轉(zhuǎn)基因技術(shù)在抗病蟲草甜菜培育中的應(yīng)用與展望

董剛剛，王穎，韓成貴

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物有害生物監(jiān)測與綠色防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

0 引言

甜菜（Beta vulgarisL.）是藜科甜菜屬二年生草本植物，是我國第二大糖料作物，近年來已成為我國北方地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)作物，甜菜產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展對于我國食糖有效供應(yīng)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義[1-3]。我國是世界第三大食糖生產(chǎn)國，同時也是世界第二大食糖消費(fèi)國[4]。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2018年，我國甜菜種植面積21.6萬hm2，產(chǎn)糖131.54萬t；2019年全國甜菜種植21.9萬hm2，產(chǎn)糖139.28萬t[5]。

甜菜病蟲草害是影響甜菜產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。據(jù)報(bào)道，目前甜菜害蟲種類約300種，病害種類20余種，雜草種類10 科21 種[6-10]。我國甜菜生產(chǎn)中危害嚴(yán)重的主要病害有7種，分別是甜菜褐斑病、白粉病、根腐病、立枯病、黃化病毒病、蛇眼病和叢根病[7-8,11-13]。其中，甜菜叢根病可造成產(chǎn)量損失30%～40%，含糖降低4～9 度[1]；甜菜褐斑病可造成甜菜塊根減產(chǎn)10%～20%，含糖率降低1～2 度[1]。內(nèi)蒙古等地區(qū)重迎茬比例偏高，在一定程度上加劇了根腐病和叢根病的發(fā)生[14]。甜菜生產(chǎn)中主要害蟲有甜菜象、甜菜莖象甲、華北大黑鰓金龜、黑絨金龜、地老虎、小地老虎、草地螟、甘藍(lán)夜蛾、甜菜夜蛾等[6-9]。甜菜田主要雜草有禾本科的狗尾草、野燕麥、稗草等，闊葉類的反枝莧、灰綠藜、刺兒菜、田旋花、龍葵、苦苣菜、三葉草、野油菜等[8]。針對上述有害生物的防控，我國已建立了比較成熟的甜菜病蟲草害綜合防控技術(shù)體系，但依然存在很多的問題，比如田間抗藥性的發(fā)展導(dǎo)致主要藥劑的防治效率降低，雜草防治難度大和抗逆育種技術(shù)薄弱等[15-17]。隨著現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，以轉(zhuǎn)基因技術(shù)為代表的遺傳修飾技術(shù)在甜菜抗病蟲害、耐除草劑和品質(zhì)改良等方面凸顯了強(qiáng)大的優(yōu)勢[18-19]。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展迅速，已成功商業(yè)化應(yīng)用于大豆、玉米和棉花等作物，但對于轉(zhuǎn)基因甜菜，目前尚處于技術(shù)研究階段，只有耐除草劑轉(zhuǎn)基因甜菜在美國和加拿大等國家得到商業(yè)化種植[20]。根據(jù)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全證書（進(jìn)口）批準(zhǔn)清單，截止2020 年，我國只批準(zhǔn)了（原）孟山都遠(yuǎn)東有限公司科沃施種子歐洲股份公司的抗除草劑甜菜H7-1進(jìn)口生物安全證書。2002年農(nóng)業(yè)部頒發(fā)了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價管理辦法》，相關(guān)審批制度明確規(guī)定：作為加工原料進(jìn)口的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物，不允許在國內(nèi)種植。本文在已有研究的基礎(chǔ)上重點(diǎn)綜述了轉(zhuǎn)基因技術(shù)和基因編輯技術(shù)在甜菜抗病蟲和耐除草劑方面的研究進(jìn)展與應(yīng)用情況，同時探討轉(zhuǎn)基因及基因編輯技術(shù)在我國甜菜產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展前景。

1 轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)的研究進(jìn)展

1.1 轉(zhuǎn)基因作物發(fā)展現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指利用現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)手段，挑選可以滿足人們某種需求的目標(biāo)基因，將其人工分離、重組或特異性改造，然后導(dǎo)入并整合到生物體基因組中，從而實(shí)現(xiàn)可以明顯改善生物原有性狀或賦予其新的優(yōu)良農(nóng)藝性狀的目的[21]。通過目標(biāo)基因的定向改良，轉(zhuǎn)基因作物（GMO）可以獲得許多有益性狀，如抗蟲、抗病、抗逆、抗（耐）除草劑、改良營養(yǎng)成分及提高作物營養(yǎng)價值等[22]。目前，大豆、玉米、棉花和油菜是全球商業(yè)化應(yīng)用最多的4種轉(zhuǎn)基因作物，抗蟲性和耐除草劑是生產(chǎn)中商業(yè)化應(yīng)用最廣泛的兩大目標(biāo)性狀[23]。

2019 年全球生物技術(shù)/轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化發(fā)展數(shù)據(jù)表明，2019年是轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化種植的第24年，全球共有29 個國家種植轉(zhuǎn)基因作物，種植總面積達(dá)1.904 億hm2，其中發(fā)展中國家24 個，轉(zhuǎn)基因作物種植面積占全球總種植面積的56%，發(fā)達(dá)國家有5 個，占比44%[20]。全球排名前五位的主要種植國分別是美國7 150萬hm2、巴西5 280 萬hm2、阿根廷2 400 萬hm2、加拿大1 250 萬hm2和印度1 190 萬hm2，總計(jì)1.727 億hm2，占全球種植面積的91%；中國320萬hm2，排名第七，批準(zhǔn)大規(guī)模種植的轉(zhuǎn)基因作物主要為抗蟲轉(zhuǎn)基因棉花和抗病毒病轉(zhuǎn)基因番木瓜[20]。此外，全球有42 個國家/地區(qū)選擇進(jìn)口了轉(zhuǎn)基因作物，用于食品、飼料加工。2019年，大豆、玉米、棉花和油菜依然是全球商業(yè)化應(yīng)用最多的4 種轉(zhuǎn)基因作物，根據(jù)單種作物的種植面積計(jì)算，全球74%的大豆、31%的玉米、79%的棉花和27%的油菜是生物技術(shù)/轉(zhuǎn)基因作物[20]。轉(zhuǎn)基因作物通過增加作物生產(chǎn)率、保護(hù)生物多樣性、改善生態(tài)環(huán)境、減少二氧化碳排放和緩解貧困等方式為全球應(yīng)對糧食安全、可持續(xù)發(fā)展和氣候變化等問題做出了重大貢獻(xiàn)[23]。1996—2018 年，轉(zhuǎn)基因作物為全球創(chuàng)造了2 249 億美元的經(jīng)濟(jì)效益，其中中國獲益232億美元，2018年轉(zhuǎn)基因作物為中國創(chuàng)造了15億美元的經(jīng)濟(jì)收益[20]。

甜菜作為目前被批準(zhǔn)進(jìn)行商業(yè)化種植的24種轉(zhuǎn)基因作物之一，2019年全球轉(zhuǎn)基因甜菜種植面積47.3萬hm2，其中僅美國就種植45.41萬hm2；2019年加拿大轉(zhuǎn)基因甜菜種植面積達(dá)到23%的最高增幅[20]。

1.2 基因編輯技術(shù)

基因編輯（Gene editing）也稱之為基因組編輯或基因組工程，指利用精準(zhǔn)的基因序列編輯工具對動植物本身具有的基因序列進(jìn)行有目的改變，通過基因失活、過表達(dá)或功能變化改變動植物表型性狀，從而實(shí)現(xiàn)對動植物品種有效改良或其他特定目標(biāo)[24]。常見的基因編輯技術(shù)包括鋅指核酸酶（ZFN）和轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（TALEN），CRISPR/Cas9 基因編輯技術(shù)是繼前兩個技術(shù)之后的新一代基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)，研究人員通過設(shè)計(jì)不同的sgRNA，引導(dǎo)Cas9 核酸酶特異性地在想要的任何基因位點(diǎn)進(jìn)行基因編輯[25]。CRISPR/Cas9介導(dǎo)的精準(zhǔn)基因編輯技術(shù)，例如植物基因組定點(diǎn)編輯、單堿基替換、引導(dǎo)編輯和同源重組體系等，近年來相關(guān)技術(shù)在農(nóng)作物基因功能鑒定、研究、開發(fā)和精準(zhǔn)分子育種中發(fā)揮了重要作用，展現(xiàn)了廣闊的發(fā)展?jié)摿椭卮髴?yīng)用價值[26]。CRISPR/Cas9技術(shù)因其專一性好、基因定點(diǎn)突變效率高，已經(jīng)在高產(chǎn)水稻、抗病小麥、耐儲藏馬鈴薯和生產(chǎn)健康油料大豆等作物中成功應(yīng)用[25-26]。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所利用CRISPR/Cas9 定點(diǎn)敲除冬小麥品種‘鄭麥7698’和春小麥品種‘Bobwhite’中的SBEIIA基因，分別獲得了高抗性淀粉的冬、春小麥新種質(zhì)，相關(guān)研究為營養(yǎng)功能型小麥新品種的成功培育提供了新的選擇路徑[27]。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所高彩霞研究組，利用TALEN和CRISPR/Cas9 基因組編輯技術(shù)，實(shí)行了對小麥MLO基因的定向突變，獲得了對白粉病具有廣譜抗性的小麥材料；此外，該研究組還利用基因編輯技術(shù)，成功在小麥中實(shí)現(xiàn)了基因的定點(diǎn)插入，插入之后的片段可以穩(wěn)定遺傳,相關(guān)研究為小麥基因功能的研究和培育新品種、新材料的創(chuàng)制提供了全新的技術(shù)路線[28]。中國科學(xué)院上海植物逆境生物學(xué)研究中心，朱健康院士團(tuán)隊(duì)利用CRISPR/Cas9 基因編輯技術(shù)，成功編輯了水稻ABA 受體基因PYL，顯著提高了水稻產(chǎn)量[29]。此外，基因編輯技術(shù)在耐除草劑研究方面成果豐碩，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)姜臨建團(tuán)隊(duì)，成功構(gòu)建了可應(yīng)用于植物基因組的單堿基編輯技術(shù)體系，并利用該體系對擬南芥的ALS基因進(jìn)行單堿基編輯，創(chuàng)制抗除草劑新品種[30]。

目前，基因編輯技術(shù)還沒有在甜菜上成功應(yīng)用的報(bào)道。基因編輯技術(shù)在甜菜中的研究主要圍繞線粒體基因組展開，重點(diǎn)通過RNA 編輯，研究甜菜雄性不育細(xì)胞質(zhì)線粒體（CMS）基因的突變，包括rps3、rps4、rps7和nad4、nad6、nad9、atp6等[31-34]；構(gòu)建甜菜壞死黃脈病毒（BNYVV）全長侵染性cDNA 克隆，開發(fā)了可表達(dá)Cas9轉(zhuǎn)基因植株的BNYVV載體，將促進(jìn)甜菜和相關(guān)作物基因組研究和多種蛋白的表達(dá)[35]。

CRISPR/Cas9系統(tǒng)目前已經(jīng)成功應(yīng)用于絲狀真菌的基因組編輯，研究人員將單鏈核苷酸作為修復(fù)模板，在某些曲霉屬絲狀真菌中誘導(dǎo)點(diǎn)突變[36]。此外，CRISPR/Cas9 可以通過對黑僵菌（Metarhizium anisopliae）基因組的現(xiàn)場突變，有效改變靶基因編碼蛋白的功能特性，獲得XlnR和GaaR的活性菌株可顯著提高甜菜粕中D-半乳糖醛酸的釋放[36]。

2 抗病轉(zhuǎn)基因甜菜的研究

抗病轉(zhuǎn)基因甜菜的研究，主要根據(jù)甜菜生產(chǎn)中可造成重大損失的幾種主要病害展開，如甜菜叢根病、甜菜根腐病、甜菜立枯病、甜菜褐斑病和甜菜孢囊線蟲病[37-38]。

1978 年，發(fā)根農(nóng)桿菌介導(dǎo)法應(yīng)用于甜菜抗性基因的轉(zhuǎn)化研究中，成功獲得了抗孢囊線蟲的轉(zhuǎn)基因甜菜[39]；1990 年，甜菜壞死黃脈病毒（BNYVV）外殼蛋白（CP）基因被轉(zhuǎn)入原生質(zhì)中，成功表達(dá)并表現(xiàn)出抗病性[22]；1991 年，研究人員利用發(fā)根農(nóng)桿菌將BNYVV 外殼蛋白（CP）基因轉(zhuǎn)化到甜菜組織中，得到了可以在根毛中穩(wěn)定表達(dá)CP基因的轉(zhuǎn)基因甜菜植株[40-41]；1997 年，姚華建等[42]將體外克隆的CP基因成功轉(zhuǎn)入甜菜植株的下胚軸和葉柄中，獲得了對叢根病表現(xiàn)抗性的植株；2000 年，馬龍彪等[43]通過幾丁質(zhì)酶基因獲得抗真菌病轉(zhuǎn)基因植株；2002年，徐德昌等[44]通過CP基因獲得了抗叢根病后代轉(zhuǎn)基因甜菜；2002 年，研究人員從甜菜中克隆出HS1pro-1基因，并轉(zhuǎn)入甜菜獲得抗線蟲植株[39，45]；2004年，KONSTANTINOS[22]從番茄中克隆出過氧化物歧化酶基因，將其轉(zhuǎn)入甜菜中，獲得抗氧化脅迫、抗真菌感染的轉(zhuǎn)基因植株；2007 年，孫亞卿[46]克隆RIPs基因并轉(zhuǎn)入甜菜中，獲得抗叢根病和褐斑病轉(zhuǎn)基因植株。

3 抗蟲轉(zhuǎn)基因甜菜的研究

目前，抗蟲轉(zhuǎn)基因甜菜的研究主要圍繞抗甜菜夜蛾和甘藍(lán)夜蛾展開。1996 年，日本甜菜協(xié)會將蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis，Bt）基因?qū)胩鸩?，初步研發(fā)出對甘藍(lán)夜蛾表現(xiàn)抗性的材料，后續(xù)實(shí)驗(yàn)將抗蟲基因?qū)氩⒄系教鸩艘吧N基因組中，成功培育出日本第一例抗甜菜夜蛾的基因重組型植株，之后研究人員成功從Bt菌中進(jìn)一步分離得到對甘藍(lán)夜蛾具有高效殺傷力的目標(biāo)基因，并將其導(dǎo)入甜菜植株[47]；1999 年，日本北海道大學(xué)的島本義也等利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，成功將Bt的cryIA（b）基因?qū)胩鸩俗越幌怠甆K150’和‘TK80’中，并得到其殺蟲活性的高效表達(dá)[48]；2003 年，陳中義等從Bt分離菌株中獲得了cry1Ca基因，該基因?qū)μ鸩艘苟昃哂懈咝Ф練⒆饔肹49-50]；目前，Bt毒素基因在甜菜夜蛾的有效防控中發(fā)揮了重要作用，相關(guān)技術(shù)體系和配套衍生產(chǎn)品也日益豐富[47]。

4 抗（耐）除草劑轉(zhuǎn)基因甜菜的研究

多年的田間試驗(yàn)表明，種植田中的雜草是甜菜產(chǎn)量和含糖的主要限制因素[51]。雜草的有效控制是甜菜種植中最重要的問題，特別是確定不同品種的防治關(guān)鍵時期。土耳其研究者開展了甜菜季節(jié)性生長期的田間試驗(yàn)，評價了甜菜作物的臨界雜草控制期（CPWC），在一定程度上提高了雜草防控的選擇性和靶標(biāo)性[52]。

目前甜菜生產(chǎn)中可供選擇的除草劑種類很少[53]，苗期主要使用封閉除草，多選擇金都爾（精-異丙甲草胺），是先正達(dá)公司在全球銷量最大的一種選擇性除草劑；苗后主要選擇甜菜安寧和安寧乙呋黃等除草劑[54]。但在實(shí)際生產(chǎn)中，金都爾作為一種選擇性芽前除草劑，僅對于多種單子葉雜草、一年生莎草和少部分一年生雙子葉雜草防效較高；甜菜安寧等藥劑的安全劑量、最佳噴藥時間和安全間隔期誤差較大，容易錯失雜草的最佳防治期導(dǎo)致防治效率降低，或用藥過量造成苗期藥害[54]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國各大甜菜主產(chǎn)區(qū)，雜草危害每年造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)甜菜總產(chǎn)量的5%～10%，部分地區(qū)高達(dá)20%～30%，危害嚴(yán)重的種植地塊會因此絕產(chǎn)或棄收[1]?？梗停┏輨┺D(zhuǎn)基因甜菜（GMHT）的研發(fā)一直是轉(zhuǎn)基因技術(shù)的主攻方向，其中，最具代表性的是抗草甘膦和抗草銨膦轉(zhuǎn)基因甜菜的商業(yè)化應(yīng)用[55-56]。

4.1 抗（耐）草甘膦轉(zhuǎn)基因甜菜

草甘膦（Glyphosate），別名N-（磷酸甲基）甘氨酸，商品名稱農(nóng)達(dá)（Roundup），是20 世紀(jì)70 年代初期由（原）孟山都公司研發(fā)的一種非選擇性內(nèi)吸傳導(dǎo)型有機(jī)磷類除草劑。草甘膦因其十分穩(wěn)定的理化性質(zhì)，具有高效、廣譜、低毒、低殘留、不破壞土壤環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，對多數(shù)靶標(biāo)植物具有滅生性，強(qiáng)大的內(nèi)吸傳導(dǎo)性能不僅可以殺死雜草地上部分，同時也可以通過莖葉傳導(dǎo)到地下部分，根除多年生深根雜草。草甘膦作用機(jī)理主要是通過抑制植物體內(nèi)5-烯醇丙酮莽草酸酯合成酶（EPSPS），阻礙莽草酸合成，從而阻斷植物體內(nèi)所必需的芳香族氨基酸生物合成，最終導(dǎo)致植物死亡[54]。已有研究表明，作物對草甘膦產(chǎn)生抗藥性的作用機(jī)理，主要是通過以下兩種方式：一種是epsps基因發(fā)生突變，生成與草甘膦親和性較低的EPSP 合酶；另一種是epsps基因的大量擴(kuò)增或過量表達(dá)，產(chǎn)生的EPSPS合酶活性過高，從而破壞了草甘膦對靶標(biāo)作物的抑制作用[57]。

抗（耐）除草劑轉(zhuǎn)基因甜菜的研究始于20 世紀(jì)90 年代。1998 年，諾華公司和（原）孟山都公司通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將cp4-epsps基因和goxv247基因?qū)胩鸩?，獲得抗草甘膦轉(zhuǎn)基因甜菜品種‘GTSB77’，同年美國環(huán)境保護(hù)局批準(zhǔn)該品種在本土種植，可用于食品和飼料[22]；1999 年4 月，美國環(huán)境保護(hù)局正式批準(zhǔn)抗草甘膦轉(zhuǎn)基因甜菜在本土的大面積商業(yè)化種植；2005年（原）孟山都公司和德國KWS 公司將cp4-epsps基因?qū)胧荏w甜菜，cp4-epsps基因可以編碼對草甘膦不敏感的CP4-EPSPS 蛋白，從而獲得了抗草甘膦轉(zhuǎn)基因甜菜H7-1，2003 年日本率先批準(zhǔn)其食用，2004 年美國食品與藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)其食用和飼用，2005 年美國農(nóng)業(yè)部（USDA/AHPIS）和加拿大批準(zhǔn)其商品化種植[22]。

4.2 抗（耐）草銨膦轉(zhuǎn)基因甜菜

草銨膦（Glufosinate ammonium）別名草丁膦，商品名保試達(dá)。是20世紀(jì)80年代由拜耳公司開發(fā)的一種廣譜觸殺型滅生性除草劑。該藥劑屬于磷酸類除草劑，通過抑制植物氮代謝途徑中谷氨酰胺合成酶，干擾植物正常的生理代謝，使其死亡。生產(chǎn)中，草銨膦具有毒性低、活性高和環(huán)境相容性好等特點(diǎn)，由于其活性作用的發(fā)揮速度比百草枯慢，卻比草甘膦快，因此3種藥劑成為并存可使用的非選擇性除草劑。針對草甘膦敏感性高的雜草，田間產(chǎn)生抗藥性后草銨膦可作為替代品，合理輪換，交叉使用，從而有效緩解或抑制抗藥性的發(fā)展。

拜耳公司利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將pat基因和nptⅡ基因?qū)胩鸩似贩N中，成功培育出對草銨膦表現(xiàn)抗性的轉(zhuǎn)基因甜菜品種‘T120-7’[22]。1998 年，美國率先批準(zhǔn)了該品種在本土的商業(yè)化種植，規(guī)定可食用和飼用；1999 年，日本批準(zhǔn)了食用和飼用；2000 年，加拿大批準(zhǔn)該品種可用于食品加工，2001 年批準(zhǔn)其在本國的商業(yè)化種植和飼用加工[22]。

4.3 轉(zhuǎn)基因抗（耐）除草劑甜菜的優(yōu)勢

目前，（原）孟山都公司已經(jīng)推出了兩種商用抗除草劑轉(zhuǎn)基因甜菜，分別是Roundup ReadyTM（RR，抗草甘膦和Auentis）及Liberty LinkTM（LL，抗草銨膦），全球已用于商業(yè)化應(yīng)用的主要抗除草劑轉(zhuǎn)基因甜菜品種或品系有‘GTSB77’、‘H7-1’、‘T120-7’、‘T9100152’等[1]。經(jīng)過基因修飾的甜菜品種或品系可以對廣譜性除草劑產(chǎn)生耐性，在有效殺死雜草的同時，不傷害作物，因此受到種植者的青睞。轉(zhuǎn)基因甜菜栽培最直接的影響是對除草劑使用制度的改變，種植者可選擇在苗期后施用除草劑，在生長季節(jié)施用2～3次，從而改變混合多次使用不同選擇性除草劑的弊端，提高防治效率，顯著降低除草劑使用劑量[58]；抗除草劑作物和除草劑組合的田間雜草防控體系，在一定程度上可以減少耕作次數(shù)或?qū)崿F(xiàn)免耕，據(jù)統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)基因甜菜的種植可以減少50%的耕作次數(shù)，從而有效保持土壤水分、減少土壤侵蝕[58-59]；同時可節(jié)省30%的燃油，不用人工除草，節(jié)省勞動力，降低雜草防控成本，為田間雜草的高效管理提供更多的靈活性和便捷性[59]。

5 轉(zhuǎn)基因甜菜的安全性

5.1 轉(zhuǎn)基因甜菜的遺傳穩(wěn)定性及對環(huán)境的安全性

目標(biāo)性狀基因通過特定方法導(dǎo)入轉(zhuǎn)化體中，可以穩(wěn)定地通過單位點(diǎn)單拷貝的形式有效整合進(jìn)甜菜基因組，在后代中按照孟德爾遺傳方式穩(wěn)定遺傳[60]。

甜菜為二年生作物，第一年?duì)I養(yǎng)生長，第二年生殖生長，經(jīng)抽薹、開花、受精形成種子。糖用甜菜收獲塊根，生產(chǎn)中在第一年（營養(yǎng)生長時期）采收，有性繁殖器官沒有發(fā)育起來，開花幾率很小[60]。甜菜主要通過風(fēng)媒傳粉和有限的蟲媒傳粉，屬于自我不親和性植物,原料田與同屬其他物種或野生甜菜很難進(jìn)行異花授粉，因此在野生親緣種和糖用甜菜栽培種之間，不會發(fā)生基因漂移。生產(chǎn)中因花粉調(diào)節(jié)引發(fā)基因漂移的可能性很小，即使有因環(huán)境條件誘發(fā)的抽薹現(xiàn)象，可通過農(nóng)藝方法結(jié)合選用抗抽薹新品種加以控制[60]。

5.2 轉(zhuǎn)基因甜菜對人類健康的安全性

國際食品法典委員會（Codex Alimentarius Commission）制定了轉(zhuǎn)基因植物及其產(chǎn)品安全評價的風(fēng)險(xiǎn)評估原則，所有投入生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因甜菜，目標(biāo)性狀基因或關(guān)鍵性作用蛋白均通過小鼠急性口服毒性試驗(yàn)，證明其無毒性或可達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)[61]。針對轉(zhuǎn)化體的重要營養(yǎng)元素和成分開展組成分析，數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)化體的主要營養(yǎng)元素或成分的營養(yǎng)價值等同于非轉(zhuǎn)基因分離對照物，且居于糖用甜菜品種的觀察值域內(nèi)[61-62]。根據(jù)現(xiàn)有甜菜加工制糖工藝流程，加工活動不會影響轉(zhuǎn)基因甜菜的安全性，加工糖中極少含有轉(zhuǎn)基因成分[61]。

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部轉(zhuǎn)基因生物安全等級和產(chǎn)品生產(chǎn)、加工對其安全等級的影響程度，研發(fā)公司需要對受體、基因操作、轉(zhuǎn)基因植物及轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品等多方面開展全面安全評價，包括基因操作、環(huán)境、生態(tài)、毒性和食品安全等[63-64]。綜合多方面數(shù)據(jù)，依據(jù)《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價管理辦法》，為轉(zhuǎn)基因植物或產(chǎn)品劃分安全等級，依法授予轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)應(yīng)用和加工原料進(jìn)口安全證書[65]。綜上所述，在現(xiàn)有的技術(shù)和法律手段下，可確保轉(zhuǎn)基因甜菜的安全性。

6 轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)在我國甜菜產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用展望

截止2020年底，我國只批準(zhǔn)了（原）孟山都遠(yuǎn)東有限公司科沃施種子歐洲股份公司的抗除草劑轉(zhuǎn)基因甜菜H7-1 的進(jìn)口生物安全證書。相關(guān)審批制度明確規(guī)定，作為加工原料進(jìn)口的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物，嚴(yán)格禁止在國內(nèi)種植。目前，我國只批準(zhǔn)了抗蟲轉(zhuǎn)基因棉花和抗病毒病轉(zhuǎn)基因番木瓜的商業(yè)化種植[66]。

以轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)為代表的遺傳修飾技術(shù)，代表著現(xiàn)代生物學(xué)發(fā)展的最前沿，也是推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技迭代和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)變革的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)[66-67]。轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化種植的24 年以來，轉(zhuǎn)基因技術(shù)為全世界創(chuàng)造了巨大的財(cái)富，同時為許多人類棘手問題的解決提供了全新的思考和路徑。基因編輯技術(shù)作為近年來生命科學(xué)領(lǐng)域的重大突破，已然成為新的技術(shù)窗口。近期，日本和美國FDA 分別批準(zhǔn)了基因編輯番茄的銷售申請和基因編輯豬在食品和醫(yī)療兩大領(lǐng)域的使用[67]。目前就基因編輯技術(shù)的研發(fā)而言，我國和美國一同處于領(lǐng)先地位，但是在應(yīng)用方面，美國和日本已經(jīng)出臺了許多實(shí)質(zhì)性政策，而我國還未有相關(guān)基因編輯產(chǎn)品的批準(zhǔn)[67]。我國應(yīng)積極參與全球科技競爭，加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)在甜菜等主要作物品質(zhì)改良中的研究，特別是集中力量攻克優(yōu)質(zhì)品種選育這一“卡脖子”的技術(shù)難題。

我國既是一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，也是一個農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)大國。2008 年，國務(wù)院常務(wù)會議審議通過了轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)，作為我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域唯一一個國家重大科技專項(xiàng)，旨在推動我國農(nóng)業(yè)科技的跨越式發(fā)展[66]。其中，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所承擔(dān)了Cry1Ab和Cry1Ac對粘蟲、甜菜夜蛾及其天敵安全性評價的轉(zhuǎn)基因動植物安全評價課題；2010 年，生物育種被國務(wù)院正式列入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃[66]；2017年，中央1號文件再次強(qiáng)調(diào)依法加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研發(fā)和監(jiān)管，確保轉(zhuǎn)基因技術(shù)和轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性，在重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域慎重分批次逐步推廣[66]；2020 年，生物育種再一次作為國家戰(zhàn)略性重大科技項(xiàng)目，寫進(jìn)“十四五”規(guī)劃綱要；中央經(jīng)濟(jì)工作會議強(qiáng)調(diào)，要開展種源“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)，立志打一場種業(yè)翻身仗；2021年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《2021 年農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物監(jiān)管工作方案》，新增依法加快推進(jìn)生物育種研發(fā)應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)積極推動各省級農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門將農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因監(jiān)管納入政府議事日程，將支持農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全事業(yè)發(fā)展的相關(guān)支出列入政府預(yù)算；2021 年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳下發(fā)《關(guān)于鼓勵農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物原始創(chuàng)新和規(guī)范生物材料轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)讓轉(zhuǎn)育的通知》。有分析認(rèn)為，2021 年轉(zhuǎn)基因品種審定法案或許即將出臺，中國有望進(jìn)入主糧轉(zhuǎn)基因種植元年[68]。然而，我國尚未對甜菜轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)進(jìn)行專項(xiàng)資助，在一定程度上延緩了生物技術(shù)在甜菜育種等方面的應(yīng)用進(jìn)展[69]。

目前，我國糖料產(chǎn)業(yè)正處于高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵時期，如何提升我國食糖產(chǎn)業(yè)的綜合競爭力，有效保障我國食糖有效供應(yīng)和謀劃“十四五”期間國家食糖產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，我們應(yīng)著眼于未來國際食糖產(chǎn)業(yè)的競爭與分工，積極爭取國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)等科技攻關(guān)項(xiàng)目對甜菜品種選育和品質(zhì)改良等方面的支持，加緊抗病蟲和抗除草劑轉(zhuǎn)基因甜菜新材料的創(chuàng)制和新品種培育，特別注重基因編輯技術(shù)在甜菜基因功能研究和創(chuàng)制新材料上的應(yīng)用，充分發(fā)揮我國在基因編輯技術(shù)研究領(lǐng)域領(lǐng)先優(yōu)勢，努力搶占全球新一輪經(jīng)濟(jì)科技革命競爭制高點(diǎn)，依法加快轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)的研究與成果應(yīng)用步伐，為我國糖料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的科技支撐。