丁 霄，贾永霞

（1.山西农业大学 棉花研究所，山西 运城 044000；
2.华中农业大学 植物科学技术学院，武汉 430000；
3.中共运城市委党校，山西 运城 044000）

基因编辑技术能够对基因进行有针对性的精准改变，并广泛应用于作物改良[1]。其中对消费者来说包括营养增强，改善食品安全和减少食物浪费；
对农业生产者来说包括对各类病害、杂草和害虫的抵抗力，以及增强对不利气候的适应能力如对干旱的耐受性[2]；
在社会层面包括生态系统保护如增加生物多样性[3]。基因组编辑技术的机遇和潜在益处得到广泛认可[4]，Jennifer A.Doudna和Em manuelle Charpentier获得2020年诺贝尔化学奖。

基因编辑的优势之一是可对目标作物进行基因编辑进而实现目标形状改变，消除对传统回交育种技术的依赖，一方面减少育种时间，另一方面可避免不良性状连锁带来的负面影响，进而提升育种效率[5]。并且随着技术的进步，成本的下降有利于使农业系统多样化改善主要和次要作物包括孤儿作物[6]。基因组编辑技术的广泛可及性意味着在县域层面可以使用这些技术。目前基因编辑在25个国家的40多种作物得到应用，涉及农学、食品和饲料、非生物胁迫[7]。6种基因编辑作物大豆、油菜、水稻、玉米、蘑菇和亚麻已被批准商业化。以国际农业研究咨询机构（Consultative Group for International Agricultural Research，CGIAR）及其合作组织为例，其专注于通过基因编辑技术以解决诸如水稻气候适应能力等问题；
香蕉、玉米、马铃薯、水稻、小麦和山药的抗病性；
木薯的营养改善及消费者和环境安全性（表1）。进一步设想使用基因编辑技术对其他特征包括木薯的单倍体诱导；
豆类的营养质量和消化率；
低植酸和高维生素A玉米；
减少黄曲霉毒素的花生；
耐高温的马铃薯等。

表1 CGIAR中心正在进行的基因组编辑项目

2021年G20农业首席科学家会议（G20 Meeting of Agricultural Chief Scientists，G20 MACS）举行了关于基因组编辑技术的特别会议，重点关注基因编辑对粮食安全、可持续发展和应对气候变化的潜在贡献。虽然基因编辑在相关领域具有巨大潜力，但G20 MACS仍鼓励进一步分析其存在的潜在风险。

传统的常规育种并不能排除食用风险，如蚕豆和马铃薯中有毒生物碱含量的意外增加，疾病易感性状的引入，或在育种时降低蛋白质含量以提高谷物产量[8]。其次，自然条件下同样存在自发突变，从而产生有利和不利等位基因。这些风险为评估基因编辑植物的风险提供了基础和背景。风险之一为非靶标编辑：在3 200多个园艺和作物品种的开发过程中引入的化学或辐射诱导突变的频率大约是自然频率的1 000倍。目前的基因编辑技术产生非靶标突变的频率与自发诱变引起的自然突变相似，频率远低于诱导突变方法的频率。并且可以通过设计基因编辑靶标的生物信息学工具和方法的持续改进，有助于减轻和减少作物植物中非靶标编辑发生的可能性[9]。这些努力使CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，CRISPR）系统具有更高的保真度和更少的脱靶。在安全使用传统育种（包括诱变品种）的悠久历史背景下，基因编辑作物的应用不存在明显的安全问题。风险之二为打破自然生殖障碍：基因编辑打破生殖障碍这也是被广泛关注的。例如，一些DNA片段紧密相连，有效防止有性生殖过程中的重组。虽然这一特征同样可以被看作是基因编辑技术的优势或机会。但在实际操作中与传统育种一样，基因编辑之后是在目标环境中进行广泛的田间评估，仅向目标受众提供优于当前品种的作物。风险之三为管理漏洞：目前大多数基因编辑作物都是插入编辑系统并在后续步骤中去除外源DNA序列，因此最终的基因编辑作物并不是转基因。然而导入编辑系统的过程中需要在实验室和温室中进行适当的管理。利用分子工具证明转基因中间体在田间试验之前已经得到解决。随着基因组编辑技术的发展，使用中间转基因步骤可能变得不必要，这将进一步简化基因编辑育种发展。风险之四为受益不平等：如果基因编辑技术仅使富裕的参与者（包括跨国公司和大型农场）受益，而一些小型农场或有机农业等替代农业系统的从业人员却因此处于不利地位，会进一步加剧生产及收益水平差距[10]。为了减轻这种风险而采取的措施可能导致滥用监管流程，这些流程会污名化和抑制食品公司采用相关产品，并阻碍消费，如被广泛标注的转基因食用油。风险之五为透明度的缺乏：基因编辑技术产品缺乏透明度将造成“社会许可风险”，加剧人们对产品开发者、监管机构、生产者及最终产生的基因编辑产品的信任危机。基因编辑作物的开发人员可以通过披露基因编辑技术的使用来满足公众对特定食品是如何生产的兴趣，并建立一种透明的登记制度。这种登记制度应与专利和监管风险评估制度保持相互独立。目前国际上存在1个基因编辑联盟建立的登记方案（https：//foodintegrity.org/programs/gene-editing-agriculture/），其以消费者为中心，旨在解决透明度问题。风险之六为知识产权保护与冲突：基因编辑技术的另一个引起广大关注的风险是在知识产权领域，围绕着Broad研究所张锋与2位诺奖得主Jennifer A.Doudna和Em manuelle Charpentier团队之间的专利纠纷使得这一风险被广为宣传。最终在当地时间2022年2月28日美国专利商标局（USPTO）经过裁定宣布张锋拥有CRISPR基因编辑技术的专利，落下帷幕。但那些控制农业应用基础知识产权的人已经表示，愿意将其技术许可给公共机构和公司，使基因编辑产品得到开发和走向商业化。然而，缺乏关于最终所有权的解决方法仍会给使用该技术开发的产品带来长期的不确定性。需要明确的法律裁决来指导作物育种者，特别是那些资源有限的育种部门，如果知识产权的不确定性得不到解决，可能会避免或延迟使用基因编辑技术。

由于现代农业技术的广泛应用，包括改良作物品种、化肥和杀虫剂的使用，中国人民享受了越来越丰富的食物。尽管如此，粮食安全仍然是中国面临的一个重大挑战，中国每年必须进口近1亿t大豆和数千万t玉米及其他谷物。为了进一步提高生活水平，同时减少粮食进口，中国一直大力支持农业研究，特别是育种[11]，图1展示国内10年间基因编辑技术学术传播情况，进一步分类发现与农业相关的占比为最重，如图2所示。2022年1月24日我国农业农村部印发《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》，该指南为基因编辑作物育种的商业化铺平了道路，标志着中国将开始批准基因编辑作物，对我国生物育种技术研发与产业推动具有重要意义。

图1 10年间基因编辑技术学术传播图示

图2 生物技术在不同领域发展分析示意图

技术的发展离不开现实操作层面的支撑。县域经济是国民经济的基本单元，是连接城镇和乡村的重要枢纽，具有区域性、综合性、层次性、集聚性和扩散性等特点。发展县域经济对缩小我国城乡差距，解决“三农”问题和全面建设小康社会都具有决定性意义[12]，因此也是实现基因编辑作物研发和推广的现实基础。较低的农业现代化水平导致中国县城产业结构水平较低，农业现代化水平提升会促进县城产业结构升级[13]。基因编辑产业是知识创新、技术创新、成果转化和规模化生产各个环节的整合，过去10年随着技术的不断完善，科研人员的不断成长，使得在县域水平有望实现完整的技术和人员配备。2022年5月6日中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于推进以县城为重要载体的城镇化建设的意见》，其中提到合理发展农产品主产区县城。推动位于农产品主产区内的县城集聚发展农村二三产业，延长农业产业链条，做优做强农产品加工业和农业生产性服务业，更多吸纳县域内农业转移人口，为有效服务“三农”、保障粮食安全提供支撑。以“粮头食尾”“农头工尾”为抓手，培育农产品加工业集群，发展农资供应、技术集成、仓储物流和农产品营销等农业生产性服务业。过去农业发展依靠财政补贴维护了农业从业人员的基本收益，保障了粮食种植面积的稳定。未来农业发展需要依靠技术的进步，在不降低经济福利的前提下来减少温室气体排放和改善人居环境。相关研究成果表明，建立在健康和气候变化目标基础上的农业补贴计划具有经济可行性，并有助于向健康和可持续的粮食系统过渡。人口与消费的变化将会促进农业生产多样化，水果、蔬菜和其他园艺产品的消费量将会显著增加。消费的变化特别是水果和蔬菜的消费变化会降低与饮食相关的死亡率，预测到2030年死亡人数将会因此减少40万人左右。与饮食相关的死亡率的降低带来劳动力供应的增加，进而促进相关行业的经济效益，在未来有望通过技术的进步实现降低政府补贴进而减轻财政负担，提升分配效率，结合劳动力增加带来的收益，将在县域农业发展实现净收益[14]。随着农业现代化水平的不断提高，县域产业结构的合理化水平也不断提升。最终资本要素向农业流动，劳动要素向非农产业流动，进而提高农业的劳动生产率，缩小农业部门劳动生产率与非农部门劳动生产率之间的差距。因此，如何在县域层面利用好技术的发展来提高农业产业附加值，依靠提升农业生产效率来实现农业现代化显得尤为重要。

到目前为止，人类社会在经济方面一共经历了4个时代的变迁，不同时代分别对应4种经济形态：狩猎采集经济、农业经济、工业经济和信息经济。目前我国正处于信息经济从创新阶段步入成本竞争阶段，而以生命科学和生物科学技术研究发展和应用这2门学科为基础的技术进步将会产生一场生物科学技术的革命，这场革命形成的生物产业将成为第四次产业革命的主导，开启一种全新的经济形态——生物经济时代[15]。在基因编辑技术之前，我国广泛应用的生物技术产品为抗虫棉，张社梅[16]统计在整个技术周期的各类收益，仅科研投资回报率就高达65%。2022年5月10日国家发展改革委发布《“十四五”生物经济发展规划》，其中和农业相关的是加快生物育种技术赋能生物农业产业。其中提到有序发展全基因组选择、系统生物学、人工智能等生物育种技术，提高粮食等重要农产品生产能力和质量；
发展绿色农业，促进前沿生物技术在农业领域融合，提高我国农业生产效率。目前，通过朱健康和高彩霞等科研人员的推动，我国基因编辑相关的农业论文发表数量是美国的2倍[17]。对我国农业发展而言基因编辑优势在于：①可以改善作物品质。基因编辑不仅局限于种业，还可以面向食品市场，市场规模更大。②基因编辑不仅局限于大田作物，还可以广泛应用于经济作物。③基因编辑为内源基因调节方式，可以消除外源基因插入带来的风险。植物新品种的创新能力与农业经济发展互为格兰杰因果关系，且植物新品种创新能力对当期及滞后1～3期均对农业经济发展产生正向影响[18]。因此，伴随基因编辑技术的发展会进一步提升农业生产、物流和消费环节的配合效率，通过管理措施——数字农业[19]，可以获得较大的提升空间。尤其是在我国信息技术领域及核酸检测领域的不断发展，使得生物信息对于基因编辑技术有了更进一步的效率提升，图3显示我国10年间生物信息学术的传播情况，检测手段不仅提高了基因编辑的安全性，同时实现消费者权益的保障。更为重要的是生物经济的发展将会实现以农业为基础的县域生态水平的提升，做到兼顾经济、社会、生态这3方面的效益，用最小的资源投入和生态环境影响来获得最大的社会经济产出[20]。

图3 10年间生物信息学术传播图示

随着县域经济的不断发展和人才的不断聚集，技术的作用将会得到极大的提升[21]。基因编辑技术将会在未来的不同县域层面实现生态发展最优解，使县域经济承接传统产业转移的同时实现农业生产转型，解决县域经济增长与生态环境资源之间的矛盾，有效改变过去农业生产高投入高产出所带来的能源和物质消耗。同时不同县域之间生态环境禀赋的差异及地方特色农产品的差异化发展也将有效避免同质化竞争，同时技术的发展进一步强化不同县域间农产品优势的差异，在一定程度上实现生态多样性保护的目的，更为重要的是，多态性的发展将会避免类似马铃薯晚疫病对爱尔兰马铃薯带来的毁灭性打击[22]。正如工业革命离不开马铃薯的参与一样，未来县域经济发展以致伟大复兴离不开农业技术和种植品种发展所带来的各类红利。

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