遗传工程作物：经验与展望

《遗传工程作物：经验与展望》由美国国家科学院组织编写，编写委员会成员由4个国家（美国、荷兰、德国、墨西哥）具有不同学科背景的20名顶级专家组成，成员的专业领域包括植物育种、农学、生态学、食品科学、社会学、毒理学、生物化学、科学传播、分子生物学、经济学、法学、杂草学和昆虫学。《遗传工程作物：经验与展望》以实事求是的科学思想方法，对20年来全球遗传工程作物的商业化种植进行了全面的回顾性研究，以文献分析、研讨会、社会互动等多种方式所得到的共识为基础，全面地回应了有关遗传工程作物的争论。《遗传工程作物：经验与展望》包含的内容广泛，涉及遗传工程作物的发展与应用、遗传工程作物对农业和环境的影响、遗传工程作物与人类健康相关的风险和益处、遗传工程作物的社会经济效益和风险、新兴的遗传工程技术和未来的遗传工程作物，以及各国对于遗传工程作物的监管体系等，堪称一本遗传工程作物的经典百科《遗传工程作物：经验与展望》。

目录
行动纲领1
摘要3
1美国国家科学院、工程院和医学院对遗传工程作物的研究19
1.1美国国家科学院与农业遗传工程19
1.2委员会及其职责22
1.3征求来自不同角度的建议及评估信息24
1.4报告的审核过程28
1.5报告的结构28
参考文献29
2报告的框架30
2.1对不熟悉的问题进行透彻评估30
2.2遗传工程作物的监管32
2.3术语及其挑战37
本章小结38
参考文献39
3截至2015年的遗传工程作物42
3.1农业遗传工程的发展42
3.221世纪初的遗传工程作物47
3.3遗传工程作物和食品监管政策的演变57
本章小结60
参考文献61
4遗传工程作物对农业和环境的影响65
4.1遗传工程对作物产量的影响65
4.2种植Bt作物的效益70
4.3种植抗除草剂作物的效益86
4.4抗除草剂和抗虫遗传工程抗性性状的产量效应95
4.5遗传工程作物的环境效应95
本章小结104
参考文献105
5遗传工程作物对人类健康的影响120
5.1遗传工程作物的参照物121
5.2美国对人体健康风险监管的检测方法概述125
5.3遗传工程作物与人类疾病和慢性症状的发生145
5.4与遗传工程作物有关的其他人类健康问题155
5.5遗传工程作物对人类健康益处的评估158
5.6利用新兴遗传工程技术培育的食品安全性评价163
本章小结165
参考文献166
6遗传工程作物的社会与经济效应182
6.1对农场或其周边的社会和经济效应183
6.2农场以外的社会经济效应213
本章小结232
参考文献233
7未来遗传工程技术251
7.1现代植物育种方法251
7.2常用的遗传工程技术253
7.3新兴的遗传工程技术256
7.4基因组编辑在未来的应用263
7.5评估基因组编辑特异性的新兴技术267
7.6基于组学技术对基因组变异的检测268
本章小结277
参考文献278
8未来遗传工程作物287
8.1遗传工程是创造下一代植物性状所必须的吗？287
8.2如何规划新兴的遗传工程技术对性状的改良289
8.3未来的遗传工程性状290
8.4未来的遗传工程作物、其可持续发展及世界粮食供给308
本章小结312
参考文献312
9当前和未来的遗传工程作物管理322
9.1遗传工程作物管理体系322
9.2新兴遗传工程技术的监管346
9.3相关监管问题351
9.4上市前监管安全评估的产品范围355
本章小结359
参考文献360
附录A委员会成员简介367
附录B任务书的修订374
附录C信息收集会议日程375
附录D不同种植制度下病虫害防治措施对环境的影响研讨会议程385
附录E受邀但未能参加会议的报告人387
附录F来自公众的评价报告388
附录G术语表399
彩图

行 动 纲 领
　　自20世纪80年代起，生物学家采用遗传工程技术使作物表现出新的性状。由于种种原因，至2015年仅有两个性状——抗虫和抗除草剂的农作物被广泛运用。现有许多关于遗传工程作物的正面和负面影响的说法。“遗传工程作物：经验与展望”委员会的主要目的是审查这些说法相关的证据。本委员会还被要求评估新兴的遗传工程技术，评估它们可能对作物改良的贡献，以及它们可能对科技和监管带来的挑战。本委员会深入研究了相关文献，听取了80位不同主张人士的发言，并阅读了700多条来自公众的评论，旨在加深对遗传工程作物问题的理解。*后我们认为不能对遗传工程作物做出笼统结论，因为与之相关的问题是多维的。
　　现有的证据表明，遗传工程大豆、棉花和玉米的种植为生产者带来了良好的经济效益，但*后的收益还是取决于实际害虫数量、耕作方式和农业基本设施。那些具有抗虫性状的作物——基因取自一种细菌（苏云金芽孢杆菌或简称Bt）——与非Bt品种相比，普遍减少了大小农场的产量损失和杀虫剂的使用。在一些案例中，广泛种植这种作物有效地减少了地域内特定害虫的数量，从而也减少了非Bt作物的损失。而且，种植Bt作物的农场比种植使用杀虫剂的非Bt品种的农场具有更高的昆虫多样性。然而，在没有遵循抗性管理策略的地方，一些目标昆虫也演化出了具破坏性的抗性水平。抗除草剂（HR）作物喷洒除草剂草甘膦比非HR对照作物的产量有小幅增长。调查中没有发现种植HR作物的农田的植物多样性低于非HR作物的农田。在严重依赖草甘膦种植HR性状作物的地区，一些杂草产生了抗药性，这将成为一个主要的农业问题。种植含Bt和HR性状作物的可持续性应用取决于综合管理策略。
　　有些人称遗传工程作物对人类健康产生不良影响。即便很多评论都指出遗传工程作物与非遗传工程作物一样安全，但本委员会还是重新审查了这个主题的原始研究。许多动物饲喂试验的设计与分析方案并不都是*佳的，但大量的试验结果证明遗传工程作物作为食物不会对动物造成危害。此外，对食用遗传工程作物前后牲畜健康影响的长期数据显示，遗传工程作物不会产生相关的副作用。本委员会还审查了有关癌症发病率、流行病学及其他人类健康问题的数据，没有确凿的证据显示食用遗传工程作物的食物比食用非遗传工程作物的食物更不安全。
　　遗传工程作物的社会和经济效益取决于其特有性状、作物品种对农场环境的适应性，以及遗传工程种子的质量和成本。遗传工程作物使各种规模农场的农民受益，但仅靠遗传工程作物无法解决所有农民，特别是小农户面临的各种各样的复杂挑战。考虑到农业的复杂性以及统一规划和执行的必要性，如果想在不同的区域长期实现其社会效益的*大化，必须要有公共环境及个人支持。
自20年前引入遗传工程作物以来，分子生物学取得了长足的进步。新兴技术为农作物带来更精确、多样的变化。抗病虫害性状将会在更多的农作物中广泛使用。提高产量潜力和肥料养分利用率的研究正在进行中，但现在还无法预测其是否成功。委员会建议对新兴遗传工程技术进行战略性公共投资以及采取其他方式以应对粮食安全问题和其他挑战。
　　组学技术可以测定植物中DNA的序列、基因表达和分子成分。该技术需要进一步改进，但预期将会提高非遗传工程和遗传工程作物的研发效率，还可以用来检测新作物品种，测试常规育种或遗传工程品种是否发生非预期变化。
　　各国对遗传工程作物的监管程序有着很大的差别，因为这反映了国家间的社会、政治、法律和文化差异。这些差异性的持续存在可能会引发各国间的贸易问题。新兴技术使得遗传工程和传统植物育种技术之间的区别变得模糊，流程监管体系在技术上很难实现。本委员会建议新品种——无论是遗传工程还是常规育种——如果它们具有可能存在潜在危险的新特性或非预期特性，则应使其接受安全测试。并且委员会提出了一种分层式评估监管法，这种方法在一定程度上基于新的组学技术，能够对比已经广泛种植的新品种和其对应的原始品种的分子图谱。此外，对遗传工程作物的管理应该是公开透明的。
摘要
　　遗传工程是通过引入或改变生物体中的DNA、RNA或蛋白质使其表达新性状或改变现有性状表达的过程，此技术起于20世纪70年代。采用常规育种技术和遗传工程育种技术相结合进行作物遗传改良比单独使用某种技术具有更多的优势，因为有些遗传性状无法单纯依靠常规育种引入或改造，必须依赖遗传工程技术。其他一些性状更容易通过常规育种得到改良。自20世纪80年代以来，生物学家已经利用遗传工程技术在植物中表达了许多特性，比如延长水果的货架期、增加维生素含量，以及提高抗病能力。
　　由于各种科学、经济、社会和监管方面的原因，大多数已被研发的遗传工程性状和作物品种并没有投入商业化生产。例外的情况是，抗除草剂和抗虫的遗传工程性状的作物自20世纪90年代中期在一些国家被商业化应用以来，一直在少数几个大田作物上广泛运用。至2015年，只有不到10种抗除草剂、抗虫的遗传工程作物被种植，含抗虫、抗除草剂或抗虫抗除草剂的遗传工程作物的种植面积占当年世界种植面积的12%左右（图1）。在2015年，*常见的含以上一种或两种性状的遗传工程作物是大豆（占大豆种植总面积的83%）、棉花（占棉花种植总种植面积的75%）、玉米（占玉米种植总种植面积的29%）和油菜（占油菜种植总种植面积的24%）James，C2015Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops:2015Ithaca，NY:International Service for the Acquisition of Agribiotech Applications。一些其他性状（如抗病毒、减缓苹果和土豆褐变）的遗传工程作物被准予在2015年商业化生产，但它们在世界范围内的生产面积相对较小。
　　由美国国家科学院负责的“遗传工程作物：经验与展望”委员会利用过去二十年来积累的证据来评估GE作物以及随之而来的新兴技术带来的正负面影响（见委员会任务说明，框1）。考虑到遗传工程作物被商业化的性状及种类很少，本委员会获得的数据主要限于抗除草剂和抗虫性状的玉米、大豆和棉花，且在地理上也受到限制，只有少数国家长期种植这些作物。
　　每个人对遗传工程作物带给农业、环境、健康、社会和经济的好处和不足都有不同的看法。本委员会在本报告的第4~6章专门整理讨论了由受邀嘉宾或公众评论提交给委员会及文献中有关遗传工程作物效益主张的证据。关于这些效益的调查结果和建议展现在本摘要的“遗传工程的经验”部分。
　　本委员会还负责探索与农业相关的遗传工程新兴技术。在撰写本报告时，一些改变有
框1任务说明
　　构建和更新以前美国国家研究委员会在报告中提出的概念和问题，其中涉及食品安全、环境、社会、经济、管理，以及遗传工程（GE）作物的其他相关概念和问题；以传统育种方法培育的作物为参照，本委员会将在当代全球粮食和农业系统的范围内对GE作物的现有资料进行广泛审查。这项研究将阐明如下问题：
●审查GE作物在美国和国际上的发展和引进历史，包括未商业化的GE作物，以及不同国家的GE作物开发商和生产者的经验。
●评估提出GE作物及其配套技术存在负面影响的证据，如减产、对人类和动物健康有害、增加杀虫剂和除草剂的使用量、产生“超级杂草”、减少遗传多样性、导致生产商面临更少的种子选择，以及其他对发展中国家农民和非GE作物生产者产生的负面影响等。
●评估提出GE作物及其配套技术存在很多优点的证据，如减少杀虫剂的使用、通过与免耕措施协同作用减少土壤流失并改善水质、减少害虫和杂草对作物造成的损失、增加生产商在种植时间上的灵活性、减少腐烂和霉菌毒素污染、提升营养价值潜力、增强对干旱和盐碱的耐受性等。
●审查当前对GE作物和食品进行的环境和食品安全评估所涉及的科学基础及相关技术，以及额外检测的必要性和潜在价值的证据。在适当的情况下，这项研究将探索如何对非GE作物和食品进行评估。
●从农业创新和农业可持续发展的视角，探索GE作物科学与技术的新发展以及这些技术未来可能带来的机遇和挑战，包括研发、监管、所有权、农艺、国际以及其他机遇和挑战。
　　本委员会在介绍其研究结果时，将指出在收集GE作物和GE食品对多领域（如经济、农学、健康、安全及其他领域）造成影响的信息上存在不确定性及信息的缺乏性，并使用来自其他类型生产实践、与作物和食品具有可比性的信息，以便在恰当的情况下进行展望。要在世界当前背景下和预计的粮食与农业体系的背景下审查研究结果。本委员会建议开展研究或采取其他措施，以填补安全评估方面的空白，提高监管透明度，提升GE技术的创新性，拓宽获取GE技术的途径。
　　本委员会将撰写一份针对决策者的报告，作为非专业人员设计衍生产品的基础。
　　机体基因组的新方法，如基因组编辑、合成生物学和RNA干扰技术等正成为*流行的作物遗传工程技术。一些作物至少可以使用其中一种技术改变一个性状，如2015年获准在美国生产的防褐变的苹果。如何在未来使用这些技术改变农作物性状将在本报告的第7章和第8章中举例介绍，*后本委员会的结论及发现将展现在本摘要的“遗传工程的展望”部分。
　　在本委员会开始进行这项工作的时候，国家和地方正处在刚制定新监管体系以适应新遗传工程技术，甚至对遗传工程的基本定义进行更新的时候。这个过渡状态使本委员会有责任及时和富有挑战性地对环境和食品进行审查。在第9章中，本委员会对美国、欧盟、加拿大和巴西的监管体系进行了全面回顾，将其作为监管差异性的例子。在社会中，政治和文化的优先顺序常常影响一个国家管理制度构架。实际工作中，一些管理体制更强调管控改变基因组的过程。随着作物遗传工程技术的进步，一些既定的管理体制可能不能适应管理使用新方法创造的新性状。本委员会认为，美国现有的管理制度就是这种情况。
　　本委员会避免笼统地对遗传工程作物的收益或不利影响做出声明，因为多种原因会导致这样的声明对改变遗传工程作物的政策没有帮助。首先，遗传工程技术已经存在并会持续将更多潜在性状引入农作物；然而，有且只有两种性状——抗虫和抗除草剂——被广泛使用。现有转基因作物的影响的说法实际上就是指这两个性状导入作物可能引起的潜在影响；然而，不同的性状可能会有不同的影响。举例来说，改变作物营养成分的性状与抗除草剂性状很可能会对环境或经济产生不同的影响。其次，并不是所有现有的遗传工程作物都同时具有抗虫和抗除草剂性状。例如，在本委员会起草此报告时，美国的遗传工程大豆具有抗除草剂性状却没有抗虫性状，而印度的遗传工程棉花具有抗虫特性却没有抗除草剂特性。这两种性状对农业经济、环境和健康的影响是不同的，如果笼统将两者同一而论，这些区别就显示不出来了。*后，单一性状作物组合的效果取决于田间昆虫或杂草的种类、数量、生产规模、农民获得种子的渠道、农民可以得到的拓展服务，以及政府的农业政策管理制度。
　　*后，对遗传工程做笼统的结论是有问题的，因为遗传工程作物政策的形成不仅涉及技术风险评估，还涉及法律问题、经济激励、社会组成和构架，以及文化和个人价值观差异。的确，许多提交给本委员会的有关遗传工程作物管理的主张是关于允许或限制遗传工程作物研发和生产的法律或政府内外各方采取的社会战略的适宜性。本委员会认真审查了提交的文献和资料，寻找有关这些主张的证据。