论文摘要：商业化转基因油菜的分布主要集中在加拿大和美国,至少有11个品种已经开始商业化生产。国外用于产业化生产的转基因油菜品种性状主要集中在抗溴苯腈除草剂、高月桂酸含量、抗草甘膦除草剂、抗草胺膦除草剂和育性改变等几大方面[8]。长期以来,商业化的转基因油菜品种一直是以对除草剂的耐性为最主要特性, 其次是复合性状转基因和抗虫转基因[3]。据统计[1]转基因油菜性状抗除草剂占61%,复合性状(抗除草剂和抗虫)占22%,抗虫占17%。
关键词：转基因油菜,研究进展,专利,发展对策
1983年美国华盛顿大学将卡那霉素抗性基因导入烟草细胞和威斯康星大学将大豆基因转入向日葵,标志着作物转基因技术的诞生[1]。作物转基因技术在缓解资源约束、解决粮食短缺、拓展农业功能等方面显现出巨大潜力[2]。1985年Ooms等利用农杆菌介导法成功获得了第一株转基因油菜。2010年全球转基因油菜种植面积已达700万hm2,位居世界转基因作物第四位,列于转基因大豆、玉米、棉花之后,分别占转基因作物种植面积的4.7%和油菜种植面积的23%[1]。
中国目前食用油的一半以上来自油菜[3]。此外,油菜作为中国具有传统优势的重要油料作物,对于农民增收、改善人民膳食结构、提高人民生活水平以及保障食品安全都具有重要意义[4]。
本文通过对中国转基因油菜的研究进展、知识产权和产业发展现状等进行多方位、多视角的分析,展示了中国转基因油菜的发展态势,并针对性地提出了对策和建议,旨在为政府部门、科研院所、企事业单位及行业相关科研人员提供参考。
1 中国转基因油菜研究进展
转基因油菜在于基因组中含有外源基因,这些外源基因可来自植物、动物或微生物,它可以改变油菜的某些遗传特性,从而培育出高产、优质、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗虫、抗病毒、抗除草剂等的新品种。据报道,国外将相关外源基因转入油菜,已培育出了大量具备抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆、品质改良和功能性状优良的新品种。
目前,转基因油菜采用的基因转化方法主要有农杆菌介导转化法、电激法、显微注射法、基因枪法、真空渗入遗传转化法、激光微束穿刺法、PEG法、花粉介导法等[5]。伴随基因工程技术的发展,科研人员愈来愈倾向于采取基因工程的手段改良油菜的产量、品质及抗逆性[6]。
目前,中国虽然还没有转基因油菜的商业化种植,但是对转基因油菜理论的研究却相当活跃。2004年山西农业大学利用花粉介导法将GUS基因转入油菜中,其转化频率为2.8%[6]。2005年中国农业科学院生物技术研究所利用油菜油体表达体系生产鲑鱼降钙素,表达水平达种子总蛋白的6.47%[7]。中国农业科学院油料作物研究所的卢长明等[8]对转基因油菜基因扩散风险以及对生物多样性影响等环境安全问题进行了深入研究。
研究转基因油菜所采用的目的基因也趋于多样化。人们已获得了多种目的基因。其中,抗虫基因有苏云金杆菌杀虫蛋白基因、几丁质酶基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因、昆虫特异性神经毒素基因等;抗除草剂基因有抗溴苯腈基因、澳苯腈基因bxn、抗溴苯腈与雄性不育基因等;抗病毒基因有葡聚糖酶及几丁质酶基因、芜青花叶病毒外壳基因、商陆抗病毒蛋白(PAP)cDNA、芜菁花叶病毒的CP基因(Tu MV-CP)等。这些目的基因大多已被导入油菜并得到了广泛的应用[9]。中国转基因油菜理论研究概况参见表1。
从中国转基因油菜理论研究情况来看,中国在各项技术上基本和国外保持跟进。研究成果涵盖面较广泛,但真正具有明显产业化应用前景的成果很少见。亟须加大投入力度,继续深入研究,抢占核心技术。
2 中国转基因油菜知识产权分析
在市场竞争激烈的当今社会,专利是信息技术最有效的载体,它反映了技术研究方向和市场发展动向,甚至还可以推断出该领域的整体专利战略发展趋势。
2.1 专利申请数据检索来源
本文转基因油菜专利检索,采取转基因油菜专利检索相关关键词(转基因油菜、油菜、转基因、基因、位点、标记、克隆、遗传、转化)及其组合的逻辑式,利用IPGet(2.0.0.1版本)检索软件,在中国国家专利局专利数据库中进行相关专利检索。检索起始时间为1985年9月10日,截止时间为2012年3月21日。在中国国家专利局专利数据库中初检出专利365件,剔除重复、非相关项,经人工筛选后建成转基因油菜技术专利数据库,包含专利268件。
2.2 转基因油菜专利申请年度分布情况
通常专利申请的数量在很大程度上反映了该项技术领域内的知识产权保护状况和技术发展态势。据检索,中国自1985年以来,转基因油菜技术领域总共公布相关专利268件,图1显示了转基因油菜专利的历年申请情况。
从该领域技术的总体发展进程来看,相关技术的历年专利申请数量呈上升趋势,表现出该领域技术的发展速度逐渐加快态势。在2009年后专利的申请量呈现下降趋势的主要原因为专利的申请和公布需要一定的时间,该阶段申请的专利部分尚未公布。从历年专利申请量的具体信息而言,该技术的发展大致可分为3个阶段:1985~1998年为初级发展阶段,1999~2002年为平稳发展阶段,2003年至今为迅速发展阶段。
2.3 转基因油菜专利申请地区分布情况
通过对此次专利检索的数据整理发现,国内共有21个省市申请了转基因油菜专利,此外还有美国、法国、德国等8个国家在中国申请了转基因油菜专利。在专利申请总量上,湖北、北京、江苏和上海的专利申请量位居全国前列,其中湖北省申请专利78件占转基因油菜领域专利总量的29.1%。图2显示了转基因油菜专利在1985~2011年间专利申请的地区分布情况(前10位)。
2.4 转基因油菜专利申请机构分布情况
从申请人组成来看,中国的转基因油菜专利申请人主要是科研院所和高校,大多数专利为科研院所和高校所申请,公司和个人的申请数量只占到很小一部分。这表明在中国科研院所和高校积聚着转基因油菜方面的绝对科研力量,而公司在科研水平和技术储备以及创新能力上依然较为落后。1985~2011年,转基因油菜技术领域申请数量排行前10位的机构(申请人)情况如表2。
2.5 转基因油菜专利申请技术分布情况
从专利技术要素上看(图3),国内转基因油菜在特异性启动因子基因、生理生长基因、不育基因、分子标记等方面申请的专利较多。研发力量则主要集中在抗逆基因、抗病基因和油菜种子品质性状改良上;在抗虫基因申请和抗除草剂基因的专利件数则较少,分别只有3件和1件,而国外公司产业化推广的基本都是抗除草剂品种。
分析以上情况可见:①转基因油菜专利申请数量整体偏少。截至2012年3月,转基因油菜专利申请仅268件,相比其他领域数量明显偏少,这与相关技术的自主创新能力不强和专利保护意识薄弱有极大关系,也可能与对转基因植物的审查持谨慎态度有关。同时警示国内在转基因油菜育种产业化进程方面还有待进一步加强。②科研院所和高校的专利申请量和专利持有量占有较大比例,显示出其在科研成果产业化方面存在着巨大潜力,但企业作为产业化推广的主体却在资源配置没跟上,科研体制成为了制约瓶颈。③转基因油菜专利申请多以应用专利为主,核心领域的研发深度较浅甚至并未涉及。不利于中国在转基因油菜领域的技术储备研发,也不利于科研机构与企业合作联盟,难以拓展中国企业的发展空间,制约中国转基因油菜的产业化进程。
3 中国转基因油菜产业发展现状
3.1 转基因油菜产业化现状
商业化转基因油菜的分布主要集中在加拿大和美国,至少有11个品种已经开始商业化生产。国外用于产业化生产的转基因油菜品种性状主要集中在抗溴苯腈除草剂、高月桂酸含量、抗草甘膦除草剂、抗草胺膦除草剂和育性改变等几大方面[8]。长期以来,商业化的转基因油菜品种一直是以对除草剂的耐性为最主要特性, 其次是复合性状转基因和抗虫转基因[3]。据统计[1]转基因油菜性状抗除草剂占61%,复合性状(抗除草剂和抗虫)占22%,抗虫占17%。
国内转基因油菜的研发比其他转基因作物更为滞后, 目前中国转基因油菜仅处于批准进行生产性试验阶段。迄今尚未见到有明显应用前景的产品可作为产业化的首选,与国外相比中国转基因油菜的研发和产业化,还处于明显的劣势地位[10]。
3.2 转基因油菜进口现状
农业部于1999年颁布了《农业生物基因工程安全管理实施办法》。经过专家们科学、严谨的分析和试验,2004年3月美国种业巨头孟山都远东有限公司和拜耳作物科学公司在中国通过安全评估并分别获得了由中国农业部颁发的7个转基因油菜品种的进口安全许可证书[3]。包括孟山都公司的抗农达(草胺膦)品种GT73/RT73和拜耳公司的另外6个抗除草剂(T45、Oxy-235、Ms8Rf3、Topas19/2、Ms1Rf1和Ms1Rf2)品种[8]。表3给出了中国2009~2011年进口用作加工原料的转基因油菜审批情况。
中国平均每年进口油菜子100多万t,最多时达300万t,并且有60%以上的是转基因油菜。但是这些进口到中国的转基因油菜只能用作加工原料,禁止在中国种植[8]。
4 中国转基因油菜发展对策探讨
4.1 重视转基因油菜的专利申请和利用
当今知识产权已成为国际合作与竞争的重要筹码。阿根廷不具有转基因技术自主知识产权,所有的种子和技术均来自美国,孟山都公司最初免费派送种子,在成功占领99%市场份额之后又开始收取高额专利费。导致阿根廷几乎都是以悲情的反面教材形象出现,沦为“全球第一个转基因实验品”。
中国拥有自主知识产权的基因偏少,而且转基因油菜申请的专利还仅局限于应用方面,很少甚至并未涉及核心专利,导致转基因油菜研发缺乏后劲。中国科学院植物研究所首席专家蒋高明曾指出“将来没有核心专利,恐怕吃粮食也得交专利费”。据序列分析的结果预测农作物基因组中含有4万~8万个基因,在今后的8~10年内,这些基因都将逐渐被分离克隆,注册为知识产权[7]。因此,建议设立“国家油菜功能基因组研究重大科技专项”加大力度抢占先机,持有核心专利。
专利利用方面,对于国外申请人在中国获授权专利技术,育种者可以通过专利法的交叉许可制度或与专利持有人签订合同等方式对这方面的技术加以利用;对于无法通过上述方法获得使用许可而在转基因油菜产业化中不可避免地要运用的专利技术,国家应适当运用知识产权的强制许可制度,以保障中国转基因油菜产业化的顺利进行。
4.2 加强转基因油菜的创新能力建设
理论研究方面,突出国家政策的引导作用,在科研立项资助时,明确提出获取自主知识产权的导向性要求,集中资源投入到重要研究方向上。目前油菜基因工程研究重点应放在转化目的基因,筛选标记、再生体系的建立和遗传转化的方法上[11],主要改良油菜的产量、品质及抗逆性[6]。采取各种措施促进高校、科研院所与公司、企业的结盟,将科研机构较强的理论水平与公司、企业较为完善的生产、管理和推广体系结合在一起,发挥各自优势,促进国内转基因油菜科研的长足发展与理论成果的及时转化,防止研发资源的浪费。
4.3 确保转基因油菜的环境和食用安全
转基因油菜的环境安全需要考虑:转基因油菜本身是否会演变成有害植物,如有毒、过敏源、难以控制的杂草等;外源基因是否会流散到其他物种造成食用安全和环境安全隐患,是否会影响其他生物的生存,影响生物多样性等[8]。而转基因油菜的食用安全需要考虑的面则相当广泛,如是否产生过敏反应,抗生素标记基因能否使人和动物产生抗药性,可能具有毒性等。当前人们担心对生物、植物生命进行的“任意修改”,创造出的新型遗传基因和生物可能会危害人类。
针对公众关心的转基因油菜可能会带来潜在的环境安全和食用安全问题,建议开展专项课题研究,强化科研攻关,将转基因作物一系列不确定的问题研究透彻,如食品安全问题、生物富集问题、药食关系问题、生态影响问题、基因污染问题、全球监管问题等。继续探索降低转基因油菜潜在风险的根本途径[12]。
4.4 推进转基因油菜的产业化发展
21世纪农业转基因技术将进入大规模产业化阶段,预计生物技术产业的产值将占世界收入的10%以上[13]。对于转基因油菜而言,利用新品系含油量高、抗除草剂、抗病、抗虫等特点,发挥新品系菜子油低成本、高品质的竞争优势,加快产业化步伐。严把转基因油菜商品化生产质量和安全关, 必须进行中间试验、环境释放、生产性试验等一系列田间试验环节[12]。
建议利用转基因技术创造多样化的超高油油菜种质资源,改良其蛋白质品质和脂肪酸组成,进一步拓展产业化的空间。研究新品系与其他油菜生产新技术的结合,确保产业化的稳步推进。注重与转基因大国及跨国生物公司建立起坚实的伙伴关系,从而提高中国转基因油菜的国际产业竞争力。
5 展望
现在转基因油菜主要是抗除草剂、抗病、抗虫。这类性状称之为“输入性状”,目的基因的功能是改良农艺性状,得益者是农民和开发商。未来转基因油菜将不断开发“输出性状”,重点在改良品质,增加营养,具备医疗保健功能,或用作环保和工业原料, 从而大幅度提高农副产品附加值, 并使消费者直接受益, 预计必将更加受到消费者的欢迎。
未来还可用转基因油菜生产外源基因的表达产物,如人的干扰素、生长素、胰岛素、表皮生长因子、白介素、乙型肝炎疫苗等。再次用事实战胜雄辩,着实提升公众对转基因技术的科学认识, 让转基因油菜造福于人类。
参考文献:
[1] 张 成,刘定富,易先达.全球转基因作物商业化进展及现状分析[J].湖北农业科学,2011, 50(14):2819-2823.
[2] 刘旭霞,李洁瑜.转基因水稻产业化中的专利问题分析[J].华中农业大学学报(社会科学版),2011(1):12-18.
[3] 唐桂香,宋文坚,周伟军.转基因油菜的基因流及生态风险[J].应用生态学报,2005,16(12):2465-2468.
[4] 李 晓,陈春燕,唐 莎,等.四川省油菜育种态势分析[J].农村经济,2011(1):44-47.
[5] 咸拴狮,罗晓丽,王 剑.油菜转基因研究进展[J].山西农业科学,2006,34(3):85-88.
[6] 马建华,孙 毅.转基因油菜研究进展[J].分子植物育种,2006, 4(2):275-279.
[7] 张启发.对我国转基因作物研究和产业化发展策略的建议[J].中国农业信息,2005(2):4-7.
[8] 卢长明,肖 玲,武玉花.中国转基因油菜的环境安全性分析[J].农业生物技术学报,2005,13(3):267-275.
[9] 郑爱珍,单广福.植物基因工程在农业生产中的应用及展望[J].湖北农业科学,2005,44(2):104-107.
[10] 王旭静,贾士荣.国内外转基因作物产业化的比较[J].生物工程学报,2008,24(4):541-546.
[11] 吴晓亮,陶 澜.基因工程在油菜育种中的研究进展[J].安徽农业科学,2004,32(1):141-143.
[12] 张文银,安永平,王彩芬, 等.主要转基因作物研究现状及其产业化进展[J]. 生物技术通报,2008(5):1-4,9.
[13] 王关林,孙月剑,那 杰,等.中国转基因植物产业化的研究进展及存在问题[J].中国农业科学,2006,39(7):1328-1335
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