转基因技术研究从70年代开始起步到现在才短短的几十年时间,然而,已经取得了令人瞩目的成就。转基因农作物于1986年在美国和法国首次进入大田试验,1994年由Calgene公司生产的第一个转基因作物保鲜番茄Flavr-Savr在美国获得正式批准投产。以后短短的几年,玉米、大豆、棉花、马铃薯、油菜等作物的转基因品种相继进入商业化,其中玉米的转基因产品最多,其他主要为大豆、油菜、棉花、番茄等作物。
随着转基因农作物向其他国家,特别是发展中国家的扩展及我国转基因作物种类和种植面积的持续扩大,预计在今后5年里全世界转基因作物的面积将会大大增加。从性状上来看,目前商品化的转基因作物主要是与抗除草剂、抗虫性有关。但从目前的研究趋势,特别是发达国家的研究发展趋势来看,与品质相关的性状将会越来越重要,如改进油料作物脂肪的组成,增加必需氨基酸和蛋白质的含量,改变农产品的淀粉质量和含量等。预计更长期的发展将是面对多基因控制的非生物胁迫,如抗旱、抗盐和耐酸性土壤等。另外,对不同目的基因进行多基因的叠加也是基因工程产品发展的一个方向。
另外,转基因技术在农业生产上的应用,已经获得了巨大的经济效益。
在美国种植面积第一的玉米约有一半受到欧洲玉米螟的为害,平均产量减少9%,最高损失可达30%,每年由此造成的经济损失达10亿美元。1996年美国种植Bt转基因抗虫玉米28万公顷,1997年剧增10倍,种植面积达到280万公顷,1998年达500万公顷。据1996、1997两年产量数据调查,抗虫玉米平均增产9%,相当于每公顷净收益增加68.1美元。1996年和1997年美国种植抗虫玉米的经济效益分别为1900万和1.19亿美元,转基因抗虫棉花也是一个很好的例子。抗虫棉不需要喷施农药,或只需要喷施一次农药就可以控制主要害虫,而非转基因棉花则需药4~6次。据估计,1996年美国因种植抗虫棉减少杀虫剂用量约100万升,抗虫棉平均增产7%。两项合计,每公顷抗虫棉可增加净收益175美元。由此推算,1996年美国因种植抗虫棉增加经济效益近1.28亿美元。1996年加拿大种植抗除草剂油菜的面积为12万公顷,1997年激增至120万公顷,约占同年加拿大油菜种植面积的25%。据估计,抗除草剂油菜比对照平均增产9%,每公顷抗除草剂油菜可增加收入约50美元。1996年加拿大种植抗除草剂油菜的直接经济效益为500万美元,1997年增加到4800万美元。1996年、1997年美国因种植转基因作物分别获得1.59亿和3.66亿美元的经济效益。抗除草剂大豆也收到良好的经济效益。1996年美国种植的抗除草剂大豆约40万公顷,阿根廷种植约10万公顷。1997年美国种植面积扩大到360万公顷,1998年种植面积达1200万公顷,阿根廷增加到140万公顷。由于除草剂用量平均减少10%~40%,即可以产生巨大的经济效益,又有利于生态环境的保护。
我国转基因研究起步相对较晚,在国家“863”等高科技项目计划的支持下,短短的十几年里,已取得了许多重要的进展。90年代初,我国的抗病毒转基因烟草首次在田间大面积种植,1996年的种植面积达100万公顷,1997年上升到160万公顷,曾一度被誉为世界上最大转基因植物群落。由中国农业科学院生物技术中心郭三堆教授领导的研究小组在抗虫棉的研制工作中也取得了良好的效果。经过多年的努力,已经开发出一批适应不同产区的转基因抗虫棉品种,1999年已经推广200多万亩,创造了巨大的经济效益。抗二化螟虫水稻、抗稻飞虱水稻、抗稻瘟病水稻、抗白叶枯病水稻、抗螟虫玉米、抗病马铃薯、保鲜番茄等一大批转基因植物已经或即将进入商业化生产阶段。此外,在抗旱、耐盐碱转基因育种,以及用转基因技术人工创造雄性不育育种材料等方面也取得重要进展。这些成就的取得,充分反映了我国科技工作者的聪明才智和艰苦奋斗精神。
种植转基因作物对环境的可能影响主要有两个方面:一、抗虫害转基因作物分泌的毒性蛋白,除了毒死特定的害虫,有没有可能也毒死其他生物?曾经有生物学家提出,抗虫害转基因玉米散布的花粉能毒害大斑蝶幼虫,是大斑蝶数量减少的罪魁祸首。但是几项田间试验都表明,抗虫害转基因玉米的花粉并没有威胁到大斑蝶的生存,在实验室里用这类花粉喂大斑蝶的幼虫,也没有发现影响其生长发育。大斑蝶数量减少的原因,更可能是过度使用农药和破坏了它的生态环境。二、转基因作物的基因是否会“污染”其同种非转基因作物,特别是其野生的亲缘物种?如果转基因作物的花粉被风或昆虫带到其野生的亲缘物种的花中,是有这种可能。虽然目前并无证据表明已出现了这种“基因污染”,但是为慎重起见,许多专家建议对转基因作物的栽种范围做出一定限制,例如不要在有野生的亲缘物种的地区种植相应的转基因作物。
另一方面,种植转基因作物反而有助于保护环境。化学农药的过度使用,是当前破坏环境的主要因素。推广抗虫害转基因作物,可以大大减少甚至避免化学农药的使用,既减轻了农药对环境的污染,又减少了用于生产、运输、喷洒农药所耗费的原料、能源和排出的废料。2005年4月29日,《科学》杂志发表中美科学家合作完成的论文《转基因抗虫水稻对中国水稻生产和农民健康的影响》指出,转基因抗虫水稻比非转基因水稻产量高出6%,农药施用量减少80%,节省了相当大的开支,同时还降低了农药对农民健康的不良影响。中国每年有大约五万农民因为使用农药而中毒,其中大约有五百人死亡。
从总体上来说,转基因技术仍是传统的育种方法的延伸,只不过比传统育种技术更为精确,更有目的性,更容易控制而已。转基因作物所面临的健康、环保问题,传统作物同样也有,在某些方面要比传统的育种方法更安全可靠。