2011年10月31日世界人口达到70亿，在过去的10年间人口增加了10亿。人口的急剧增加使得粮食生产面临着重大考验，据联合国粮农组织估计，到2050年粮食需求增加70%，粮食安全是当今世界最为严峻的问题。发展中国家的工业化和城镇化占用大量土地导致世界耕地面积减少；粮食产量稳产受到全球变暖和气候异常带来的巨大压力，如2012年美国大旱导致玉米、大豆等大幅度减产。
《植物科学研究面临的一百个重要问题》提出第一个问题就是：我们怎样养活我们孩子的孩子？《nature》杂志多次发文讨论粮食安全问题，认为利用生物技术提高作物产量和抗逆能力才是解决饥饿问题的根本。
什么是转基因技术？往生物体导入特定的目标基因，整合到生物体基因组中，改良生物原有性状或赋予其新的优良性状，包括对生物体自身基因进行加工、敲除等操作。转基因技术改良过的生物体称作转基因生物，其制作加工的食品就是转基因食品。
1 转基因作物安全性的保证
尽管转基因技术创制新品种与传统育种方法在本质上是一样的，但是具体的方法有着很大差别。转基因作物从它诞生那天起就陷入有利与不利的争论之中。当前社会对转基因的误解严重阻碍着一项有利于人类与环境的技术的推进。
1.1 转基因风险评估和安全评价措施严格
世界各国都重视转基因作物的安全评价，联合国粮食及农业组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）共同成立的唯一的国际机构国际食品法典委员会（CAC），政府间协调各成员国食品法规标准和方法并制定国际食品法典的组织，为此制定了国际食品安全标准。通过这些标准规定的各项评价的转基因作物就可以说它是安全的。其中一个重要的原则是实质等同，就是认为非转基因植物有长期的食用历史是安全的，转基因植物食品必须在化学组成上与相应的非转基因植物食品无本质上的区别才可以认为是安全的。
澳大利亚和新西兰食品标准局、美国饮食学会、美国营养学会、美国医学会、国际科学理事会、世界卫生组织和联合国粮农组织等均发表报告认为转基因是安全的。根据2010年欧盟发布了一份关于转基因的报告《A Decade of EU-Funded GMO Research》，报告认为：“生物技术，特别是转基因作物，本质上并不比传统的植物育种技术具有更大的风险。”事实上，转基因食品的安全评价之严格，很多现在食用的食品很难通过安全评价。
1.2 转基因作物中目的基因
1.2.1 转基因食品不会将人转基因
转基因食品会不会把外源基因转入人体？事实上，人们每天吃的米饭、蔬菜和肉等食物里面都含有大量的基因，进入人体消化系统后都被降解成单个的脱氧核糖核酸或者小片段DNA。转基因食品与普通食品中的DNA组成完全相同，进入人体消化系统样会被消化、被降解。通过取食是不可能将外源DNA转移进入人体基因组的，不用担心吃转基因食品会被转基因。
1.2.2 转基因改良目的基因的来源
在转基因改造生物体的过程中，目的基因的功能对能否成功改良生物体性状至关重要。随着功能基因组学研究的迅猛发展，大量具有特定功能基因的被克隆，基因功能得到进一步阐明，为作物遗传改良提供了众多可用的目的基因。遗传改良作物的基因大多数可以来自作物本身。（1）同种植物：作物不同的品种拥有不同的特点。有的产量高、有的抗病、有的抗旱、有的肥水利用效率高、有的矮秆、有的抗倒伏等。人们克隆调控优异性状的关键基因，方便改造特定的作物品种。例如水稻中抗白叶枯病的Xa21、控制粒宽的GW5等。（2）异种植物：利用玉米的光合系统基因来改造水稻的光合系统，目的在于提高水稻光合作用能力，以提高水稻产量。在水稻资源中鉴定出水稻细菌性条斑病抗病基因是困难的，这限制了利用抗病品种来防治该病。从玉米中克降了控制该病非寄主抗性的Rxol基因，利用其遗传改良水稻对细菌性条斑病抗性取得了很好的效果。（3）微生物：目前应用最为广泛的基因是针对广泛危害农作物的鳞翅目昆虫有效、有很强的特异性、来源于苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis）的杀虫蛋白Bt。因此，Bt作为生物农药得到大面积的应用，但是Bt杀虫剂有很大的缺点就是在自然环境中容易降解，导致杀虫效果不稳定。转基因技术的出现改善了Bt蛋白杀虫效果不稳定的局面，经过多年的、严格的安全测试后，1996年美国批准转Bt玉米和棉花上市。（4）病毒：植物病毒病是作物中广泛存在的一种病害，它们的危害不仅仅在于减少作物产量损失，而且造成农产品品质的下降。利用病毒CP蛋白或者复制酶蛋白基因的部分序列，转入植物体并超量表达其反义RNA可以有效地防治病毒病，目前，我国市场上的木瓜90%是转基因的。（5）动物：人类血清白蛋白（Human serum albumin，HSA）在医学和细胞培养有着广泛的应用。传统分离HAS的方法是通过献血，获得数量有限，满足不了临床需求，捐献者也有感染病毒的风险。转基因水稻产生的OsrHSA达到可溶性蛋白的10.58%，为大规模生产HAS和减少病毒的传播奠定了基础。
上述用来遗传改良作物的基因有的本来就存在于长期食用的作物中；有的来自于人们长期食用的另一种作物；有的并不产生新的蛋白；有的作物只是作为生物反应器，并不用来食用，所以利用它们遗传改良的品种无疑是安全的。
1.2.3 外源RNAs能否进入生物体
Zhang等（2012）发表了一篇有“惊人发现”的文章，声称外源植物miRNAs可以通过取食进入动物血清和各种动物组织。这个研究的本身与转基因无关，文章研究的miRNA168a分子是水稻中本身就有的小分子RNA，转与不转，它都要表达，吃与不吃，它都在那里。最近，有研究分析公开数据库中83个有关sRNA测序的数据集，得出结论认为在动物miRNA测序数据库中出现的植物miRNAs是源于测序过程中污染，通过取食在动物体内积累外源植物miRNAs并不是普遍存在的现象。
作为一个有“惊人发现”的研究结果，还需要进一步的实验来验证其结论的可靠性。即使外源植物miRNAs能进入动物组织内，需要研究外源植物miRNAs进入人体会造成什么样的影响？有利的还是不利的？
2 种植转基因作物带来的益处与转基因的利用
尽管国内推广和种植转基因作物困难重重，但是转基因在世界范围内的推广种植已经给人们带来实实在在的益处。
2.1 种植转基因作物可以改善环境
利用化学农药防治病虫害是目前的主要手段，大量农药的使用造成农产品上农药残留，严重超标可能造成事故，部分农药渗透进入环境，造成环境污染。与此相反，根据1990—2010年在华北6省36个种植抗虫棉点上的连续调查，结果显示种植Bt棉的田块天敌（瓢虫、草蛉和蜘蛛）数量显著增加，而害虫蚜虫则显著减少，减少了杀虫剂的使用量。调查结果还显示这些天敌为Bt棉种植田块邻近地块中的作物提供了额外生物防治效果。
生物技术的应用还带来了一些出人意料的生态效应。种植转基因作物降低了杀虫剂用量的同时，也减少了生产杀虫剂消耗的能量，从而减少了温室气体的排放；减少打药次数也减少了农民直接接触这些化学物质的机会，从而减少了农药中毒事件；耐除草剂作物的使用也让农民减少了农田耕作和除草次数，减少了土壤中的碳释放进入大气中。据估计，2009年转基因作物的种植减少176亿kg二氧化碳的排放——这相当于公路上少行驶了780万辆汽车。种植转基因作物实现了环境友好、绿色环保的目的。
2.2 种植转基因作物可以给农民带来经济上的利益
种植转基因作物不仅可以带来环境上的益处，给农民带来经济上的利益也是显著的。通过长期跟踪印度种植抗虫棉的经济影响分析，结果显示种植Bt棉可以减少害虫造成的损失，而使得每英亩棉花产量增加24%，增加小农户50%的收益。这些益处是稳定的，甚至这些益处随着时间的延长而增加。研究结论表明，种植Bt棉给印度带来巨大的、可持续的益处，它对印度的经济和社会发展贡献了积极的作用。
2.3 转基因技术使粮食营养更全面和减少粮食中有毒物质的积累
食物来源单一导致在发展中国家的50亿人中普遍存在维生素缺乏，未来的数十年解决如何通过取食的方式解决维生素摄取问题是严重的挑战。事实上，长期以大米为主食的地区存在由于米饭中缺乏维生素A而导致的夜盲症。科学家采用转基因技术经过艰苦的努力培育出了富含β-胡萝卜素的“黄金水稻（gold rice）”。这样人们通过饮食就可以补充维生素A，大大减少夜盲症的发生。菲律宾将于2013年批准“黄金大米”上市，成为第一个批准这种转基因水稻上市的国家。欧洲科学家开发出第一种强化产生3种维生素的转基因玉米，可使生长中的玉米产生大量的β-胡萝卜素、维C和叶酸的前体。
2011年，沸沸扬扬的“镉大米”使人们认识到稻谷中重金属积累问题。镉是一种重金属，污染的水灌溉农田，水稻吸收积累。据调查，全国有10%的大米镉超标。水稻中NramP5蛋白是吸收镉的主要转运蛋白，通过转基因沉默这个基因的表达，水稻大大减少镉的吸收。
3 转基因技术的发展趋势
转基因技术经过多年的发展，遗传改良作物的能力逐步提高。第一代转基因仅包含单个基因，要么耐除草剂，要么抗虫；而第二代转基因将它们结合在一起，使得农作物既能抗虫又能耐除草剂。将多个控制优良性状的基因结合在一起转入目标作物同时改良多个性状，整合进入作物基因组的单一位点，避免目的基因在多个位点的分离，方便育种和降低成本，这就是第三代转基因技术。
3.1 转基因的无标记、组织特异表达与基因靶向技术
为了获得转基因阳性植株，转化载体上添加筛选标记基因，转化时会将标记基因一起整合进入生物体基因组。尽管标记基因经过严格的检验和测试，考虑到这些基因可能带来不利的影响，研究人员开发出无标记转化方法。这包括共转化法、转座子法和位点特异性重组法。2009年我国获得安全证书的华恢1号就不包含有选择标记基因。
植物中组织特异性表达启动子可让外源蛋白在植株特定部位表达。从水稻中克隆了叶片特异表达启动子，将其与Bt基因融合转化的水稻在大米中没有Bt蛋白的积累。
外源片段插入生物体基因组是随机的，有时插入的位置会改变原有基因的表达或插入失活。基因靶向技术是为了实现对植物体特定基因进行敲出，或者精确修饰，或替换靶基因等目的开发出来的，避免改变原基因组的结构而产生不利的影响。
3.2 “外源基因清除”技术（Gene-Deletor）
“外源基因清除”技术可以在转基因作物特定的时期，启动程序将执行完任务的外源基因从植株的花粉、种子和果实中彻底清除掉，就像计算机卸载没有用的程序一样。这个技术避免了转基因品种花粉串粉到非转基因品种上，以及消除转基因成分在食用部分积累。
3.3 人工染色体技术
转基因改良单一性状在多种作物上体系基本成熟。改良一个尽可能优良的品种，有时需要导入多个基因，并保证稳定遗传不分离。这个目标的实现非常困难，多基因转化载体系统可以一次转移数个基因进入生物体基因组。即使如此，受到载体容量的限制，一次转化的基因数量还是有限。为此，设想人工构建具有染色体基本功能单位的转化载体系统。最先开发成功酵母人工染色体，随后开发出细菌人工染色体、人类人工染色体，但是开发植物人工染色体遇到障碍，迟迟没有成功。2011年，先正达公司用包含有工程“微小染色体”的玉米实施了第一次田间试验，结果显示携带有多个基因的（抗虫和抗除草剂基因）“微小染色体”在田间是稳定的。这是植物中第一次成功应用人工染色体技术进行转基因，也许未来的十年，这项技术能够用来一次转移更多的基因进入植物体内。
4 转基因作物全球商业化种植形势
栽培措施改进、肥料施用和杀虫剂喷施、绿色革命以及杂交等技术使得粮食产量显著提高，为当今世界人口提供足够的粮食。即便如此，世界上还有不少地区存在饥荒。未来农业是什么样的？农业技术革新是提高粮食产量的必由之路，其中最重要手段就是转基因技术。
根据国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA）的报告，1996年转基因作物才种170万hm2，2011年世界转基因作物种植面积增加1,200万hm2，达到1.6亿hm2，近几年平均每年增长8%。15年时间增长了94倍，成为现代农业史上应用最迅速的作物。到2011年为止，世界上有29个国家批准种植转基因作物，大量的农民接受种植或重新种植转基因作物，累计种植面积达12.5亿hm2。1,670万农民种植了转基因作物，比前一年增加了8%。其中1,500万为发展中国家的小型、资源匮乏型农户。农民是善于规避风险的，2011年，中国和印度各有700万小农户选择种植了1,450万hm2的Bt棉花，发展中国家种植的转基因作物约占全球转基因作物的50%。发展中国家转基因作物的增长率要比发达国家快2倍，种植面积也大两倍，820万hm2。2012年，发展中国家的转基因作物种植面积将超过发达国家。
转基因作物的复合性状是一个很重要的特色。2011年复合性状转基因作物的种植面积（4,220万hm2）超过转基因作物总种植面积的四分之一，有12个国家种植了具有两种或两种以上性状的转基因作物，其中9个是发展中国家。2012年6月份美国农业部的作物种植面积报告表明在美国三大作物种植转基因品种的面积持续上升，88%的玉米，93%的大豆，和94%的棉花种植的是转基因品种，这些品种都具有转基因复合性状抗虫和耐除草剂。
任何技术都有利有弊，依赖于必要的评估措施来衡量得失才是解决问题的根本。转基因技术经过二、三十年的发展，越来越成熟、越来越强大、越来越安全，在农业生产中的作用越来越重要。世界面临严峻的粮食安全，提高粮食产量是必须的，转基因技术的应用是未来农业的发展趋势。
