美国转基因马铃薯田间试验分析

瞿 勇 吴承金 * 殷红清 李大春

（1中国南方马铃薯研究中心，湖北恩施 445000；2湖北省农业创新中心鄂西综合试验站，湖北恩施 445000）

美国转基因马铃薯田间试验分析

瞿 勇1，2吴承金1，2*殷红清1，2李大春1，2

（1中国南方马铃薯研究中心，湖北恩施 445000；2湖北省农业创新中心鄂西综合试验站，湖北恩施 445000）

对1989～2010年6月美国转基因马铃薯田间试验的相关数据进行分析，揭示了美国转基因马铃薯田间试验的变化特点和趋势。20 a间，美国先后受理了925次转基因马铃薯的田间试验申请，占美国转基因作物田间试验总次数的6.1 %，涉及到8个主要目标性状，27家研究机构，32个试验地点，累计试验面积达129860.69 hm2。此外，还分析了美国转基因马铃薯田间试验变化的影响因素，并对转基因马铃薯的育种趋势进行了探讨。

转基因马铃薯；田间试验；次数；美国

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是世界第四大粮食作物，仅次于小麦、水稻和玉米，广泛种植于世界各地。随着生物技术的发展，马铃薯是较先获得转基因植株和进行田间试验的作物之一。美国是进行转基因马铃薯田间试验最多的国家，自1989年开始批准转基因马铃薯的田间试验（夏玉平和卢长明，2010），至2010年6月止，美国先后共受理了925次转基因马铃薯的田间试验申请，占美国转基因作物田间试验总次数的6.1 %，仅次于玉米、大豆和棉花，位居第4位。

转基因作物的田间试验是在实验室效果理想的条件下以产业化为目的的中间试验，是转基因作物商业化前的重要环节（卢长明，2008）。试验的物种、性状与频次等信息反映了转基因作物研发的历程，更能准确地反映转基因作物研发的全貌和规律，为转基因作物的发展提供参考。美国转基因植物的环境释放由农业部和环保署负责审批，但环保署只负责评价抗病虫转基因植物中杀病虫物质的安全，农业部管理田间试验（或称环境释放）和解除监控状态。美国批准田间试验的依据:转基因植物不会带来任何危险，不会引起植物病虫害问题。田间试验要在一定的隔离范围内进行，试验一旦结束，所有的试验材料都必须从试验地清除，并进行安全性处理。

转基因作物的田间试验是连接实验室和产业化的重要中间环节（瞿勇 等，2010），卢长明（2008）、夏玉平等（2010）、瞿勇等（2010）对加拿大、美国和欧盟地区的转基因作物田间试验频次进行了总体相关的分析。美国在转基因作物的研究和产业化应用方面都处于世界前列，美国转基因作物的田间试验占世界的75 %以上，约有1/4的耕地种植转基因作物。马铃薯作为世界主要粮食作物之一，尚未见转基因马铃薯研究现状的相关分析报道，本文以美国转基因马铃薯的田间试验为依据，分析相关频次、目标性状和释放时间等信息，反映出美国在转基因马铃薯方面的研究状况和应用趋势，从而为我国转基因作物发展提供一定的参考。

1 研究方法

本文数据资料来源于美国转基因作物田间试验库（http://www.isb.vt.edu/cfdocs/fieldtests1.cfm），该数据库收集了1987年至今在美国进行的新性状植物田间试验的相关信息，本文针对1989～2010年6月在美国进行的转基因马铃薯田间试验的相关信息，运用Excel软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 转基因马铃薯田间试验频次

美国于1986年在世界上率先开始了转基因作物的田间试验，1989年首次受理了孟山都公司抗PVY和PVX转基因马铃薯的田间试验申请，开始转基因马铃薯的田间试验。二十多年来，美国先后共受理了925次转基因马铃薯田间试验的申请，其中通过了831次，占90 %，撤销29次，占3 %，拒绝65次，占7 %。在开始受理的申请中，几乎所有的转基因马铃薯都进入了田间试验。从图1可以看出，美国转基因马铃薯的试验频次在20世纪呈稳步上升的发展趋势，1999年时达最高峰，为154次，此后近十年的时间，美国转基因马铃薯田间试验频次迅速下滑，呈平缓的趋势，年均在20次左右。

图1 美国转基因马铃薯田间试验频次

2.2 美国转基因马铃薯田间试验目标性状

转基因作物最明显的标志之一是具有不同的目标性状，美国转基因马铃薯田间试验申请最多的目标性状是抗虫、抗病毒和品质改良，三者共占试验总数的77.4 %。此外，还有抗菌、抗除草剂、标记基因、农艺性状的改良等（表1）。马铃薯抗虫方面，主要有抗马铃薯块茎蛾、马铃薯叶甲虫、蚜虫等，涉及的基因有Cyr类、EPSPS基因等。抗病毒方面主要涉及抗X病毒、Y病毒、卷叶病毒等，转化的目标基因有抗 PVX、PVY、PLRV等外壳蛋白基因。在品质改良上进行最多的是加工品质的改良，涉及到蔗糖磷酸蛋白合成酶基因，环糊精糖基转移酶基因，多聚酚氧化酶基因等。此外，在其他方面还涉及众多基因类型，例如，在抗真菌方面有CPuK3基因、金属硫蛋白基因、几丁质酶基因等类型；农艺性状方面有冷诱导转录因子CBF1基因、DAHP合成酶基因等。

2.3 美国转基因马铃薯田间试验的机构

美国申请进行转基因马铃薯田间试验的机构共有27家，其中大学15家，私人公司9家，研究机构3家，如表2所示。试验的机构中，孟山都公司申请次数最多，共申请了421次，占试验总次数的45.5 %，其次是美国农业部和密歇根州立大学，各申请了133次和105次，分别占试验总次数的14.4 %和11.4 %。孟山都公司作为世界最大转基因企业，在马铃薯的研究方面依旧很强势，从1989年率先申请转基因马铃薯的田间试验后，试验的频次逐年上升，特别是在1998年和1999年，分别申请了103次和116次，占该年转基因马铃薯田间试验总次数的72.5 %和75.3 %，但进入21世纪后，孟山都公司不再申请转基因马铃薯的田间试验。美国农业部也是于1989年最早开始马铃薯田间试验的两家机构之一，二十多年来基本上保持平稳的发展态势，1998年进行得最多时也只有14次，至今仍在进行着田间试验。排名第3位的是密歇根州立大学，1991年开始申请，20世纪90年代年均次数不到10次，近十年间申请的次数略有上升，特别是近五年的申请次数均占该年转基因马铃薯田间试验总数的50 %以上（图2）。此外，爱达荷大学主要是在20世纪中后期进行了大量的试验，辛普劳食品有限公司所申请的试验则主要是在最近几年，而世界转基因植物研发的大公司在美国却很少涉足转基因马铃薯，如先正达公司在美国仅进行过1次试验，拜耳公司，先锋种业等机构却未进行过相关的田间试验。

表1 美国转基因马铃薯田间试验目标性状

表2 美国转基因马铃薯田间试验机构分析

图2 美国转基因马铃薯的机构及年度分析

2.4 美国转基因马铃薯田间试验地区

自1989年美国的转基因马铃薯首次在爱达荷州进行田间试验以来，先后在美国的32个州累计进行了938次，试验次数达10次以上的州有16个，其中最多是威斯康星州，共进行了203次试验，占转基因马铃薯试验总次数的21.6 %，其次是爱达荷州和密歇根州，分别进行了165次和118次，3个州的次数占美国转基因马铃薯田间试验总次数的50 %以上（表3）。20世纪末及21世纪初，威斯康星州和爱达荷州一直是转基因马铃薯田间试验申请次数最多的两个州。近几年来，美国转基因马铃薯的田间试验主要在密歇根州进行，例如2009年美国共累计申请田间试验27次，而在密歇根州就有14次，2007年、2008年分别在密歇根州申请释放了14次和11次，均占该年份申请总数的50 %以上。

2.5 美国转基因马铃薯田间试验的面积

从美国转基因马铃薯田间试验的面积方面看，美国转基因马铃薯的田间试验主要在20世纪进行（表4），在1998年达到顶峰，1998～2000年申请田间试验的总面积为113965.14 hm2，占1993～2010年累计总试验面积的87.76 %。2000年后，美国转基因马铃薯田间试验面积锐减，近十年间的总面积只有逾230 hm2，不到累计总面积的0.2 %，2005～2008年4 a间，田间试验面积均不到10 hm2，在2006年达最低，只有5.25 hm2。

表3 美国转基因马铃薯田间试验地区

表4 美国转基因马铃薯田间试验面积

从研究机构申请的田间试验面积方面来看，孟山都公司不愧为世界最大的转基因研发机构，20世纪90年代美国的转基因马铃薯试验在很大程度上都是孟山都公司在进行，1994～2000年间，孟山都公司申请的试验面积均占该年申请总试验面积的93 %以上，主要是进行抗虫和抗病毒方面的试验。2000年后，孟山都公司退出美国转基因马铃薯的田间试验，美国转基因马铃薯田间试验的面积也大幅度锐减。2000年后，美国转基因马铃薯田间试验主要是美国农业部和明尼苏达州立大学在进行，近几年，辛普劳食品有限公司逐渐在试验面积上占居主导地位，其主要是进行品质性状的改良。

3 讨论

3.1 美国转基因马铃薯田间试验频次的变化

美国转基因马铃薯与美国其他转基因作物田间试验频次的变化趋势基本相同，也与世界转基因作物的田间试验变化相似，在20世纪80年代后期开始进入田间试验，此后十年迅速发展，90年代末达到顶峰后开始下滑，然后维持一个平稳的发展态势。出现这种变化趋势并非偶然，主要有以下几个方面的因素:① 欧盟自1998年起不再审批新的转基因食品的申请，美国作为欧盟的最大转基因产品贸易国，必受其影响。② 欧盟制定了新的标识与监管制度，要求凡是含有1 %以上转基因 DNA或蛋白质的产品上市都必须实行许可和标签制度，这对美国乃至全世界转基因的发展有很大的影响。③ 美国自身转基因安全管理措施的逐步完善，及国际关于转基因生物安全管理的逐渐规范，使转基因马铃薯也必须处于平衡的发展态势。④ 国家利益的冲突，任何贸易的冲突，其背后都有利益的争端，转基因是非的背后，同样有着巨大的利益驱使。

3.2 美国转基因马铃薯田间试验的研究机构及面积

世界转基因生物的研究机构主要有科研单位，高校和私人公司，其中美国私人公司通常占有很大的比例，以孟山都公司最具代表性。美国转基因马铃薯的研发方面，并未像其他作物那样，出现很多的竞争机构，孟山都公司独树一帜，无论在田间试验的次数，还是田间试验释放的面积方面，都占有很大比例，主要试验性状是抗虫和抗病毒方面，而先正达公司，先锋种业，植物基因系统公司等国际性的大公司在美国转基因马铃薯方面只进行了很少或未进行过田间试验。孟山都公司在2000年后停止在美国的田间试验，这与前面所述的诸多影响因素有直接的关联，美国转基因马铃薯的田间试验频次和面积大幅下降，孟山都公司在转基因马铃薯方面的变化趋势也决定了整个美国转基因马铃薯的变化趋势。近几年，美国转基因马铃薯的田间试验面积呈逐渐上升的趋势，主要是以辛普劳食品有限公司为首的私人公司，试验性状集中在加工品质的改良方面，其次还有全球最大的薯片生产商菲多利食品有限公司，马铃薯生产商捷利康公司等。

3.3 美国转基因马铃薯田间试验的目标性状

目前，转基因作物中进行得最多的是抗除草剂性状和抗 BT性状基因的研究和利用。马铃薯是以收获营养器官为目的的粮食作物，这与其他收获种子的作物有所不同，马铃薯的育种目标集中在抗性提高和品质改良两个方面，美国转基因马铃薯的研究方向主要集中在抗虫、抗病毒和品质改良几个方面，这与马铃薯传统育种的目标相同。

3.4 美国转基因马铃薯田间试验的启发

随着生物技术的发展及人类生活的需求，世界转基因生物发展趋势是不可逆的（张启发，2005；孙雷心，2006；孙国凤，2008），尽管目前在发展中还有一些待解决的问题，但随着转基因技术的不断发展和相关国际规则的日益完善，转基因技术及其产品将给全球带来更大的利益（刘福林和李淑萍，2005；张俊祥 等，2005；刘治先 等，2008）。

① 马铃薯是重要的作物，转基因马铃薯在世界各国的研究都处于重要位置，从田间试验的频次上看，转基因马铃薯在美国和加拿大均位居第4位，欧盟位居第3位，以美国进行的田间试验频次最多，相比之下，我国在马铃薯方面的重视程度还不够高。

② 美国转基因马铃薯田间试验的目标性状在加工品质的改良方面尤为突出，特别是近些年相关食品公司更是加大了这方面的研究试验，且这一趋势还可能保持很长一段时间，说明我国在马铃薯的研究发展方面必须以市场为导向，在提高抗性的同时，着重于品质的改良，迎合产业加工的需求，创造马铃薯更大的市场价值。

③ 马铃薯在传统育种和现代分子育种中，育种的目标性状方面都表现出相同的趋势，在今后的育种工作中，加强二者的有机结合，共同提高马铃薯的抗性和改良马铃薯的品质。我国在发展转基因技术及其产业化部署的同时，既要与国际趋势接轨，又要从实际国情出发，具有自己的特色，让转基因技术更好地为人类生产和生活服务。

瞿勇，邢素娜，卢长明.2010.欧盟转基因植物田间试验频次分析.农业生物技术学报，18（5）:993-1000.

刘福林，李淑萍.2005.转基因植物的现状及发展趋势.现代农业技术，（12）:85-86.

刘治先，乔峰，张铭堂，丁照华，杨菲，刘朋.2008.世界转基因农作物的应用现状和发展趋势.山东农业科学，（7）:113-115.

卢长明.2008.转基因作物田间试验频次分析.生物技术通报，（3）:153-161.

孙国凤.2008.2007年全球转基因作物商业化发展趋势.生物技术通报，（3）:190-194.

孙雷心.2006.2005年转基因作物商业化生产全球态势.生物技术通报，（2）:108-109.

夏玉平，卢长明.2010.美国转基因作物田间试验频次分析.农业生物技术学报，18（1）:163-173.

张俊祥，程家瑜，周永春.2005.全球转基因作物种植状况及其分析.中国生物工程杂志，25（7）:105-107.

张启发.2005.对我国转基因研究和产业化发展策略的建议.中国农业信息，（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

农业部“948”项目〔2006-G12（B）〕

瞿勇，男，硕士，专业方向:作物遗传育种，E-mail:quyongbreeding@163.com

*通讯作者（Corresponding author）:吴承金，高级农艺师，专业方向:马铃薯遗传育种，E-mail:spwucj@163.com