瞿 勇 吳承金 * 殷紅清 李大春

（1中國南方馬鈴薯研究中心，湖北恩施 445000；2湖北省農(nóng)業(yè)創(chuàng)新中心鄂西綜合試驗(yàn)站，湖北恩施 445000）

美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)分析

瞿 勇1，2吳承金1，2*殷紅清1，2李大春1，2

（1中國南方馬鈴薯研究中心，湖北恩施 445000；2湖北省農(nóng)業(yè)創(chuàng)新中心鄂西綜合試驗(yàn)站，湖北恩施 445000）

對1989～2010年6月美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，揭示了美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的變化特點(diǎn)和趨勢。20 a間，美國先后受理了925次轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)申請，占美國轉(zhuǎn)基因作物田間試驗(yàn)總次數(shù)的6.1 %，涉及到8個主要目標(biāo)性狀，27家研究機(jī)構(gòu)，32個試驗(yàn)地點(diǎn)，累計(jì)試驗(yàn)面積達(dá)129860.69 hm2。此外，還分析了美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)變化的影響因素，并對轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的育種趨勢進(jìn)行了探討。

轉(zhuǎn)基因馬鈴薯；田間試驗(yàn)；次數(shù)；美國

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是世界第四大糧食作物，僅次于小麥、水稻和玉米，廣泛種植于世界各地。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，馬鈴薯是較先獲得轉(zhuǎn)基因植株和進(jìn)行田間試驗(yàn)的作物之一。美國是進(jìn)行轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)最多的國家，自1989年開始批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)（夏玉平和盧長明，2010），至2010年6月止，美國先后共受理了925次轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)申請，占美國轉(zhuǎn)基因作物田間試驗(yàn)總次數(shù)的6.1 %，僅次于玉米、大豆和棉花，位居第4位。

轉(zhuǎn)基因作物的田間試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室效果理想的條件下以產(chǎn)業(yè)化為目的的中間試驗(yàn)，是轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化前的重要環(huán)節(jié)（盧長明，2008）。試驗(yàn)的物種、性狀與頻次等信息反映了轉(zhuǎn)基因作物研發(fā)的歷程，更能準(zhǔn)確地反映轉(zhuǎn)基因作物研發(fā)的全貌和規(guī)律，為轉(zhuǎn)基因作物的發(fā)展提供參考。美國轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境釋放由農(nóng)業(yè)部和環(huán)保署負(fù)責(zé)審批，但環(huán)保署只負(fù)責(zé)評價抗病蟲轉(zhuǎn)基因植物中殺病蟲物質(zhì)的安全，農(nóng)業(yè)部管理田間試驗(yàn)（或稱環(huán)境釋放）和解除監(jiān)控狀態(tài)。美國批準(zhǔn)田間試驗(yàn)的依據(jù):轉(zhuǎn)基因植物不會帶來任何危險，不會引起植物病蟲害問題。田間試驗(yàn)要在一定的隔離范圍內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)一旦結(jié)束，所有的試驗(yàn)材料都必須從試驗(yàn)地清除，并進(jìn)行安全性處理。

轉(zhuǎn)基因作物的田間試驗(yàn)是連接實(shí)驗(yàn)室和產(chǎn)業(yè)化的重要中間環(huán)節(jié)（瞿勇 等，2010），盧長明（2008）、夏玉平等（2010）、瞿勇等（2010）對加拿大、美國和歐盟地區(qū)的轉(zhuǎn)基因作物田間試驗(yàn)頻次進(jìn)行了總體相關(guān)的分析。美國在轉(zhuǎn)基因作物的研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面都處于世界前列，美國轉(zhuǎn)基因作物的田間試驗(yàn)占世界的75 %以上，約有1/4的耕地種植轉(zhuǎn)基因作物。馬鈴薯作為世界主要糧食作物之一，尚未見轉(zhuǎn)基因馬鈴薯研究現(xiàn)狀的相關(guān)分析報道，本文以美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)為依據(jù)，分析相關(guān)頻次、目標(biāo)性狀和釋放時間等信息，反映出美國在轉(zhuǎn)基因馬鈴薯方面的研究狀況和應(yīng)用趨勢，從而為我國轉(zhuǎn)基因作物發(fā)展提供一定的參考。

1 研究方法

本文數(shù)據(jù)資料來源于美國轉(zhuǎn)基因作物田間試驗(yàn)庫（http://www.isb.vt.edu/cfdocs/fieldtests1.cfm），該數(shù)據(jù)庫收集了1987年至今在美國進(jìn)行的新性狀植物田間試驗(yàn)的相關(guān)信息，本文針對1989～2010年6月在美國進(jìn)行的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的相關(guān)信息，運(yùn)用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)頻次

美國于1986年在世界上率先開始了轉(zhuǎn)基因作物的田間試驗(yàn)，1989年首次受理了孟山都公司抗PVY和PVX轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)申請，開始轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)。二十多年來，美國先后共受理了925次轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的申請，其中通過了831次，占90 %，撤銷29次，占3 %，拒絕65次，占7 %。在開始受理的申請中，幾乎所有的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯都進(jìn)入了田間試驗(yàn)。從圖1可以看出，美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的試驗(yàn)頻次在20世紀(jì)呈穩(wěn)步上升的發(fā)展趨勢，1999年時達(dá)最高峰，為154次，此后近十年的時間，美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)頻次迅速下滑，呈平緩的趨勢，年均在20次左右。

圖1 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)頻次

2.2 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)性狀

轉(zhuǎn)基因作物最明顯的標(biāo)志之一是具有不同的目標(biāo)性狀，美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)申請最多的目標(biāo)性狀是抗蟲、抗病毒和品質(zhì)改良，三者共占試驗(yàn)總數(shù)的77.4 %。此外，還有抗菌、抗除草劑、標(biāo)記基因、農(nóng)藝性狀的改良等（表1）。馬鈴薯抗蟲方面，主要有抗馬鈴薯塊莖蛾、馬鈴薯葉甲蟲、蚜蟲等，涉及的基因有Cyr類、EPSPS基因等。抗病毒方面主要涉及抗X病毒、Y病毒、卷葉病毒等，轉(zhuǎn)化的目標(biāo)基因有抗 PVX、PVY、PLRV等外殼蛋白基因。在品質(zhì)改良上進(jìn)行最多的是加工品質(zhì)的改良，涉及到蔗糖磷酸蛋白合成酶基因，環(huán)糊精糖基轉(zhuǎn)移酶基因，多聚酚氧化酶基因等。此外，在其他方面還涉及眾多基因類型，例如，在抗真菌方面有CPuK3基因、金屬硫蛋白基因、幾丁質(zhì)酶基因等類型；農(nóng)藝性狀方面有冷誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子CBF1基因、DAHP合成酶基因等。

2.3 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)

美國申請進(jìn)行轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)共有27家，其中大學(xué)15家，私人公司9家，研究機(jī)構(gòu)3家，如表2所示。試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)中，孟山都公司申請次數(shù)最多，共申請了421次，占試驗(yàn)總次數(shù)的45.5 %，其次是美國農(nóng)業(yè)部和密歇根州立大學(xué)，各申請了133次和105次，分別占試驗(yàn)總次數(shù)的14.4 %和11.4 %。孟山都公司作為世界最大轉(zhuǎn)基因企業(yè)，在馬鈴薯的研究方面依舊很強(qiáng)勢，從1989年率先申請轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)后，試驗(yàn)的頻次逐年上升，特別是在1998年和1999年，分別申請了103次和116次，占該年轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)總次數(shù)的72.5 %和75.3 %，但進(jìn)入21世紀(jì)后，孟山都公司不再申請轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)。美國農(nóng)業(yè)部也是于1989年最早開始馬鈴薯田間試驗(yàn)的兩家機(jī)構(gòu)之一，二十多年來基本上保持平穩(wěn)的發(fā)展態(tài)勢，1998年進(jìn)行得最多時也只有14次，至今仍在進(jìn)行著田間試驗(yàn)。排名第3位的是密歇根州立大學(xué)，1991年開始申請，20世紀(jì)90年代年均次數(shù)不到10次，近十年間申請的次數(shù)略有上升，特別是近五年的申請次數(shù)均占該年轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)總數(shù)的50 %以上（圖2）。此外，愛達(dá)荷大學(xué)主要是在20世紀(jì)中后期進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，辛普勞食品有限公司所申請的試驗(yàn)則主要是在最近幾年，而世界轉(zhuǎn)基因植物研發(fā)的大公司在美國卻很少涉足轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，如先正達(dá)公司在美國僅進(jìn)行過1次試驗(yàn)，拜耳公司，先鋒種業(yè)等機(jī)構(gòu)卻未進(jìn)行過相關(guān)的田間試驗(yàn)。

表1 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)性狀

表2 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)機(jī)構(gòu)分析

圖2 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的機(jī)構(gòu)及年度分析

2.4 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)地區(qū)

自1989年美國的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯首次在愛達(dá)荷州進(jìn)行田間試驗(yàn)以來，先后在美國的32個州累計(jì)進(jìn)行了938次，試驗(yàn)次數(shù)達(dá)10次以上的州有16個，其中最多是威斯康星州，共進(jìn)行了203次試驗(yàn)，占轉(zhuǎn)基因馬鈴薯試驗(yàn)總次數(shù)的21.6 %，其次是愛達(dá)荷州和密歇根州，分別進(jìn)行了165次和118次，3個州的次數(shù)占美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)總次數(shù)的50 %以上（表3）。20世紀(jì)末及21世紀(jì)初，威斯康星州和愛達(dá)荷州一直是轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)申請次數(shù)最多的兩個州。近幾年來，美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)主要在密歇根州進(jìn)行，例如2009年美國共累計(jì)申請?zhí)镩g試驗(yàn)27次，而在密歇根州就有14次，2007年、2008年分別在密歇根州申請釋放了14次和11次，均占該年份申請總數(shù)的50 %以上。

2.5 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的面積

從美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的面積方面看，美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)主要在20世紀(jì)進(jìn)行（表4），在1998年達(dá)到頂峰，1998～2000年申請?zhí)镩g試驗(yàn)的總面積為113965.14 hm2，占1993～2010年累計(jì)總試驗(yàn)面積的87.76 %。2000年后，美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)面積銳減，近十年間的總面積只有逾230 hm2，不到累計(jì)總面積的0.2 %，2005～2008年4 a間，田間試驗(yàn)面積均不到10 hm2，在2006年達(dá)最低，只有5.25 hm2。

表3 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)地區(qū)

表4 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)面積

從研究機(jī)構(gòu)申請的田間試驗(yàn)面積方面來看，孟山都公司不愧為世界最大的轉(zhuǎn)基因研發(fā)機(jī)構(gòu)，20世紀(jì)90年代美國的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯試驗(yàn)在很大程度上都是孟山都公司在進(jìn)行，1994～2000年間，孟山都公司申請的試驗(yàn)面積均占該年申請總試驗(yàn)面積的93 %以上，主要是進(jìn)行抗蟲和抗病毒方面的試驗(yàn)。2000年后，孟山都公司退出美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)，美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的面積也大幅度銳減。2000年后，美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)主要是美國農(nóng)業(yè)部和明尼蘇達(dá)州立大學(xué)在進(jìn)行，近幾年，辛普勞食品有限公司逐漸在試驗(yàn)面積上占居主導(dǎo)地位，其主要是進(jìn)行品質(zhì)性狀的改良。

3 討論

3.1 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)頻次的變化

美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯與美國其他轉(zhuǎn)基因作物田間試驗(yàn)頻次的變化趨勢基本相同，也與世界轉(zhuǎn)基因作物的田間試驗(yàn)變化相似，在20世紀(jì)80年代后期開始進(jìn)入田間試驗(yàn)，此后十年迅速發(fā)展，90年代末達(dá)到頂峰后開始下滑，然后維持一個平穩(wěn)的發(fā)展態(tài)勢。出現(xiàn)這種變化趨勢并非偶然，主要有以下幾個方面的因素:① 歐盟自1998年起不再審批新的轉(zhuǎn)基因食品的申請，美國作為歐盟的最大轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品貿(mào)易國，必受其影響。② 歐盟制定了新的標(biāo)識與監(jiān)管制度，要求凡是含有1 %以上轉(zhuǎn)基因 DNA或蛋白質(zhì)的產(chǎn)品上市都必須實(shí)行許可和標(biāo)簽制度，這對美國乃至全世界轉(zhuǎn)基因的發(fā)展有很大的影響。③ 美國自身轉(zhuǎn)基因安全管理措施的逐步完善，及國際關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物安全管理的逐漸規(guī)范，使轉(zhuǎn)基因馬鈴薯也必須處于平衡的發(fā)展態(tài)勢。④ 國家利益的沖突，任何貿(mào)易的沖突，其背后都有利益的爭端，轉(zhuǎn)基因是非的背后，同樣有著巨大的利益驅(qū)使。

3.2 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的研究機(jī)構(gòu)及面積

世界轉(zhuǎn)基因生物的研究機(jī)構(gòu)主要有科研單位，高校和私人公司，其中美國私人公司通常占有很大的比例，以孟山都公司最具代表性。美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的研發(fā)方面，并未像其他作物那樣，出現(xiàn)很多的競爭機(jī)構(gòu)，孟山都公司獨(dú)樹一幟，無論在田間試驗(yàn)的次數(shù)，還是田間試驗(yàn)釋放的面積方面，都占有很大比例，主要試驗(yàn)性狀是抗蟲和抗病毒方面，而先正達(dá)公司，先鋒種業(yè)，植物基因系統(tǒng)公司等國際性的大公司在美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯方面只進(jìn)行了很少或未進(jìn)行過田間試驗(yàn)。孟山都公司在2000年后停止在美國的田間試驗(yàn)，這與前面所述的諸多影響因素有直接的關(guān)聯(lián)，美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)頻次和面積大幅下降，孟山都公司在轉(zhuǎn)基因馬鈴薯方面的變化趨勢也決定了整個美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的變化趨勢。近幾年，美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的田間試驗(yàn)面積呈逐漸上升的趨勢，主要是以辛普勞食品有限公司為首的私人公司，試驗(yàn)性狀集中在加工品質(zhì)的改良方面，其次還有全球最大的薯片生產(chǎn)商菲多利食品有限公司，馬鈴薯生產(chǎn)商捷利康公司等。

3.3 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的目標(biāo)性狀

目前，轉(zhuǎn)基因作物中進(jìn)行得最多的是抗除草劑性狀和抗 BT性狀基因的研究和利用。馬鈴薯是以收獲營養(yǎng)器官為目的的糧食作物，這與其他收獲種子的作物有所不同，馬鈴薯的育種目標(biāo)集中在抗性提高和品質(zhì)改良兩個方面，美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的研究方向主要集中在抗蟲、抗病毒和品質(zhì)改良幾個方面，這與馬鈴薯傳統(tǒng)育種的目標(biāo)相同。

3.4 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的啟發(fā)

隨著生物技術(shù)的發(fā)展及人類生活的需求，世界轉(zhuǎn)基因生物發(fā)展趨勢是不可逆的（張啟發(fā)，2005；孫雷心，2006；孫國鳳，2008），盡管目前在發(fā)展中還有一些待解決的問題，但隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的不斷發(fā)展和相關(guān)國際規(guī)則的日益完善，轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其產(chǎn)品將給全球帶來更大的利益（劉福林和李淑萍，2005；張俊祥 等，2005；劉治先 等，2008）。

① 馬鈴薯是重要的作物，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯在世界各國的研究都處于重要位置，從田間試驗(yàn)的頻次上看，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯在美國和加拿大均位居第4位，歐盟位居第3位，以美國進(jìn)行的田間試驗(yàn)頻次最多，相比之下，我國在馬鈴薯方面的重視程度還不夠高。

② 美國轉(zhuǎn)基因馬鈴薯田間試驗(yàn)的目標(biāo)性狀在加工品質(zhì)的改良方面尤為突出，特別是近些年相關(guān)食品公司更是加大了這方面的研究試驗(yàn)，且這一趨勢還可能保持很長一段時間，說明我國在馬鈴薯的研究發(fā)展方面必須以市場為導(dǎo)向，在提高抗性的同時，著重于品質(zhì)的改良，迎合產(chǎn)業(yè)加工的需求，創(chuàng)造馬鈴薯更大的市場價值。

③ 馬鈴薯在傳統(tǒng)育種和現(xiàn)代分子育種中，育種的目標(biāo)性狀方面都表現(xiàn)出相同的趨勢，在今后的育種工作中，加強(qiáng)二者的有機(jī)結(jié)合，共同提高馬鈴薯的抗性和改良馬鈴薯的品質(zhì)。我國在發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化部署的同時，既要與國際趨勢接軌，又要從實(shí)際國情出發(fā)，具有自己的特色，讓轉(zhuǎn)基因技術(shù)更好地為人類生產(chǎn)和生活服務(wù)。

瞿勇，邢素娜，盧長明.2010.歐盟轉(zhuǎn)基因植物田間試驗(yàn)頻次分析.農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報，18（5）:993-1000.

劉福林，李淑萍.2005.轉(zhuǎn)基因植物的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，（12）:85-86.

劉治先，喬峰，張銘堂，丁照華，楊菲，劉朋.2008.世界轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，（7）:113-115.

盧長明.2008.轉(zhuǎn)基因作物田間試驗(yàn)頻次分析.生物技術(shù)通報，（3）:153-161.

孫國鳳.2008.2007年全球轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化發(fā)展趨勢.生物技術(shù)通報，（3）:190-194.

孫雷心.2006.2005年轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化生產(chǎn)全球態(tài)勢.生物技術(shù)通報，（2）:108-109.

夏玉平，盧長明.2010.美國轉(zhuǎn)基因作物田間試驗(yàn)頻次分析.農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報，18（1）:163-173.

張俊祥，程家瑜，周永春.2005.全球轉(zhuǎn)基因作物種植狀況及其分析.中國生物工程雜志，25（7）:105-107.

張啟發(fā).2005.對我國轉(zhuǎn)基因研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展策略的建議.中國農(nóng)業(yè)信息，（2）:4-7.

Field Trial Overview of Genetically Modified Potato in America

QU Yong1,2, WU Cheng-jin1,2*, YIN Hong-qing1,2, LI Da-chun1,2
（1Southern China Potato Research Center, Enshi445000, Hubei, China; 2Western Hubei Experimental Station, Hubei Agriculture Innovation Center, Enshi445000, Hubei, China）

A survey was made into the America database on field trials of genetically modified potato（Solanum tuberosum L.）during1989 to June2010 in order to reveal the change characteristics and research trend of genetically modified potato in America. Results indicated that925 field trials,taking6.1 % of the total field trials numbers on genetically modified potato, were undertaken in32 states during the last20 years, dealing with8 main target characteristics, and27 research institutions.The accumulated trial areas reached129860.69 hm2. In addition，this paper also analyzes the factors effecting changes in field trial of genetically modified potato in America, and carries out discussion on the trend of transgenic potato breeding.

Transgenic potato; Field trials; Frequency; America

S532

A

1000-6346（2011）02-0024-06

2010-09-16；接受日期:2010-10-21

農(nóng)業(yè)部“948”項(xiàng)目〔2006-G12（B）〕

瞿勇，男，碩士，專業(yè)方向:作物遺傳育種，E-mail:quyongbreeding@163.com

*通訊作者（Corresponding author）:吳承金，高級農(nóng)藝師，專業(yè)方向:馬鈴薯遺傳育種，E-mail:spwucj@163.com