转基因生物英文缩写 转基因生物应用概况

2019-09-11 - 转基因生物

转基因生物包括转基因微生物、转基因动物和转基因植物,广泛应用于药物生产、医学试验和农业生产。

转基因微生物

细菌由于遗传结构简单,是最先在实验室里进行转基因操作的生物。转基因细菌被用于生产药物、生产食品工业用酶制剂、降解环境中有机污染物、富集环境中重金属以及燃料生产等多种用途,其中最主要的用途是大量生产用于医药的人类蛋白。如利用转基因细菌生产用于治疗糖尿病的人胰岛素;用于治疗血友病的凝血因子;用于治疗侏儒症的人生长激素等。

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  转基因动物

转基因动物种类繁多,用途广泛。转基因动物一方面可以用作实验模型以进行表型研究、药物测试等,在许多重要疾病治疗手段发掘方面发挥了至关重要的作用。同时,通过改变动物基因组构成,或插入特定DNA,可以开发医药治疗的蛋白。羊、猪、鼠等许多动物都被用来表达人类蛋白,如利用表达人α1抗胰蛋白酶的转基因绵羊,以及用于器官移植的具有人组织相容性的转基因猪等。

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利用转基因家畜作为生物反应器的研究始于上世纪90年代,包括人胰岛素、多种疫苗等许多药物都可以利用转基因动物进行生产。2011年3月,在转基因牛的乳汁中表达有生物活性的重组人溶菌酶研究获得成功。

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转基因生物还被用作多种生物学研究的模型。由于果蝇生命周期短,基因组相对简单,生物学家利用转基因果蝇开展发育遗传学研究。转基因小鼠常被用于疾病的细胞、组织特异性反应。2010年,科学家在实验室研究出"抗疟疾"蚊子。为防止登革热的传播,科学家将一种致死基因导入雄蚊子中,在开曼群岛上的实验表明,利用这种转基因蚊子,可以使登革热的最重要的携带者——埃及伊蚊的群体数量降低80%。

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1999年,加拿大圭尔夫大学的科学家培育出转基因环保猪,这种转基因猪的粪便中排放的磷要比普通猪低30-70%。此外,科学家还研究出快速生长的转基因鱼,包括快速生长转基因大马哈鱼、鲤鱼、罗非鱼等。

  转基因植物

目前,应用最为广泛也最饱受争议的转基因生物则是转基因作物。通过转基因技术,可以赋予转基因作物多种有利性状,如抗虫、耐除草剂、抗逆、改良营养成分、增加营养价值等。目前应用最为广泛的转基因性状是除草剂抗性和抗虫性,应用最多的转基因作物则是大豆、玉米、棉花和油菜。

目前应用的转基因作物改良目标主要是"输入性状",但"输出性状"转基因作物正逐渐增加,如转基因油菜可以产生出更健康、加工品质更好的高月桂酸菜籽油,利用转基因大豆可以生产出更健康的高油酸大豆油等。

根据国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)的报告,2011年,全球29个国家约有1670万农户种植了1.6亿公顷转基因作物,其中90%的农户是发展中国家那些资源匮乏的农户,其中在中国的700万农户和印度的700万农户种植了转基因作物,其中绝大部分为转基因抗虫棉。

到2012年,转基因作物种植面积从1996年到2012年增长了100倍,由170万公顷增长至1.7亿公顷,比 2011年的1.6亿公顷增长了6%,即1030万公顷。作为转基因作物商业化的第17年,在连续16年(1996~2011年)的增长后,2012年转基因作物种植面积持续增加。

在这17年期间,全球超过1亿人次的农民种植了转基因作物,且累积种植面积超过了15亿公顷(超过美国或中国50%的国土面积)。能够使得不愿冒险的农民对转基因作物产生如此信任和信心的一个主要原因是: 转基因作物带来了可观的、可持续的社会经济及环境益处,2011年在欧洲进行的研究再一次证实了转基因作物的安全性。

2012年28个种植转基因作物的国家中,20个为发展中国家,8个为发达国家。2012年,两个国家首次开始种植转基因作物: 苏丹开始种植Bt棉花,古巴开始种植Bt玉米。德国和瑞典不再种植转基因马铃薯"Amflora",因为该种马铃薯在市场已停止销售。

波兰不再种植转基因玉米,因为欧盟和波兰对种植许可相关法律的诠释不一致。欧盟主张所有种植所需的必要批准必须就位,这与波兰的相关规定不同。2012年,苏丹成为非洲将转基因作物( Bt棉花) 商业化的第四个国家,之前三个为南非、布基纳法索和埃及。

2012年有1730万农民种植了转基因作物,值得注意的是,其中90%以上(即 1500万农民)是发展中国家的资源匮乏的小农户。农民最善于规避风险,而2012 年种植转基因作物的农民仍比2011年增加了60万人次。

2012年,中国和印度各有720万的小农户种植了总共1500万公顷的转基因作物,其中Bt棉花平均每公顷使农民增加了250美元的收入。印度 Bt 棉花种植面积创历史新高,达到 1080 万公顷,采用率为 93%; 而中国资源匮乏的 720 万小农户种植了400万公顷的Bt棉花,采用率为 80%。

前五个种植转基因作物的发展中国家是亚洲的中国和印度、拉丁美洲的巴西和阿根廷以及非洲大陆的南非。在转基因作物种植面积方面,巴西达到了3660 万公顷,占全球转基因作物种植面积(1.7亿公顷) 的21%,逐步缩小了与美国的差距。快速审批制度使得巴西能够及时进行转基因品种审批。该国首次批准了抗虫和耐除草剂复合性状大豆,并将于2013年商业化。

美国仍是全球转基因作物的领先生产者,种植面积达到 6950 万公顷,所有转基因作物的采用率约为90% 。

全球占有转基因市场份额最大的跨国公司是美国的孟山都公司。2007年,孟山都公司研发的转基因作物在全球推广了2.46亿英亩。另一方面,孟山都公司最先上市产品的专利,将于2014年开始到期。而欧洲联合研究中心在2007年发布的一项报告则预测,到2015年,全球上市的转基因植物中,将有40%是在亚洲研发的。

中国转基因作物研究及应用概况

中国一直高度重视转基因技术研究与应用。20世纪80年代,中国就开始进行转基因作物的研究,是国际上农业生物工程应用最早的国家之一,转基因作物育种的整体发展水平在发展中国家处于领先地位,在转基因水稻等研究领域已进入国际先进行列。

经过20多年的努力,中国在重要基因发掘、转基因新品种培育及产业化应用等方面都取得了重大成就。

上世纪九十年代初,中国发生大面积棉铃虫灾害,一些棉区的棉花亩产降幅达80%。在国家"863"计划和转基因专项的支持下,经过人工合成Bt基因、植物表达载体的构建、植物遗传转化、转基因棉花品种选育、安全评价和品种审定等步骤研制出拥有自主知识产权的国产转基因抗虫棉。

2005年以来,中国年种植国产转基因抗虫棉面积约占棉花总面积的70%。转基因抗虫棉的应用不仅有效控制了棉铃虫对棉花、玉米、大豆等作物的危害,还减少了70%-80%的农药使用,减少了农药中毒事故,保护了农田生态环境。

目前,中国已有转基因抗虫棉、耐贮藏番茄、改变花色矮牵牛花、抗病毒甜椒、抗病番木瓜、抗虫水稻、植酸酶玉米等转基因植物,以及防治禽流感等基因工程疫苗获得安全证书。

2008年7月,经国务院常务会议审议,中国启动了转基因生物新品种培育重大专项,极大地提高了中国转基因技术研发能力。"十一五"期间,中国转基因技术研发取得重要进展,获得优质抗旱等重要基因339个,筛选出具有自主知识产权和重大育种价值功能基因37个,培育出了36个抗虫转基因棉花品种,转基因抗虫水稻和转植酸酶基因玉米于2009年获得安全证书,培育出高品质转基因奶牛。

抗虫转基因棉花方面,在继单价、双价转基因抗虫棉大面积应用产生巨大社会、经济、生态效益的基础上,又培育的高产抗虫三系杂交棉与常规杂交棉相比较,制种效率提高40%、产量提高20%、成本降低60%、纯度可达100%,且适宜大规模制种。

已获三系抗虫杂交棉优良种质材料300多份,培育国家审定杂交棉品种4个,包括"银棉2号"、"银棉8号"等,累计推广面积超过400万亩,每亩减支增收380元人民币,共产生社会经济效益超过15亿元人民币。

转基因抗虫水稻方面,培育出的转Bt基因抗虫新品种"华恢1号"、"汕优63"可节省投入成本,减少劳动强度,避免造成人体中毒、中暑风险;可大幅减少杀虫剂用量,降低农药对田间有益昆虫的影响,维持稻田生物种群的动态平衡;减少农药残留对自然生态环境的污染,减少农业面源污染的发生率。

利用"华恢1号"共培育出育性稳定的抗虫不育系5个、抗虫恢复系40多个,配制优良抗虫杂交组合50多个,几乎包含了目前生产上最优良水稻杂交组合,此外,还育成一批兼抗白叶枯病和稻瘟病的转基因抗虫水稻品系。

在转基因动物方面,转基因奶牛取得突出进展,培育出具有高产奶量和高乳蛋白量,并含有具有提高免疫力、促进铁吸收、改善睡眠等特殊功能的重组人乳蛋白转基因奶牛。建立了具有自主知识产权和国际先进水平的转基因奶牛遗传转化和扩繁技术平台,获得原代转基因奶牛60多头,第二代转基因公牛24头,第三代转基因奶牛200多头。

经农业部批准,这些高品质转基因奶牛已进入转基因生物安全评价生产性试验阶段。经中国疾病预防控制中心食品研究所等转基因生物安全评价检测机构检测,转基因奶牛具有正常生长、繁殖及生产性能。

"十二五"期间,中国还将针对保障食物安全和发展生物育种产业的战略需要,围绕主要农作物和家畜生产,突破基因克隆与功能验证、规模化转基因、生物安全等关键技术,完善转基因生物培育和安全评价体系,获得一批具有重要应用价值和自主知识产权的功能基因,培育一批抗病虫、抗逆、优质、高产、高效的重大转基因新品种,实现新型转基因棉花、优质玉米等新品种产业化。

社会经济和环境效益

从 1996 年至 2011 年,转基因作物在粮食安全、可持续性以及气候变化贡献良多。

16 年间,转基因作物增加农作物产量价值 982 亿美元,其中 51%是由于减少生产成本( 耕犁更少、杀虫剂喷洒更少以及劳动力更少) 所得的收益,另外 49% 来自 3. 28 亿吨可观的产量收益。2011 年一年的总收益中,78%是由于增加产量( 5020 万吨) ,而 22% 是由于降低生产成本。

转基因作物是一种节约耕地的技术,如果在1996 年至2011 年间转基因作物没有产出3. 28 亿吨额外的粮食、饲料和纤维,那么需要增加1. 087 亿公顷土地种植传统作物以获得相同产量。这增加的 1. 087 亿公顷耕地中的一部分将极有可能需要耕作生态脆弱的贫瘠土地(不适合作物生产的耕地) 和砍伐富有生物多样性的热带雨林,生物多样性将会因此遭到破坏。

通过减少使用矿物燃料、杀虫剂和除草剂,永久性地减少 CO2的排放,2011 年转基因作物预计减少了 19 亿公斤CO2排放( 相当于路上行驶汽车的数量减少了 80 万辆) ; 其次,由于转基因粮食、饲料以及纤维作物保护性耕作( 由耐除草剂转基因作物带来的少耕或免耕) ,使得 2011 年额外的土壤碳吸收了相当于 211 亿公斤的CO2或相当于减少 940 万辆上路行驶的汽车。

此外,转基因作物在16年间节省4. 73亿公斤的杀虫剂;改善了超过 1500 万小型农户即超过 5000 万人口的生计( 他们属于世界最贫困人口) 。

2012 年仅转基因种子的全球市场价值就达到了约 150 亿美元。2011 年开展的一项研究估计,发现、研发并授权种植一个新转基因作物/性状的成本约为 1. 35亿美元。英国Cropnosis咨询公司估计,2012 年转基因作物的全球市场价值为 148.

4亿美元(高于 2011 年的 133. 5亿美元) ,这相当于2012年全球作物保护市场646. 2 亿美元市值的 23% ,商业种子市场 340 亿美元市值的 35% 。预计全球农场利用转基因技术获得的粮食及其他产品价值是转基因种子市场价值的十倍。

监管

从 1996 年起至今,除 28 个商业化种植转基因作物的国家外,另外有 31 个国家,共计 59 个国家和地区得到监管机构批准进口转基因作物用于食物和饲料以及释放到环境中,涉及 25 种作物、319 个事件,共计 2497 项审批。

其中 1129 项审批关于转基因作物用于食品( 直接使用或进行加工处理) ,813 项审批关于转基因作物用于饲料( 直接使用或进行加工处理) ,555 项审批关于转基因作物种植或释放到环境中。

批准转基因作物事件的 59 个国家和地区中,美国位居第一( 196 个转基因作物事件) ,其次为日本( 182个) 、加拿大( 131 个) 、墨西哥( 122 个) 、澳大利亚( 92 个) 、韩国( 86 个) 、新西兰( 81 个) 、欧盟( 67 个,包括已到期或在续订过程的批文) 、菲律宾( 64 个) 、台湾地区( 52 个) 和南非( 49 个) 。

玉米是获批事件最多的作物( 在 23 个国家中有 121 个事件) ,其次是棉花( 在 19 个国家中有 48 个事件) 、马铃薯( 在 10 个国家中有 31 个事件) 、油菜( 在 12 个国家中有 30 个事件) 及大豆( 在 24 个国家中有 22 个事件) 。

在大多数国家和地区获得监管机构批准的作物品种是耐除草剂玉米 NK603( 22 个国家的 50 次批准 欧盟 27 个成员国的批准) ,其次是耐除草剂大豆 GTS-40-3-2( 22 个国家的 48 次批准 欧盟 27 个成员国的批准) ,抗虫玉米MON810( 22 个国家的 47 次批准 欧盟 27 个成员国的批准) ,抗虫玉米 Bt11( 20 个国家的 43 次批准 欧盟 27 个成员国的批准) ,抗虫棉花 MON531( 17 个国家的 36 次批准 欧盟 27 个成员国的批准) 以及抗虫棉花 MON1445( 14 个国家的 31 次批准 欧盟 27 个成员国的批准) 。

资料来源:

农业部农业转基因生物安全管理办公室等,《转基因30年实践》,中国农业科学技术出版社,2012

Clive James,《2012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,2013

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