中国转基因大豆的财产化战略
中国转基因大豆的财产化战略
大豆既可间接食用，又可供给食用油和饲料卵白，是事关人民生活和经济社会开展的重要农产物之一。近五年来，中国年均大豆的需求量约为1.1亿t，次要从国外进口，2021年全国大豆产量1640万t，进口高达9 651.8万t，约占世界大豆商业量的75%。跟着中国社会经济的开展，人民生活程度不竭进步，大豆的供需矛盾将愈加凸起。进步大豆消费程度，增加自给才能，是中国农业消费必需处理的严重问题。
大豆消费才能的提拔，一是增加播种面积，二是进步单产程度。中国耕地资本非常有限，在不削减玉米等粮食做物播种面积的前提下，摘取大豆玉米复合种植的消费形式是增加大豆播种面积的次要路子，但除草剂利用等问题成为了那种消费形式大面积利用的限造性因素。就大豆产量程度而言，2021年全球均匀亩产187kg，美国和巴西别离为230kg和223 kg，而中国仅为130kg。影响大豆产量的因素良多，此中转基因种子的利用是不成漠视的重要因素之一。中国假设利用耐除草剂转基因做物育种手艺，既能通过处理大豆玉米复合种植杂草防治问题从而增加播种面积，又能进步大豆单产程度。为此，我们综述了全球转基因大豆的研发与利用最新停顿，并基于中国国情论述对转基因大豆贸易化种植的看点。
1 国外转基因大豆的财产化过程
1.1 转基因大豆的研发汗青
至2021年10月，全球共有40 个转基因大豆转化事务获得贸易化种植答应，转基因大豆产物开发，已从转单个耐草甜膦基因第一代产物开展到转多基因、叠加了2-3 个目标性状的第三代产物。转基因大豆研发过程从性状上可分为耐除草剂、抗虫和操行改进3 类（表1-表3）。
1.1.1 耐除草剂（herbicide-tolerant，HT）大豆 耐除草剂是转基因大豆最重要的性状，已获得贸易化种植答应的有36 个转化体，涉及8 种除草剂和12个基因。耐受的除草剂（及耐受基因）次要为草甜膦（cp4 epsps、2mepsps、gat4601）、草铵膦（pat、bar）、麦草畏（dmo）、磺酰脲类（gm-hra）、2,4-D（aad-12）、异噁唑草酮（hppdPFw336、hppdPf4Pa）、硝磺草酮（avhppd-03）和咪唑啉酮类（csr1-2）（表1）。
转单基因耐除草剂大豆，是开发最早的一类产物。1994年孟山都公司研发的第一代耐除草剂大豆 GTS40-3-2（Roundup ReadyR GTS40-3-2）在美国获得贸易化种植答应。该转化体被转进来源于土壤农杆菌CP4菌株（Agrobacterium tumefaciens strain，aroA CP4）的cp4 epsps 基因而获得对草甜膦的耐受性。目前已获29个国度（地域）批准种植或用于加工原料，是获批答应最多的转化体。
2015年专利过时后，孟山都（现拜耳）公司逐渐裁减相关产物，但一些机构仍然操纵该转化事务开展育种工做。2007年孟山都公司研发的第二代耐除草剂大豆产物MON89788（RReady2YieldTM）在美国和加拿大获批贸易化种植答应，该转化体含有和GTS 40-3-2 不异的cp4 epsps 基因，但利用了差别的启动子和调控原件，将该基因插进到受体品种A3244 中，加强了该基因在灵敏组织中的表达量，并将高产育种和耐草甜膦性状停止结合，第二代产物比第一代产物产量进步了7%-11%。该产物于2009年在美国贸易化种植，目前已获26 个国度（地域）批准种植或用于加工原料。
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耐草铵膦大豆，在1996-1998年有7 个转化体获得贸易化种植答应，该类产物商品名为Liberty Link® soybean。代表产物A2704-12 和A5547-127，均转进来源于绿产色链霉菌（Streptomyces viridochromogenes）的pat 基因，由艾格福（AgrEvo）公司研发（现别离回属巴斯夫（BASF）和拜耳）于2009年在美国上市，次要用于防治抗草甜膦杂草，如长芒苋和糙果苋等。两个转化体目前在25个和23个国度（地域）别离获批用于种植和加工原料。耐草铵膦大豆在治理杂草对草甜膦抗药性方面发扬了重要感化，可与耐其他除草剂性状复合培育提拔耐多种除草剂的大豆品种。
2009年，巴斯夫研发的转单基因耐咪唑啉酮类除草剂大豆CV127（Cultivance）获巴西贸易化种植答应，目前已有22 个国度（地域）批准种植和做为加工原料。耐两种以上除草剂的转基因大豆如表1所示，此中陶氏益农研发的DAS44406-6（aad-12、2mepsps 和pat 基因聚合后耐2,4-D、草甜膦和草铵膦）于2013年和2014年获得加拿大和美国贸易化种植答应。
表1 全球转基因耐除草剂大豆转化事务及贸易化概略
Table 1 Transgenic herbicide-tolerant soybean events and their commercial situation in the world
续表Continued
注：数据来源：/，此表中未包罗与品种改进、抗虫性状复合的耐除草剂大豆转化事务
Note: Data source:
1.1.2 抗虫（insect-resistant，IR）大豆 孟山都公司初次将抗虫基因Cry1Ac 转进到大豆中，研发的抗虫大豆MON87701 和IR/HT大豆MON87701×MON89788（IntactaTM Roundup ReadyTM2Pro） 于2010年，别离在加拿大和巴西获得贸易化种植答应。IntactaTM 产物被认为是第二代转基因大豆，其将抗虫和耐除草剂两大目标性状聚合在一个大豆品种中，有效地防治了杂草和鳞翅目害虫，是转基因大豆研发的一个重要里程碑。目前抗虫（包罗IR/HT复合性状）转化事务有7 个，抗虫基因均来源于苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis），涉及的基因有Cry1Ac、cry1A.105、cry2Ab2、cry1F和cry14Ab-1.b（表2）。
2018年孟山都公司通过杂交挑选而获得的MON87751×MON87701×MON87708×MON89788（Intacta2 Xtend）在巴西获得贸易化种植答应，该品系同时将5 个基因聚合在一路，具有抗虫、耐草甜膦和麦草畏的特征，被认为是第三代转基因大豆，现常识产权回属拜耳公司。该转化体2021年6月在巴西上市，表示出优良的抗虫和除草效果。
表2 全球转基因抗虫大豆转化事务及贸易化概略
Table 2 Transgenic insect-resistant soybean events and their commercial situation in the world
数据来源（Data source）：/
1.1.3 操行改进大豆 目前已获得贸易化种植答应的操行改进大豆有9 个转化事务，均为改进油/脂肪酸含量转基因大豆。涉及的基因有5个，别离为gm-fad2-1、fatb1-A、fad2-1A、Pj.D6D和NcFad3（表3）。油酸占大豆总脂肪酸含量的20%摆布，其性量不变、抗氧化感化强、有益安康，因而，进步油酸含量是大豆品种改进的重要方面。
2011年孟山都公司研发的2 个操行改进大豆MON87769 和MON87705 别离在加拿大和美国获贸易化种植答应。MON87769 富含硬脂酸SDA（常规大豆中未含有），其SDA占总脂肪酸含量的20%-30%，与鱼油中SDA 类似，可做为动物性omega-3脂肪酸替代品，从MON87769中提取的SDA omega-3 大豆油可普遍用于有益人类安康的食物中。而MON87705改进大豆种子中油酸含量大于70%，且转进的cp4epsps 基因使其植株具有耐草甜膦的特征。上述4个操行改进大豆于2017年在美国起头贸易化种植。
表 3 全球转基因操行改进大豆转化事务及贸易化概略
Table 3 Transgenic modified quality soybean events and their commercial situation in the world
注：数据来源（Data source）：/
1.2 转基因大豆的贸易化种植
自1996年起头种植转基因耐草甜膦大豆GTS40-3-2以来，转基因大豆的种植面积从50万hm2已增至2019年的9190万hm2，此中耐除草剂大豆 6430万hm2，抗虫和耐除草剂大豆（IntactaTM）2760万hm2。种植转基因大豆的国度有11 个，巴西、美国和阿根廷种植面积更大，2019年巴西种植3510万hm2、美国种植3043万hm2、阿根廷种植1 753 万hm2。和美国差别，巴西、阿根廷、乌拉圭和巴拉圭4个国度次要种植IntactaTM，2019年种植面积别离为2170万hm2、410万hm2、152万hm2 和36.3万hm2。
与常规育种大豆比拟，转基因抗除草剂大豆促成了除草体例的变化，除草形式由本来屡次利用多种抉择性除草剂，改为1-2种广谱除草剂。那种简化的除草体例降低了除草成本，进步了除草效率，增加了大豆的产量。转基因大豆的种植给农户带来了可看的经济效益。2018年全球种植耐除草剂大豆（不包罗IntactaTM大豆）经济效益47.8亿美圆，1996-2018年23年间总的经济效益到达642.1 亿美圆，此中包罗阿根廷和巴拉圭在大豆收获后种植第二茬做物收益。2018年，美国农户种植第一代耐除草剂大豆获得2.39 亿美圆的收益，种植第二代耐除草剂大豆增收25.5亿美圆。巴西、阿根廷、乌拉圭和巴拉圭4个南美国度2013-2018年种植IntactaTM大豆累积增收102.4 亿美圆。
2 中国转基因大豆财产化的意义
中国大豆消费程度与美国等国度比拟存在较大差距，除了受大豆品种遗传改进迟缓和耕地量量较差等因素影响外，还与未摘用转基因手艺有密切的关系。如在美国种植耐除草剂大豆，可将大豆耕、耙、播、施肥和除草等多项功课一次操做完成，那种集约化和专业化的消费形式极大地降低了消费成本。比拟传统大豆，转基因大豆单产程度高、操行好，更具国际合作力，经济效益非常显著。大豆属地盘密集型产物，传统大豆亩产较低，美国和巴西通过转基因手艺提拔了财产程度，占据了世界大豆财产的造高点。中国大豆的消费，除东北等地摘用规模化种植形式外，多为小农户小规模种植，病虫草害的防控工做涉及千家万户，化学农药治理难、用量大，除草剂药害、防治成本高和产量缺失大等问题非常凸起。
2.1 转基因大豆财产化有助于掌握农业生物灾害
中国大豆种植区次要集中在黑龙江、内蒙古、安徽、河南、四川和吉林等省（区），草害和虫害是影响各地大豆产量和操行的重要因素。据全国农技妥帖办事中心统计，大豆虫害发作品种240余种，每年形成10%-15%的产量缺失，2019年全国大豆虫害发作7.33万万亩次，防治后仍然形成产量缺失10.47万t。大豆田杂草品种120余种，2019年我国大豆草害发作面积7 万万亩次，防治后仍然形成缺失12.84 万t。
大豆害虫以食心虫、苜蓿夜蛾、斜纹夜蛾和草地螟等鳞翅目害虫为主，此中草地螟是东北大豆的严重害虫，2008年草地螟2 代幼虫在华北和东北7 省大豆种植区大发作，引发了大豆期货市场的震荡。跟着东北地域大豆复兴方案推进，大豆种植面积逐年增加，2022年黑龙江省大豆种植面积估量增加约66.67 万hm2，那将加大草地螟区域性灾变的风险。北方春大豆产区如黑龙江省等地，持久摘用土壤封锁+苗后利用抉择性除草剂的化学除草手艺防治杂草，因除草剂比年超量利用而使杂草产生抗性，并带来后茬做物药害严峻等凸起问题。
与常规大豆比拟，转基因抗虫大豆对草地螟等鳞翅目害虫有较高的抗性，根本不需要利用化学农药。耐草甜膦转基因大豆田喷施草甜膦对杂草防除效果显著高于常规化学除草手艺。因而，种植转基因抗虫和耐除草剂大豆可高效、低成本掌握虫草的发作危害，进步大豆产量和削减农药利用量。
2.2 转基因大豆财产化有助于农业绿色开展
在我国北方春大豆产区如黑龙江省，大豆田普遍施用氟磺胺草醚、氯嘧磺隆、异噁草松等化学除草剂，但残留期长且对后茬玉米、小麦、谷子等灵敏做物药害严峻，限造了大豆与后茬做物的轮做，成为影响农业种植构造调整的次要因素。此外，持久大量利用长残留除草剂，既污染情况又增加了人畜安康风险。转基因耐除草剂大豆施用草甜膦或草铵膦等对情况友好、低残留除草剂，对后茬做物平安，并因显著削减除草剂利用量而降低了对情况的影响。据统计，美国种植耐除草剂大豆23年间，除草剂用量削减了3.33 万t，除草剂对情况影响商数（EIQ）降低了20.20%。
全球种植转基因耐除草剂大豆23年间，除草剂用量有0.1%（约0.5 万t 活性成分）的小幅增加，那次要是开展中国度（巴西、巴拉圭和乌拉圭等）除草剂利用范畴扩展引起的。总体上，因为利用对情况友好除草剂的增加，EIQ降低了12.90%。中国种植转基因耐除草剂大豆，可处理大豆田长残留除草剂对后茬做物药害问题，促进粮豆轮做消费形式的妥帖，利于农业消费的绿色开展。
大豆玉米带状复合种植属于绿色低碳种植形式，每亩可多收大豆50-75kg，且操纵豆根瘤菌的固氮培肥感化可减施纯氮4-6kg，实现用地养地相连系的目标。玉米大豆带状复合种植形式是进步中国大豆产能、促进农业可继续开展的有效路子。2021年中国玉米大豆带状复合种植面积46.67万hm2，2022年农业农村部在全国16个省（市、区）组织妥帖利用约103.33万hm2。该种植形式因为欠缺兼用型除草剂，一体化控草是“卡脖子”手艺难题。除草只能摘用苗后定向喷施玉米和大豆公用型除草剂的办法，除草期间要求严厉并极易产生药害。如把耐草甜膦转基因玉米和大豆同时种植，或摘用耐玉米田除草剂（硝磺草酮、麦草畏、异噁唑草酮等）转基因大豆与玉米搭配种植，可处理一体化控草的难题，将促进玉米大豆带状复合种植形式的妥帖利用。
2.3 转基因大豆财产化有助于进步中国大豆合作力
影响大豆消费成本的因素良多，但防虫控草和产量是次要因素之一。2019和2020年，中国大豆每亩总成天职别为686.33元和720.52元，而同期美国大豆按汇率折算别离为572.61元/亩和564.92元/亩。据统计，美国农户种植的第一代耐除草剂大豆与常规大豆比拟，控草成本每公顷可削减25-85美圆，2013-2018年巴西、阿根廷、乌拉圭和巴拉圭4 个国度农户种植抗虫耐除草剂大豆（IntactaTM），均匀每公顷可削减杀虫剂和除草剂成本19-33 美圆。
与常规大豆比拟，转基因大豆单产更高。美国1991-1995年种植非转基因大豆均匀亩单产为161kg，而1996-2021年种植转基因大豆的均匀亩产增加到201kg，转基因大豆的种植对进步产量发扬了次要感化。全球种植转基因大豆的23年间共增收2.78亿t，相当于1230万hm2大豆的产量。此外，转基因大豆与常规育种手艺的连系还进步了出油率和油脂成分的改动，如进步油酸的含量等，那也增加了大豆消费的安康价值和经济效益。中国2021年开展了耐除草剂大豆财产化试点工做，成果表白除草成本可降低50%以上，且大豆产量增加了12%。中国大豆每亩单产较美国和巴西等国低60-100 kg，如种植转基因大豆，则有助于缩小与先辈国度的产量差距，加强国产大豆的市场合作力。
3 鞭策中国转基因大豆财产化应加强的工做办法
转基因大豆的财产化是涉及科技立异、农业消费、科学普及和国际商业等诸多方面的系统工程，需多措并举、综合推进。
3.1 规划国产转基因大豆财产化道路图
2008年启动的“转基因生物新品种培育提拔严重专项”鞭策了中国转基因大豆的研发工做，目前已研发了一批具有自主常识产权、具备财产化利用前景的耐除草剂、抗虫和操行改进大豆新品系。2019-2021年农业农村部发放了转g10evo-epsps 基因耐除草剂大豆SHZD3201在南方大豆区消费利用平安证书、转epsps和pat基因耐除草剂大豆DBN9004在北方春大豆区消费利用的平安证书和转g2-epsps和gat 基因耐除草剂大豆中黄6106 在黄淮海夏大豆区消费利用的平安证书。此中，大北农公司研发的耐除草剂大豆DBN9004 已于2019年在阿根廷获批种植，2020年获中国批准用于进口加工原料平安证书。此外，Vip3Aa+pat、cry1Ac/Ab、cry1Iem等转基因大豆转化事务研发工做停顿顺利，为财产化供给了后备产物。
2021年农业农村部在内蒙古自治区开展了转基因耐除草剂大豆财产化的试点工做，成果已证明转基因大豆具有高效防治杂草和显著的增产增收感化。基于目前我国转基因大豆手艺开展进度和我国大豆消费的国情特征，国内财产化应在内蒙试点的根底上，从东北地域逐渐向华北、华中和南方大豆种植区开展。在产物利用上，应按耐草甜膦除草剂单一性状、多基因耐草甜膦和草铵膦等多种除草剂、耐除草剂与抗虫等复合性状和操行改进性状产物挨次，顶层设想财产化道路图，依次造定针对性政策和有序推进相关工做。国外可优先在阿根廷等南美国度财产化，并逐渐向其他国度妥帖。
3.2 构建转基因大豆的可继续操纵手艺系统
害虫杂草能够对杀虫毒素和除草剂产生抗性，那是影响转基因大豆财产开展的重要因素，因而要科学利用各类耐除草剂和抗虫大豆产物。在中国北方春大豆产区，苘麻、铁苋菜、鸭跖草、打碗花和问荆等是常发优势杂草，田间和室内药效试验已表白草甜膦对上述几种杂草防效相对较差，应在该产区种植耐草甜膦+草铵膦大豆。
在东南春夏秋大豆产区和华南四时大豆产区，小飞蓬和牛筋草是常发杂草，但已呈现草甜膦抗性问题。因而，在南方大豆产区，应种植耐草甜膦+草铵膦、耐草甜膦+草铵膦+麦草畏或耐草甜膦+草铵膦+2，4-D（麦草畏和2，4-D 匹敌草甜膦小飞蓬有较好防除效果）等耐多种除草剂大豆。如种植耐草甜膦单一性状大豆，为包管除草效果，应搭配利用其他感化体例的化学除草剂填补防治。黄淮海夏大豆产区尚未发现抗草甜膦牛筋草和小飞蓬等杂草，可妥帖种植耐草甜膦大豆。鉴于玉米、大豆和棉花有多种配合的靶标害虫，应综合考虑差别做物的抗虫基因规划和产物研发工做，制止因统一地域、同时种植转同种抗虫基因玉米、大豆和棉花而加大害虫抗性风险。
要研发抗性杂草和害虫种群监测与治理手艺，成立中国特色的抗性治理系统。针对耐除草剂大豆转化体，继续监测优势杂草对靶标除草剂的抗性水平。一旦发现杂草产生抗性，要摘取多种治理办法相连系的形式停止综合治理。在害虫抗性监测治理方面，要研究差别生态区域次要靶标害虫的灵敏基线和抗性基因频次，继续监测次要害虫对Bt 卵白的抗性水平。当抗性基因频次增加后，需连系其他防治办法来停止填补防治。因为我国大豆种植地域和玉米种植区高度堆叠，可统筹安放转基因抗虫玉米与大豆的抗性监测与治理工做，施行合适我国国情的“高剂量/保护所”抗性治理战略。
3.3 加强中国野生大豆的资本庇护与操纵工做
野生大豆具有抗逆、繁育系数大、卵白量高档优良性状，那些性状所照顾的优良基因是大豆育种的贵重基因资本。我国是野生大豆重要起源地，野生大豆种量资本非常丰富。在田间天然前提下，耐除草剂大豆如epsps 等外源基因可漂移至野生大豆，虽漂移最远间隔为10m，漂移率小于万分之一，但杂交后代可育。转基因大豆外源基因漂移会影响野生大豆种量资本的生物多样性。空间隔离是掌握转基因大豆外源基因逃逸的有效战略。巴西专家定见在转基因大豆种植区域设定10 m 以上的隔离带，阻断外源基因的逃逸。韩国粹者定见，在基因漂移率0.01%的阈值下，转基因与野生大豆之间的有效空间隔离间隔至少为37.7m。因野生大豆在中国散布普遍，如持久大规模种植转基因大豆，其外源基因向野生大豆的漂移将难以制止。
为了降低消费活动和生态情况对野生大豆原生境的影响，中国政府通过持久的勤奋，已建立了野生大豆种量资本库和原位庇护区，那为转基因大豆的财产化奠基了坚实的根底。要造定合适我国国情的掌握转基因大豆外源基因向野生大豆漂移可能产生风险的治理办法，进一步加大野生大豆的庇护力度，如增加野生大豆原生境庇护区的数量和面积、加强对野生大豆种量资本库和资本数据库建立、加快资本普查和夺救性搜集工做等。此外，还要加大野生大豆功用基因发掘和常识产权庇护工做，强化野生大豆资本治理的法造建立。
3.4 打造产学研一体化的转基因大豆研发系统
转基因大豆财产化的根底是生物育种科技立异才能，而中国转基因大豆的立异才能与西方兴旺国度还有较大的差距。目前中国研发的转基因大豆产物还处在跟跑阶段，转基因大豆科技立异自立自强还任重道远。要构建一流的大豆生物育种手艺系统，必需实现立异链与财产链的一体化，处理持久存在的根底理论发现、高新手艺打破、传统育种手艺集成立异和贸易化利用工做的碎片化与孤岛化问题。
持久以来，中国的大豆科技立异力量次要集中在科研机构和高档院校，企业次要做种子的营销工做，根本不具备科技立异才能。近年来，北京大北农科技公司等企业生物育种科技立异才能有了长足的开展，为构建以企业为主体的转基因大豆贸易化研发平台奠基了根底。要通过体系体例机造立异，整合科研单元、大学和企业科技资本，重构中国大豆生物育种科技立异系统，打造具有国际合作力的大型种业企业，用转基因手艺鞭策大豆种业的快速开展。
做者：于惠林、吴孔明（中国农业科学院动物庇护研究所 动物病虫害生物学国度重点尝试室），来源：生物手艺传递2023第1期，图文编纂：天山植保。