转基因大豆
一种转基因植物
转基因大豆(英文名:Genetically modified 合农70),是指被转入了基因的大豆。转基因技术使受体生物获得新的遗传特征,其目的包括改良生物性状,如抗病虫、抗除草剂、抗逆、高产、营养品质等。
1996年,美国孟山都公司将EPSPS基因导入大豆,获得了第一代转基因大豆品种Roundup Ready。同年,转基因作物开始在全球大规模商业化种植,其中,转基因大豆的推广面积达50万hm2。2006年,孟山都公司推出第二代抗除草剂转基因大豆Roundup RReady 2Yield。第三代抗除草剂大豆品种为抗麦草畏转基因大豆。从2021年起,中国开始针对大豆进行产业化转基因试种试点。转基因大豆在形态上与普通大豆没有明显差异,包括形状、颜色、大小等。在外观上无法通过肉眼辨别是否为转基因。2019年,全球转基因大豆主要分布在巴西(3510万hm2)、美国(3043万hm2)、阿根廷(1750万hm2),中国转基因大豆种植面积约占全球转基因大豆种植面积的10%,主要分布在东北地区、黄淮海和中国西南地区
转基因抗逆大豆品种具有抗旱、耐盐、耐涝等抗逆特性,有效弥补了因极端气候和土壤质量不佳而导致的产量损失。科学尚未发现通过转基因食品传递遗传物质整合进入人体遗传物质的现象。
历史沿革
1996年,美国孟山都公司将EPSPS基因导入大豆,获得了第一代转基因大豆品种Roundup Ready。同年,转基因作物开始在全球大规模商业化种植,其中,转基因大豆的推广面积达50万hm2。1997年,美国杜邦开发的G94-1,G94-19,G-168高油酸大豆品种开始商业化种植。同年,转基因大豆超过棉花成为种植面积最大的转基因作物。
2006年,孟山都公司在第一代抗除草剂转基因大豆的基础上,将抗除草剂基因引入高产大豆品种,推出RoundupRReady2Yield,成为第二代抗除草剂转基因大豆。第三代抗除草剂大豆品种为抗麦草畏转基因大豆,利用麦草畏杀死双子叶作物,减轻大豆管理者在田间的投入,提高产出。2009年DP305423高油大豆品种进行商业化种植。2013年,中国转基因抗虫大豆MON87701品系进口并用于加工原料。
2018年转基因大豆种植达到峰值9590万hm2。中国2018年进口大豆8803.1万t,大部分为转基因大豆。2019年,受农产品价格影响,转基因大豆种植面积较上一年度略有下降,为9190万hm2,占当年转基因作物种植总面积的48.27%,而且转基因技术在全球大豆生产中的利用率超过70%。
从2021年起,为满足日益增长的需求,中国开始针对大豆进行产业化转基因试种试点。2022年6月8日,中国国家农作物品种审定委员会发布通知,印发《国家级转基因大豆品种审定标准(试行)》要求国家农作物品种审定委员会各专业委员会于印发之日起实施,并遵照执行。2023年12月25日农业农村部的一则公告:根据《中华人民共和国种子法》《农业转基因生物安全管理条例》和《农作物种子生产经营许可管理办法》等有关规定,批准发放85家企业农作物种子生产经营许可证。其中,26家企业获批转基因玉米、大豆种子生产经营许可证。
形态特征
转基因大豆在形态上与普通大豆没有明显差异,包括形状、颜色、大小等。在外观上无法通过肉眼辨别是否为转基因,因为大豆本身存在多个品种,不同品种之间具有差异。例如,有的大豆是正圆或扁圆,有的是椭圆。种脐颜色也因品种不同而异,有的是褐色,有的是黄色。转基因大豆的种脐颜色通常取决于用于转基因的母体大豆的颜色,转基因本身不会改变这一特征。因此,辨别转基因大豆不能单纯依靠外观特征。
物种原理
转基因技术利用生物技术克隆的目的基因引入受体生物基因组,实现稳定表达,使受体生物获得新的遗传特征。基因是脱氧核糖核酸中携带遗传信息的基本单位,由4种核苷酸(A、T、G、C)组成,不同基因的遗传信息存在于这些核酸的排列顺序中。转基因技术的目的包括改良生物性状,如抗病虫、抗除草剂、抗逆、高产、营养品质等。转基因食品是以通过转基因技术改变基因组的生物为原料加工而成或直接食用的食品。植物转基因技术的不断发展产生了多种转化方法,包括农杆菌介导法、基因枪转化法、花粉管通道法、显微注射转化法等。其中,农杆菌介导法占据主导地位,目前获得的转基因植株中约有85%通过这种方法获得。以抗草甘膦转基因大豆为例,草甘膦杀死植物的原理在于破坏植物叶绿体或者质体中的EPSPS合成酶。大豆通过转基因的方法,让植物产生更多的EPSPS酶,就能抵抗草甘膦,从而让作物不被草甘膦除草剂杀死。
主要分布
世界分布
截至2017年,全球转基因作物的种植面积达1.898亿hm2,相比1996年增加了112倍。其中,转基因大豆的种植面积最大,占全球转基因作物面积的50%。这些转基因作物主要分布在五大种植国:美国、巴西、阿根廷加拿大印度,共有67个国家/地区采用了转基因作物。
2019年,全球转基因大豆主要分布在巴西(3510万hm2)、美国(3043万hm2)、阿根廷(1750万hm2),巴西首次超越美国成为最大种植国。这三个国家的转基因大豆种植面积占全球总面积的90.35%,技术应用率接近100%。其他种植国如加拿大、巴拉圭南非玻利维亚乌拉圭也有相应种植。此外,20多个国家和地区批准进口转基因大豆,包括欧盟日本韩国俄罗斯英国、澳大利亚、新西兰、印度瑞士等。其中,耐除草剂大豆GTS40-3-2和耐除草剂大豆A2704-12是得到批准应用最广泛的品种。
中国分布
中国转基因大豆种植面积约占全球转基因大豆种植面积的10%,主要分布在东北地区、黄淮海和中国西南地区。2023年,中国大豆生物育种产业化试点范围扩展到河北省内蒙古自治区吉林省四川省云南省5个省区20个县,并在甘肃省安排制种。
大豆分类
耐除草剂大豆
转基因大豆主要应对大豆生产中的主要危害因子之一,即禾本科杂草。通过将耐除草剂基因引入大豆,培育新品种,实现低成本、高效率的防控豆田杂草。其中,耐除草剂性状是应用面积最大的一类性状。最早商业化应用的耐除草剂基因源自根癌农杆菌CP4的5-烯醇丙酮莽草酸3-磷酸合酶基因(epsps),孟山都公司将其导入常规大豆品种A5403中,获得了能耐受草甘膦除草剂的转基因大豆GTS40-3-2。除CP4-epsps基因外,其他耐除草剂基因如草膦乙转移酶基因(pat)、草甘膦乙酰转移酶基因(gat)、ALS基因(als)也在转基因大豆中得到广泛应用。
抗虫大豆
转基因大豆针对虫害的防控,较晚于抗虫玉米、棉花的研发。通常,喷施杀虫剂是控制虫害的方式,而抗虫转基因大豆主要利用苏云金芽孢杆菌(Bt)来源的抗虫基因。孟山都公司将cry1Ac基因导入大豆,研发获得抗斜纹夜蛾豆小卷叶蛾鳞翅目害虫的转基因大豆MON87701。该转化体于2010年获准商业化种植,成为首个商业化应用的抗虫大豆。除cry1Ac基因外,其他抗虫基因如cry2Ab2、cry1A.105也成功应用于抗虫大豆。
品质改良大豆
有机大豆油是全球主要的食用油之一,由于大豆油中多不饱和脂肪酸较高,影响了油脂的稳定性,因此,提高大豆油中的单不饱和脂肪酸(18∶1油酸)含量成为大豆品质改良育种的主要目标。多个高油酸转化体已经获准商业化应用。通过反义核糖核酸或RNAi技术沉默大豆内源的脂肪酸生物合成关键基因(如fad2、fatb等),能够降低饱和脂肪酸含量、提高油酸含量,从而改善大豆油的品质。此外,导入Δ6去饱和酶基因Pj.D6D和Δ15去饱和酶基因ncFad3,来源于红花樱草和粗糙脉孢菌,能够提高大豆籽粒中的亚油酸含量。
复合性状大豆
复合性状是农业生物育种的重要方向,通过共转化、再转化和杂交育种等方式,实现了多种功能性状的赋予。耐除草剂和品质改良大豆MON87705、DP305423,以及抗虫和耐除草剂大豆DAS81419是通过共转化方式获得的具有复合性状的转化体。而抗虫和耐除草剂大豆MON87751×MON87701×MON87708×MON89788则是通过常规杂交育种,在同一品种中结合了5个目的基因,使产品更具市场竞争力。
栽培技术
大豆育种中的转基因技术主要采用农杆菌介导法、基因枪法、PEG介导法和花粉管通道法。农杆菌介导法利用根癌农杆菌将目标基因转运到植物细胞核内,具有拷贝数低、转移脱氧核糖核酸稳定、基因稳定表达等优势。基因枪法通过高速射入微金属颗粒将目的基因引入植物细胞,适用于植物各组织器官,转化效率高。聚乙二醇介导法利用聚乙二醇和碱性环境使植物细胞摄取外源DNA,可用于各种植物,实现外源基因导入受体植物细胞。花粉管通道法在植物传粉受精后的初期,通过花粉管通道将外源基因引入受体植物基因组,适用于任何被子植物门
功用价值
转基因作物不仅可以减少种植成本、增强抗逆性、增加产量,还能改善营养成分,甚至具有治疗效果。转基因抗逆大豆品种对抵御恶劣天气和劣质土壤条件的影响非常重要。这些品种包括抗旱、耐盐、耐涝等抗逆特性,有效弥补了因极端气候和土壤质量不佳而导致的产量损失。转基因抗逆大豆不仅扩大了适宜种植的地区,确保了产量的稳定,还提高了土地的利用效率,因此,通过植物基因育种技术培育抗逆大豆具有重要的意义。
营养价值
大豆中含有约40%的蛋白质,20%的脂肪,还有丰富的维生素。大豆中的蛋白质含量较高,组成大豆蛋白的氨基酸达18种,且氨基酸的比例较接近人体所需的理想比例。大豆中含有20%的脂肪,大豆脂肪容易被消化吸收,有利于儿童的生长发育,对神经活动也有重要作用。大豆中有较为丰富的维生素,主要为B族维生素。大豆中还含有丰富的钙质,以及无机盐和微量元素。
转基因大豆及其制品的安全性得到国内研究机构的广泛研究。这些研究发现,抗草甘膦大豆及其制品在氨基酸、脂肪酸、微量元素等营养指标上与对照的普通非转基因品种没有差异,具有实质等同性。抗除草剂基因没有改变大豆及其加工产品的营养学特性。通过小鼠为研究对象进行对比评价,转基因有机大豆油在营养及健康效应方面表现不如国产非转基因大豆油。
经济价值
提高产量
转基因大豆提高了总产量,解决了中国大豆等粮油作物紧缺问题。研究表明,转基因大豆在产量性状上表现显著优越,包括单株总荚数、单株粒数、单株粒重和百粒重等指标高于非转基因对照。中间试验显示,转基因大豆在不施氮肥的条件下产量提高了20%。这得益于其抗虫、抗病基因,使植株更为健康,养分吸收更强。转基因大豆具有较强的抗逆性,在各种环境下能够保持高产。推广转基因大豆有助于中国大豆产业可持续发展,提高农民收入,促进农村经济发展,同时提升中国大豆在国际市场上的竞争力。
改善品质
草甘膦转基因大豆是商业化种植时间最长、种植面积最广、产量最高的转基因大豆品种。研究发现,其水分含量、粗灰分含量、粗蛋白含量与非转基因大豆相近,但粗脂肪、脂肪酸饱和脂肪酸含量高于非转基因大豆。大豆球蛋白含量为79.92g/kg,比非转基因大豆高15.98%。多项研究表明,转基因大豆的营养成分优势显著,有助于提高中国粮食产量,满足人们营养需求。其蛋白质含量较高,有助于提升人们的营养水平。转基因大豆中氨基酸组成更均衡,利于人体吸收。脂肪含量较低,通过生物技术降低脂肪含量,使大豆制品更加健康。
增强抗性
2023年,通过农杆菌介导的大豆遗传转化方法,研究人员获得了稳定遗传过表达GmPLC8大豆植株。土壤盆栽实验表明,过表达植株对干旱胁迫的耐受性强于野生型植株,基因沉默植株的耐旱性弱于转空载体植株。在干旱胁迫下,通过检测生理生化指标和进行染色,证明了GmPLC8基因可以提高植物对干旱胁迫的耐受能力。
相关争议
健康方面
反对转基因作物的人担心,人工提炼和添加基因可能增加食物中的微量毒素,导致食物过敏。外来基因可能以目前不太了解的方式破坏食物的营养成分。此外,将基因引入植物或细菌可能导致抗生素抵抗,使人体对抗生素失去效果。然而,科学尚未发现通过转基因食品传递遗传物质整合进入人体遗传物质的现象。
2010年,欧盟发布报告指出:生物技术,特别是转基因技术,与传统育种技术在安全性上相当。2016年5月,美国国家科学院、工程院和医学院发布报告,研究30年来900项基因工程技术研究资料,未发现商业种植的转基因作物与传统培育的作物在健康风险方面存在差异,也未发现任何疾病与食用转基因食品之间的关联。同月,英国皇家学会发布报告表示,与传统农作物相比,转基因农作物不会对环境造成危害,食用转基因农作物是安全的。2017年,毒理学学会发布声明确认转基因作物的安全性,指出近20年来没有证实的证据表明其对健康产生不利影响。2016年,100多位诺贝尔奖得主联名签署公开信,敦促绿色和平组织结束对转基因生物的抵制,截至2019年1月,有141位诺贝尔奖得主签署,代表科学家整体的声音。
环境影响
研究表明抗草甘膦转基因大豆对周围环境,如土壤、微生物和田间动物等,没有明显的影响。根系微生物数量、演化成禾本科杂草的趋势以及田间节肢动物门多样性均未受到显著影响。抗草甘膦转基因大豆中的CP4-EPSPS蛋白经过过敏性测定,未显示明显过敏性,对人体未引起过敏反应。喂食抗草甘膦转基因大豆给老鼠、鸡、鲇形目奶牛等动物,未在其体内检测出抗草甘膦转基因大豆的外源脱氧核糖核酸。但也有研究表明转基因大豆大面积种植,除草剂的用量将增多,相应的土壤和水体中除草剂含量也将增多,最终会影响土壤、水生生态系统。研究发现,当草甘膦溶人土壤进入到地下水,若水温升高,pH值超过7.5时,会对水生生态系统产生毒害作用。
检测技术
转基因育种技术作为一项新兴技术,尽管已有25年的商业化应用史,但其安全性一直备受关注。中国于2001年出台了《农业转基因生物安全管理条例》等专门法规及规章制度,建立了安全评价、检测监测和安全监管的工作程序,从制度上确保转基因育种技术及其产品安全。为保障各项法规制度的顺利实施,还制定了配套的国家标准和技术规范,覆盖安全监管、评价、检测等各个方面,建立了比较完善的农业转基因生物安全管理标准化体系,为转基因大豆研究及产业化推广提供技术支撑。在中国现行管理制度下,每一种转基因产品的问世都经历了长时间、全方位的安全评价。评价内容包括分子特征、环境安全和食用安全三个方面。分子特征评价主要包括引入的目的基因、调控元件及载体序列,插入片段的整合位点、完整序列及拷贝数,目的基因的表达部位及表达量,插入序列的整合及表达稳定性等。环境安全评价主要包括目标性状及其表现的稳定性、生存竞争能力、基因漂移、对生物多样性的影响等。食用安全评价主要包括毒性、过敏性、营养成分、抗营养因子、功效性等。
相关政策
2012年,国务院法制办公室在其官网公布了《粮食法(征求意见稿)》。意见稿规定,转基因粮食种子的科研、试验、生产、销售、进出口应当符合国家有关规定,任何单位和个人不得擅自在主要粮食品种上应用转基因技术。
2024年1月23日,中国国务院新闻办举行2023年农业农村经济运行情况新闻发布会。农业农村部根据国家生物有种产业化工作部署及有关法规标准规定,审定通过了部分转基因玉米大豆品种,并向26家企业发放了转基因玉米大豆种子生产经营许可证,但同时明确,这些品种实际种植区域还要符合国家生物育种产业化有关安排。
2024年3月20日,俄罗斯苏维埃联邦社会主义共和国政府签署第291号政府令,允许在动物饲料生产中使用未注册的转基因产品,但该转基因产品必须是以前已注册并可用于生产食品原料和食品成品(大豆和豆屑)。命令强调,此前注册的允许排放到周边环境、允许用于生产食品原料和食品成品(大豆和豆荚)的转基因产品,可以不履行国家注册程序,直接运用到动物饲料生产活动中。新规定也适用于进口产品。国家饲料联盟执行经理谢尔盖·米赫纽克强调,这大大降低饲料生产成本,并取消对转基因产品的进口限制。饲料行业对该政策表示欢迎,因为该法令取消了在饲料生产中需重新注册转基因产品的强制要求。新规定的有效期至2025年1月1日止。
2024年5月30日,美国农业部动植物卫生检验局(APHIS)宣布对1项基因编辑大豆解除管制。基因编辑大豆由齐禾生物科技有限公司研发,通过基因编辑技术对FAD2基因进行修饰,使FAD2等位基因功能丧失,以提高种子的油酸含量并降低亚油酸含量。
发展现状
世界发展
大豆是最早实现转基因技术商业化应用的农作物,也是全球种植面积最大的转基因作物之一。该技术已在美国、巴西、阿根廷等国家广泛推广应用已达25年。全球主要的转基因大豆研发商包括孟山都公司拜耳集团杜邦先正达、陶氏、巴斯夫等跨国企业,它们拥有几乎所有已商业化的转基因大豆转化体的产权。
中国发展
中国一直高度重视农业生物技术研究与应用,20世纪80年代就开始了转基因作物育种研究。1995年以前中国还是大豆的净出口国,但之后大豆进口开始逐年增加,2010年中国大豆进口量超过5400万吨。进口转基因大豆仅用于加工原料,未商业化种植。1997年国产转基因抗虫棉获准商业化种植。由于产量高、质量优、价格低,转基因大豆极具竞争优势,因此国际大豆贸易市场上绝大多数是转基因大豆。中国从2000年开始大量进口大豆,大部分为转基因大豆。中国生产种植的是非转基因大豆,易受禾本科杂草为害,产量上不去,除草成本高,造成大豆生产成本高、经济效益低,影响了农民种植大豆的积极性。
中国的转基因大豆研究主要关注耐除草剂、抗病虫、抗逆、品质改良、养分高效利用等性状。其中,耐除草剂性状新品种的培育取得了显著进展,引入了g2epsps、g10evo-epsps等自主知识产权基因,如中黄6106、SHZD3201、ZUTS-33等,能够耐受高剂量的草甘膦,为有效控制豆田杂草提供了解决方案。在抗病虫大豆开发方面,利用cry1C、cry1Ac/Ab等Bt抗虫基因培育了一系列高抗虫品系,对大豆食心虫斜纹夜蛾甜菜夜蛾等主要害虫表现出高抗性。通过RNAi技术实现广谱抗病毒转基因大豆新品系的培育,对中国大豆主要产区的花叶病毒小种具有高抗性。在抗病虫新品系培育中,同时转入bar等耐除草剂基因,使这些品系不仅具备抗病虫等主效性状,还具有除草剂耐受性,增加了生产应用的广泛性。品质改良方面,过表达基因如GmWRI1、ZmWRI1等实现了高油转化体大豆新品系的培育,含油量相较对照提高10%以上。通过抑制大豆内源Gmfad2-1B基因转录,实现了高油酸转基因大豆新品系的培育。导入拟南芥AtD-CGS基因提高了转基因大豆成熟籽粒中甲硫氨酸含量。此外,在高蛋白、高异黄酮等营养改良方面也取得了一系列的研究进展。
目录
概述
历史沿革
形态特征
物种原理
主要分布
世界分布
中国分布
大豆分类
耐除草剂大豆
抗虫大豆
品质改良大豆
复合性状大豆
栽培技术
功用价值
营养价值
经济价值
提高产量
改善品质
增强抗性
相关争议
健康方面
环境影响
检测技术
相关政策
发展现状
世界发展
中国发展
参考资料