的危险性、对生命潜在的重大威胁以及紧迫的抗旱新挑战。重要的是,非洲节水玉米项目(WEMA)中的抗旱玉米DroughtGard®已经获批在南非释放,同时,具有抗虫性(Bt)的抗旱(DT)玉米计划于2017年发布。苏丹的Bt棉花种植面积增加了30%,达到12万公顷。而政治转型、纤维质量等原因阻碍了布基纳法索在种植面积上突破40万公顷。另外8个国家(喀麦隆、埃及、加纳、肯尼亚、马拉维、尼日利亚、斯威士兰和乌干达)对优先种植的非洲作物进行了田间试验。田间试验是审批前的倒数第二个步骤。正在进行的试验与非洲面临的挑战高度相关,包括干旱、氮肥利用率、抗盐性、营养的增加以及对热带害虫和疾病的抗性。基于科学的低本高效监管体系的缓慢实施是限制转基因作物应用的主要原因。迫切需要负责、严格但简化的监管以满足公共和私人领域技术开发者的需求,确保将非洲农民急需的工具顺利交付到他们手中。最后,可持续的政治意愿和各部门的热情参与是打破监管僵局的关键。

5个欧盟国家种植了116870公顷转基因Bt玉米,西班牙是目前为止最大的Bt玉米种植国,占欧盟Bt玉米总种植面积的92%
五个欧盟国家西班牙、葡萄牙、捷克、斯洛伐克和罗马尼亚种植了116870公顷Bt玉米,比2014年的143016公顷减少了18%。西班牙Bt玉米的种植面积为107749公顷(列欧盟第一),比2014年的131538公顷减少了18%,采用率为28%,而2014年为31%。五个欧盟国家Bt玉米的种植面积都有所减少,这与多个因素有关,包括2015年玉米总种植面积的减少,以及农民种植Bt玉米面临的非常繁杂、苛刻的欧盟报告程序等不利因素。2015年10月,欧盟28个国家中有19个国家投票决定不再种植转基因作物。而目前种植Bt玉米的这五个国家投票决定继续种植,从而能够受益于转基因作物的巨大优势。

转基因作物的批准情况
从1994年到2015年11月15日,共计40个国家(39国+欧盟28国)的监管机构批准转基因作物用于粮食和/或饲料,或释放到环境中,涉及26种转基因作物(不包括康乃馨、玫瑰和矮牵牛)、363个转基因事件的3418项监管审批。获得监管审批最多的五个国家包括日本(214个批文)、美国(187个,不包括复合性状事件)、加拿大(161个)、墨西哥(158个)、韩国(136个)。玉米仍然是获批事件最多的作物(在29个国家中有142个事件),其次是棉花(在22个国家中有 56个事件)、马铃薯(在11个国家中有44个事件)、油菜(在13个国家中有32个事件)及大豆(在28个国家中有31个事件)。抗除草剂玉米事件NK603(获得26个国家+欧盟28国的54个批文)获得的批文最多,其次是抗除草剂大豆事件GTS 40-3-2(获得26个国家+欧盟28国的52个批文)、抗虫玉米MON810(获得25个国家+欧盟28国的50个批文)和抗虫玉米Bt11(获得24个国家+欧盟28国的50个批文)。2015年12月8日,菲律宾最高法院裁决永远禁止进行Bt茄子的田间试验,宣布该国农业部2002年第8号行政令等系列文件无效。因此,在依据法律颁布新的行政命令之前,暂时禁止继续使用、田间试验、繁殖、商业化以及进口任何转基因生物体。

2015年全球转基因种子价值高达153亿美元
据Cropnosis估计,2015年转基因作物的全球市场价值为153亿美元(比2014年的157亿美元稍有减少),占2014年全球作物保护市场762亿美元市值的20%,全球商业种子市场450亿美元的34%。

预计全球已收获的最终商业产品( 转基因作物和其它收获的产品 )的农场出场收入为转基因种子单独价值的10倍以上 。根据2011年的一项研究估计,一个新的转基因作物/性状的发现、开发和批准的成本为1.35亿美元。Transparency Market Research关于2013年-2019年的一项报告显示,全球农业转基因技术(2012年价值为153亿美元)到2019年的市场价值有望达到287亿美元。因为对高产作物需求的不断增加以及可耕地面积的不断减少,预计从2013年到2019年,转基因应用的市场价值还将以9.5%的复合年增长率(CAGR)继续增长。

挑战
2050年供养全球97亿人口的巨大挑战
2050年供养90亿人口和2100年供养110亿人口是人类必须面对的一大挑战。在二十世纪之初,全球人口只有17亿,而现在达到了73亿(2015年7月),过去12年里全球人口增加了10亿,到2050年将增加到97亿,在本世纪末将接近110亿。从全球看,8.7亿人口目前面临长期饥饿,20亿人口营养不良。2015年全球消费高于产出。在二十世纪60年代的小麦和水稻绿色革命做出巨大贡献之后,作物生产率的增幅下降。现在很明显仅靠传统作物技术到2050年不能供养90多亿人口,同时,生物技术也不是万能药。全球科学界的一项提议是更好地兼用传统作物技术(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),以一种平衡、安全、可持续的方法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,对于那些占全球最贫困人口的大多数的资源匮乏的小农户和依赖农业的无地农户来说更是如此。

气候变化:教皇通谕和2015年巴黎气候变化大会
教皇Francis在其2015年教皇通谕中强调每个人在协同努力中的重要性,这是为了实施必要的策略以解决气候变化和环境破坏问题。气候变化和环境破坏将影响每个人尤其是国际社会的脆弱群体——穷人和饥饿者。富裕国家过去对贫穷国家提供的帮助不够,因此迫切需要全球加倍努力并且团结一致。

2015年12月法国巴黎召开的联合国气候变化框架公约(UNFCCC)巴黎气候大会(COP21)发出行动号召(而不是承诺),强调了教皇的关切。195个国家首次签署了一个具有法律约束力的协议从而将全球变暖限制在2oC以下。高于2oC,全球作物产量将大幅下降,特别是在发展中国家,这些国家最无法承受非生物胁迫(高温和干旱)和生物胁迫(害虫、杂草和疾病)造成的损失。转基因作物已为减少上述损失做出了贡献,而承认这一点很重要。此外,当全球人口在2100年达到110亿的时候,转基因技术和新生物技术如CRISPR的应用潜力巨大。全社会面临的挑战是采用协调、科学、适当且简化的监管法规,确保及时将能够提高生产率的作物交付到农民手中,从而使粮食产量翻倍。

转基因作物对粮食安全、可持续发展及环境与气候变化的贡献
1996年-2014年的最新数据表明,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1500亿美元,产生更好的环境,1996年-2014年减少5.835亿公斤杀虫剂活性成分的使用;仅2014年一年就减少270亿公斤二氧化碳排放,相当于一年在公路上减少1200万辆汽车;1996年-2014年节约了1.52亿公顷土地(Brookes 和 Barfoot, 2016年),保护了生物多样性;帮助超过1650万小农户及其家庭(即超过6500万人口,他们属于世界上最贫困的人口)缓解了贫困。转基因作物能够极大地提高生产率和收入,因而可以作为农村经济增长的引擎,帮助世界上弱小而缺乏资源的贫穷农民摆脱贫困。转基因作物为全球许多科学院支持的可持续强化战略做出了贡献,使生产率/产量能够在现有的全球15亿公顷耕地上实现增长,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,例如轮作管理和对昆虫、致病菌和杂草的抗性管理。

转基因作物的监管
对转基因作物繁复的监管仍然是其采用的主要限制条件,这使许多国家失去了应用转基因作物解决粮食、饲料和纤维安全问题的机会,而这种应用对许多发展中国家尤其重要。与对转基因作物繁复的监管不同,基因组编辑产品在逻辑上可以为自身提供科学、恰当的监管。转基因技术和基因组编辑技术(如CRISPR)这项新技术的反对者反对基于科学/证据的监管而要求进行繁复的监管,这导致发展中国家的贫穷农民和欧洲无法使用这些技术。此外,上述技术的反对者预计将面临更加庞大的全球预算,2011年的预算是100亿美元,到2014年已经翻番,达到200亿美元。

技术与有助于它应用的政策相结合能够使粮食产量翻番。然而如果全球社会不能确保转基因和基因组编辑技术生产的作物的监管政策是科学的、符合目的的、及时和适当的,将会产生可怕的结果:一方面,全球会因粮食供应不足而遭受痛苦;另一方面,因为对新生物技术的反对思想占主导地位,这些本能够为全球人类供应安全、足够、有保证的粮食的科学技术将会被摒弃。

全球荟萃分析证实了巨大的多重收益
Klumper 和 Qaim (2014年)对过去20年发表的147项转基因作物研究成果进行荟萃分析,得出的结论是:“转基因技术的应用使化学农药的使用减少了37%,作物产量增加了22%,农民利润增加了68%。抗虫作物的产量增益和农药减少程度大于抗除草剂作物。发展中国家的产量和利润增益高于发达国家。”这些结论也确证了PG Economics的Brookes和Barfoot所进行的转基因作物全球年度影响研究(本年报经常引用)。Qaim (2015年)在其新书《转基因作物与农业发展》中更加详细的描述了当前和未来应用转基因作物对可持续农业发展和粮食安全的巨大贡献。他的结论是,对这些有益和安全的技术的不断反对使人类遭受不必要的痛苦并且使环境恶化。

黄金大米的发展态势
世界卫生组织统计,全世界每年有1.9亿-2.5亿学龄前儿童受维生素A缺乏的影响,黄金大米每年能够防止130万-250万儿童的死亡。国际水稻研究所(IRRI)将黄金大米性状事件E转入多个品种,并在菲律宾进行限制性田间试验,孟加拉国也批准了黄金大米的田间试验。黄金大米项目的重要使命是为改善数百万微量元素缺乏者的健康状况做出贡献,大米是40亿人的主粮,这些人群每天的总消费量仅有2006869卡路里。这一日消费量的地区明细如下:南非1,130,648 卡路里,东南亚660,979 卡路里,非洲125124卡路里,拉丁美洲75,238卡路里,中亚14,880卡路里,共计2,006,869卡路里/天(HarvestPlus, Personal Communications)。上述地区是维生素A缺乏(VAD)最严重的地区,且发生了许多与之相关的疾病。如果为这里的人们提供黄金大米(一种富含β-胡萝卜素的转基因大米)就会使这些疾病减少。每天100-150克改良的黄金大米就能满足维生素A缺乏者维生素A需求量的一半以上。

新育种技术(NBT):不断发展且前途无量的新生物技术应用(如CRISPR)
在转基因技术应用20年后,全球科学界再一次对一种叫做“基因组或基因编辑”的新作物生物技术的潜力充满期盼。有许多不同的基因组编辑技术,其中被最新命名为CRISPR(成簇的规律间隔短回文重复序列)的技术被许多利益相关者认为最具有前途。利用它可以在预先确定的位置切割DNA并精确地插入突变或者在基因组的最佳位置改变单核苷酸从而使表达最大化。这一领域的专家认为这些新技术的“真正力量”在于其能够编辑和更改单个和多个植物自身基因(而非转基因)的能力,对重要的性状如抗旱性进行编码,产生有用的非转基因的改良作物。正在开发的产品包括所有主要粮食和饲料作物:油菜(抗除草剂)、玉米(抗旱)、小麦(抗病性和杂交技术)、大豆(油品质量)、水稻(抗病性)、马铃薯(改良存储质量)、番茄(水果催熟)和花生(无过敏原)。另外,科学家还计划改良多基因编码的、更加复杂的性状比如光合作用。CRISPR被《科学》杂志评为2015年“年度最杰出突破”。作为2012年和2013年的亚军的这项技术现在带来了遗传研究和基因治疗的新革命,“使它们打破陈规,在一系列惊人成果中展示出真正的力量”,《科学》通讯记者John Travis在2015年12月18出版的杂志上如此评价。

在认识到包括基因组编辑在内的所有技术都不是“万能药”的前提下,学术团体中的许多知名观察者认为基因组编辑在四个方面比传统作物和转基因作物具有优势:(1)精确——它能够精确地控制单个或多个基因,因而其产品与自然突变无差别;(2)监管——与对转基因作物的苛刻的监管不同,基因组编辑产品适用于科学的、符合目的的、适当的监管;(3)速度——一些产品比如基因组编辑马铃薯的开发时间仅用一年,而用传统的或转基因技术则需要长达10年;(4)成本——由于改良作物的速度更快以及监管更简化,总成本得到巨大的节省。开发一种转基因作物的平均成本为1.35亿美元,其中3500万美元是繁复的监管成本。希望全世界的监管机构不再对基因组编辑作物提出苛刻的监管要求,从而促进国际监管协调一致。这将为新的基因组编辑技术创造发展空间,为生产者和消费者提供价格能承受的、更优的、更新的作物。

即将获批并且进行商业化的第一个基因组编辑产品(非转基因)是Cibus公司开发的SU Canola™,2015年在美国种植了10000英亩 (4000 公顷),加拿大也批准了SU Canola™的种植,全球许多实验室正在开发类似的非转基因产品,以便最早在5年后(即2020年)实现商业化。例如,杜邦公司声称已经在温室开发出CRISPR玉米和小麦并有望在2016年进行田间试验。包括美国、加拿大、瑞典和阿根廷在内的多个国家已经在考虑通过CRISPR和类似技术获得的简单突变产品的监管问题,目前的结论是在各自国内的转基因监管政策下,不应对这些产品进行监管。瑞典的Jansson博士表示,对于特定的基因组编辑产品来说 “唯有瑞典农业部的决定是合理的”。重要的是,监管决定应该专注于具体的产品而不是过程上。

全球科学界的主要科学家均认为,对基因组编辑作物进行科学的、全球一致的监管策略对于作物育种项目非常关键。因为迫切需要这些项目来提高全球作物生产率以保证2100年110亿人口的粮食安全,缓解其它可怕的挑战,比如气候变化造成的更加频繁和严重的干旱。欧盟和许多其它国家有望近期报告它们关于基因组编辑技术监管的结论、定位和决定——这将是改变游戏规则的重要决定,对使用科学解决粮食安全和气候变化问题、缓解发展中国家近10亿人口的饥饿和贫穷状况具有重大意义。

基因组编辑技术与传统技术和转基因技术相比所具有的优势,使它对大多数利益相关者都具有普遍吸引力。基因组编辑技术有望帮助发展中国家8.5亿遭受粮食短缺痛苦的人口。这些人中每一小时就有1000人死于饥饿和营养不良——这在一个公平的社会中是不可接受的。诺曼·博洛格博士认为,人们无法饿着肚子构建和平,而技术可以为数百万人的粮食安全和更高生活质量做出贡献。我们赞同他的观点,获取足够食物的权利势在必行,生物技术能帮助实现这一点。

未来展望
需要考虑以下三个方面:
首先,当前主要转基因作物的高采用率在成熟市场中进一步增长的空间很小。然而,有些作物还有巨大的种植潜力:转基因玉米在亚洲有约6000万公顷种植潜力,仅中国就占3500万公顷,同样非洲有3500万公顷;转基因棉花的种植潜力在10个非洲国家,每个国家的种植面积为10万公顷甚至更多。

第二,未来大约五年内还将有许多新转基因产品上市,取决于对种植和进口的监管审批。这其中包括有望于2017年在非洲发布的非洲节水玉米项目(WEMA)开发的转基因抗旱玉米,还包括一系列抗病虫害、除草剂、线虫的新作物和新性状。黄金大米在亚洲取得了进展,正在进行田间试验。针对穷人特别是非洲穷人的作物如强化型香蕉和抗虫豇豆大有前途。从制度上看,公私合作在开发和向农民交付获批产品方面相当成功。

第三,基因组编辑作物可能是目前为止科学界确认的最重要的发展,被命名为CRISPR的强大技术的应用大有前途。科学界认为基因组编辑在精度、速度、成本和监管四个方面相比传统作物和转基因作物具有独特的重大优势。国际农业生物技术组织在其网站上推荐了两篇文章,这两篇文章描述了作物改良技术的演进,特别是新育种技术的作用。这里推荐了一项大有前途的战略:使用转基因、基因组编辑和微生物(使用植物微生物组作为改良植物性状的另一种基因新来源)这三驾马车来提高作物生产率,从而为实现粮食安全和消除饥饿与贫穷这个崇高目标做出贡献。

结束语
前进之路
前进的方向是各国携手共进,公私合作(PPP),兼用传统作物技术(适应性更好的种质)和生物技术(增强型的有益性状)。回顾过去二十年的作物技术转让项目,公私合作关系的进步和前途非常显著。公私合作项目具有灵活性,在许多情况下都取得了成功。更重要的是,公私合作的优势是提高了在合理期限内向农民提供获批转基因作物产品的可能性。成功的公私合作案例包括:孟加拉的Bt茄子、巴西的抗除草剂大豆、印度尼西亚的抗旱甘蔗、非洲节水玉米项目中的抗旱(DT)玉米等。

诺曼·博洛格在转基因作物领域的遗产与倡议

此处以1970年诺贝尔和平奖获得者、在生物技术/转基因作物方面做出贡献的诺曼·博洛格的忠告来结束本文。将10亿人从饥饿中解救出来的诺曼·博洛格因其在缓解饥饿的半矮秆小麦技术方面的成就而荣获诺贝尔和平奖。诺曼·博洛格是国际农业生物技术应用服务组织的发起人,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,他要求领导者(科技和政治领导者)拿出勇气支持为全球粮食安全和社会安定做出贡献的作物生物技术。(本文在尊重读者关于生物技术/转基因作物的知情选择权的同时力图分享关于转基因作物的知识。)

“我们需要那些仍然别无选择地使用陈旧、低效方法进行种植的农民所在的国家的领导人们拿出勇气,绿色革命和现在的植物生物技术正帮助我们在满足对粮食生产需求的同时,为下一代保护好环境。”
——诺曼·博洛格

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来源:Clive James

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