種子是農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的載體。高質(zhì)量的種子能夠使幼苗在田間獲得優(yōu)秀的表現(xiàn)，而這也是作物高產(chǎn)的基礎(chǔ)。 目前，育種技術(shù)以及種子相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新的最重要驅(qū)動(dòng)因素是世界人口增長(zhǎng)以及氣候變化引發(fā)的糧食安全問(wèn)題。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食和農(nóng)業(yè)組織的預(yù)測(cè)，到2050年，世界人口將達(dá)到91億，而要養(yǎng)活這么多人，則需要在2005年到2050年之間將糧食產(chǎn)量提高約70%。 不斷創(chuàng)新的育種技術(shù)是達(dá)成這一目標(biāo)的重要組成部分，通過(guò)先進(jìn)的育種技術(shù)篩選出耐鹽性狀、抗病蟲(chóng)害性狀以及最為復(fù)雜的高產(chǎn)量性狀，進(jìn)而提高作物在田間的綜合表現(xiàn)，提高產(chǎn)量。近幾年來(lái)，各大公司、研究機(jī)構(gòu)投入了大量的資源用于開(kāi)發(fā)先進(jìn)的育種技術(shù)，包括傳統(tǒng)育種技術(shù)、轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)以及新育種技術(shù)。下文中將對(duì)這些技術(shù)在過(guò)去幾年中的發(fā)展情況做一個(gè)簡(jiǎn)單的回顧和討論。
傳統(tǒng)育種技術(shù)
傳統(tǒng)育種實(shí)質(zhì)上包含了對(duì)最優(yōu)秀植株長(zhǎng)時(shí)間的多次篩選。而這種篩選包含了在給定的栽培環(huán)境下隨機(jī)出現(xiàn)的優(yōu)秀植株的篩選以及通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)在試驗(yàn)田植株多年大規(guī)模統(tǒng)計(jì)研究的篩選。 現(xiàn)代的傳統(tǒng)育種結(jié)合了雜交育種以及一些尖端的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，包括誘導(dǎo)多倍體、組織培養(yǎng)、胚胎拯救以及誘變等技術(shù)。例如在2008年，巴斯夫在向日葵上開(kāi)發(fā)了一種CLEARFIELD技術(shù)，該技術(shù)可以使向日葵耐受咪唑啉***類除草劑。巴斯夫最初在向日葵的野生種群中發(fā)現(xiàn)了一種乙酰乳酸合成酶(AHAS)基因天然突變的植株，而AHAS恰好是咪唑啉***類除草劑的靶標(biāo)蛋白。之后他們通過(guò)誘變的技術(shù)在其他作物上也實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，如小麥、水稻、油菜等作物。 此外，一些公司將傳統(tǒng)育種與種子增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合，包括引發(fā)、浸種、硬化、催芽等。例如，荷蘭的蔬菜公司Bejo在今年推出了一款B-Mox加強(qiáng)型種子配方。該配方將傳統(tǒng)育種和種子引發(fā)技術(shù)相結(jié)合，同時(shí)又結(jié)合了自然的種子增強(qiáng)組分，為幼苗生長(zhǎng)提供了更多的能量，改善植物的活力。而另外一家公司，圣尼斯（Seminis）則將傳統(tǒng)育種和引發(fā)后處理技術(shù)結(jié)合在一起，進(jìn)而延長(zhǎng)了引發(fā)種子的壽命。 傳統(tǒng)育種產(chǎn)生了許多開(kāi)放授粉品種以及雜交品種，對(duì)過(guò)去幾十年間的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率產(chǎn)生了巨大的影響。盡管這種育種方式花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)并且有很多限制，例如育種只能在兩種可以相互交配的植株間進(jìn)行，當(dāng)作物雜交時(shí)許多不相關(guān)的、可能對(duì)產(chǎn)量有不利影響的性狀也會(huì)轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)，但是受益于有機(jī)食品市場(chǎng)的快速發(fā)展以及對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的擔(dān)憂，使傳統(tǒng)育種的重要性進(jìn)一步的上升。
轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)
轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)能夠?qū)⑼庠吹幕驇氲剿拗髦参镏校@些插入到宿主基因組的外源片段可能來(lái)自于另一種完全不相關(guān)的植物，或者一個(gè)完全不同的物種。而這正是這種育種技術(shù)的美妙之處，它打破了植物通過(guò)授粉的方式正常獲取基因的途徑，可以不用考慮外源基因的來(lái)源，直接將其克隆到宿主基因組中。而這種含有外源基因的植物通常被稱為轉(zhuǎn)基因作物。 轉(zhuǎn)基因作物通常會(huì)表達(dá)一些特異性的蛋白質(zhì)，例如來(lái)源于蘇云金桿菌（Bt）的Cry******、抗除草劑蛋白以及用于植物疫苗的抗體和抗原。在過(guò)去的20年間，孟山都、杜邦以及先正達(dá)等跨國(guó)企業(yè)在市場(chǎng)上推出了許多轉(zhuǎn)基因作物品種，特別是孟山都，該公司的Bt轉(zhuǎn)基因作物以及抗農(nóng)達(dá)作物是世界上最成功的兩種轉(zhuǎn)基因作物。轉(zhuǎn)基因作物也被認(rèn)為是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)歷史上被接受得最快的作物技術(shù)。自從第一個(gè)轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化以來(lái)，全球轉(zhuǎn)基因作物發(fā)展迅猛，種植面積從1996年的170萬(wàn)公頃增至2015年的1.797億公頃,20年時(shí)間增長(zhǎng)100倍。 近年來(lái)，轉(zhuǎn)基因育種的發(fā)展趨勢(shì)開(kāi)始從單基因性狀，如抗除草劑和抗蟲(chóng)性，轉(zhuǎn)向更復(fù)雜的農(nóng)藝性狀，包括增強(qiáng)光合作用、增加產(chǎn)量、修飾種子組分、改變糖和淀粉代謝以及增強(qiáng)對(duì)生物和非生物逆境的響應(yīng)等性狀。例如，孟山都在去年上市了Roundup Ready 2 Xtend技術(shù)，該技術(shù)包含有抗除草劑麥草畏以及草甘膦的性狀。此外，該技術(shù)還整合了孟山都含有高產(chǎn)量性狀的Genuity? Roundup Ready 2 Yield?技術(shù)，能夠?yàn)檗r(nóng)民帶來(lái)最大的收益。另外一個(gè)跨國(guó)巨頭，拜耳作物科學(xué)則在2014年推出了第三代棉花種子育種技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了GlyTol?-LibertyLink?-TwinLink?(GLT)三種技術(shù)，包含抗草甘膦和草銨膦性狀，兩個(gè)控制鱗翅類幼蟲(chóng)的Bt基因(Cry1Ab和Cry2Ae)以及增加棉花纖維產(chǎn)量的性狀。 轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)在過(guò)去的20年間取得了巨大的成果，擁有巨大的商業(yè)價(jià)值。然而這項(xiàng)技術(shù)仍然面臨著許多技術(shù)性的挑戰(zhàn)，例如在很多重要的經(jīng)濟(jì)作物或者特定的精英品種上，對(duì)于遺傳轉(zhuǎn)化和再生仍處于高度的抵制狀態(tài)。此外，近年來(lái)轉(zhuǎn)基因技術(shù)由于不可測(cè)的環(huán)境和食品安全的風(fēng)險(xiǎn)受到越來(lái)越多的反對(duì)，即使許多這樣的指控是毫無(wú)依據(jù)的。
新育種技術(shù)
新育種技術(shù)事實(shí)上并不新，相反多年以來(lái)很多人一直在使用這些技術(shù)。這個(gè)概念的提出源于2007 年，歐盟委員會(huì)在國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)的要求下成立了一個(gè)新技術(shù)小組評(píng)估一些新育種技術(shù)是否在轉(zhuǎn)基因政策的法規(guī)范圍內(nèi)。其中包括基因編輯技術(shù)，包括鋅指核酸酶（ZFNs）、TALENs、CRISPR-Cas9 以及寡核苷酸定點(diǎn)誘變(ODM)；同源轉(zhuǎn)基因和內(nèi)源轉(zhuǎn)基因；RNA 介導(dǎo)的DNA 甲基化技術(shù)（RdDM）；嫁接（在轉(zhuǎn)基因作物上）；反向育種和農(nóng)桿菌侵染。 和“老”的育種技術(shù)相比，新育種技術(shù)擁有更加明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。舉例來(lái)說(shuō)，基因編輯技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因組片段的敲除、加入等變化。而除了同源/ 內(nèi)源轉(zhuǎn)基因技術(shù)以及ZFN-3 技術(shù)外，其他的新育種技術(shù)并不會(huì)引入新的DNA 片段。并且用于編碼目標(biāo)性狀的遺傳信息只會(huì)暫時(shí)性的出現(xiàn)在植物體內(nèi)或者只穩(wěn)定的存在于用于育種的媒介植株中。因此，應(yīng)用這些新育種技術(shù)選育產(chǎn)生的商業(yè)化作物并不會(huì)包含一個(gè)插入到基因組的外源基因片段。而這也正是生物技術(shù)公司強(qiáng)調(diào)的用新育種技術(shù)選育的作物不能歸類在轉(zhuǎn)基因政策下的主要原因。此外，新育種技術(shù)由于加快了育種進(jìn)程，使選育新品種的成本大幅下降，具有更加顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 舉例來(lái)說(shuō)，應(yīng)用新育種技術(shù)，育種家可能只需要一年的時(shí)間就能夠培育出新的馬鈴薯品種，而正常而言這一過(guò)程可能需要超過(guò)10 年的時(shí)間。
近年來(lái)，許多公司都積極的參與開(kāi)發(fā)新育種技術(shù)，包括像杜邦、孟山都這樣的跨國(guó)企業(yè)以及許多生物技術(shù)公司，例如荷蘭的KeyGene、美國(guó)的Arcadia Bioscience、以色列的Evogene 等。在這些新育種技術(shù)中，基因編輯技術(shù)獲得了最多的關(guān)注，尤其是CRISPR-Cas9，這個(gè)最新的基因編輯技術(shù)被認(rèn)為是最有前途的育種技術(shù)。美國(guó)的Cibus 公司，一家在非轉(zhuǎn)基因育種和精準(zhǔn)基因編輯技術(shù)上處于領(lǐng)先地位的企業(yè)，應(yīng)用其開(kāi)發(fā)的RTDS ? ( 快速性狀選育系統(tǒng)) 技術(shù)， 成功培育了第一個(gè)批準(zhǔn)商品化的基因編輯產(chǎn)品——SU 油菜( 耐磺酰脲類除草劑)。其中RTDS ?技術(shù)包含了ODM,CRISPRs 以及其它的基因編輯技術(shù)。目前該品種油菜在美國(guó)的種植面積已達(dá)4000 公頃，并將于明年再加拿大作為非轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品上市。此外，今年4 月，杜邦先鋒宣布蠟質(zhì)雜交玉米將作為其應(yīng)用CRISPR-Cas9 育種技術(shù)推出的第一個(gè)商業(yè)化農(nóng)產(chǎn)品，該產(chǎn)品預(yù)計(jì)將在5 年內(nèi)上市。
盡管基因編輯技術(shù)和其他的新育種技術(shù)擁有許多的優(yōu)點(diǎn)，但是研究者表示，目前在基因編輯和剪切過(guò)程中仍然有所謂的脫靶效應(yīng)存在。鑒于此，反對(duì)轉(zhuǎn)基因的批評(píng)者認(rèn)為基因編輯作物和轉(zhuǎn)基因作物沒(méi)什么不同，都應(yīng)該受轉(zhuǎn)基因法規(guī)的約束。直到現(xiàn)在，美國(guó)和加拿大政府在評(píng)估使用新育種技術(shù)的作物時(shí)，還是根據(jù)具體問(wèn)題具體分析的原則處理， 但是到目前為止，兩國(guó)政府并不把包含新育種技術(shù)的作物當(dāng)成轉(zhuǎn)基因作物看待。南美的阿根廷也采取了類似的做法，而根據(jù)報(bào)道， 中國(guó)政府也正在研究如何規(guī)范這種技術(shù)。
至于歐盟，Cibus 公司已經(jīng)得到了6 個(gè)歐盟國(guó)家的確認(rèn)，該公司的SU 油菜為非轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，可以進(jìn)行田間試驗(yàn)。然而在2015 年，歐盟委員會(huì)要求所有歐盟成員國(guó)“在針對(duì)新育種技術(shù)相關(guān)相關(guān)法律法規(guī)的出臺(tái)前，盡可能的等待委員會(huì)對(duì)該技術(shù)的司法解釋結(jié)果。”委員會(huì)最初預(yù)計(jì)在2015 年底發(fā)布相關(guān)意見(jiàn)，但是隨后被推遲。在今年三月份，該委員會(huì)表示將進(jìn)一步推遲意見(jiàn)發(fā)表日期。
在未來(lái)的幾年內(nèi)，世界各國(guó)政府將會(huì)陸續(xù)出臺(tái)針對(duì)新育種技術(shù)的最終處理意見(jiàn)。這些政府的決定不僅會(huì)對(duì)該技術(shù)的推廣產(chǎn)生重要的影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)全球的農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。如果應(yīng)用新育種技術(shù)的作物被歸類為非轉(zhuǎn)基因作物, 那么這將成為未來(lái)幾年內(nèi)種業(yè)最重要的新聞，并將極大的加快育種技術(shù)的創(chuàng)新。否則，如轉(zhuǎn)基因作物一樣，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及復(fù)雜的登記步驟將大幅的推高育種的成本，使該技術(shù)不具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。