楊寶麗 陳世國

1、深圳市農(nóng)業(yè)科技促進(jìn)中心2、深圳市種子同業(yè)商會

前言

利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)進(jìn)行農(nóng)作物育種，可以培育出擁有極高抗病性和抗蟲性的優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物品種，可以使農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量有明顯提升。所以，相關(guān)部門需要深入研究轉(zhuǎn)基因技術(shù)，并將該技術(shù)合理應(yīng)用于農(nóng)作物育種方面，以此培育出優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物品種，為加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)

1.1 農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移

農(nóng)桿菌是一種在土壤中普遍存在的革蘭氏陰性細(xì)菌，可以在自然環(huán)境的影響下感染多數(shù)雙子葉植物的根系，導(dǎo)致植物根系在感染細(xì)菌之后出現(xiàn)壯根的情況。Ti 質(zhì)粒和Ri 質(zhì)粒分別存在于根瘤農(nóng)桿菌和發(fā)根農(nóng)桿菌的細(xì)胞之中，當(dāng)植物傷口處感染農(nóng)桿菌之后，會向植物的基因組中插入農(nóng)桿菌的T—DNA 區(qū)，對植物的遺傳基因進(jìn)行天然轉(zhuǎn)化。人們先改造T—DNA 區(qū)，再將目的基因插入其中，在農(nóng)桿菌的感染作用下，將外源基因轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞中，并促進(jìn)兩者的融合，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)基因植株的培育。

1.2 在原生質(zhì)體或細(xì)胞受體基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)移基因

借助激光微束、聚乙二醇和微注射等方法向細(xì)胞或原生質(zhì)體當(dāng)中導(dǎo)入目的基因，完成對轉(zhuǎn)基因植物的培養(yǎng)。其中，借助基因槍介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法進(jìn)行轉(zhuǎn)基因植株培養(yǎng)，利用火藥爆炸產(chǎn)生的力將包含在高速微彈中的目標(biāo)基因插入植株細(xì)胞中，在經(jīng)過一段時間的細(xì)胞培育之后，就會生成具有轉(zhuǎn)基因的新植株。不同于農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法，使用基因槍轉(zhuǎn)化法進(jìn)行轉(zhuǎn)基因植物培養(yǎng)的優(yōu)勢在于，受體植物范圍不受限制，而且能夠簡化載體質(zhì)粒的構(gòu)建過程，目前廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因研究之中。

1.3 種質(zhì)系統(tǒng)的基因轉(zhuǎn)移

種質(zhì)系統(tǒng)的基因轉(zhuǎn)移主要包括子房注射法和花粉管通道法，通過將外源基因?qū)胫参镏校瓿赊D(zhuǎn)基因植株的培育。在使用花粉管通道法進(jìn)行轉(zhuǎn)基因植物培養(yǎng)時，需要先進(jìn)行植物授粉，然后再將目的基因注射到植物子房之中。利用植物開花后形成的花粉管通道向受精卵細(xì)胞中導(dǎo)入外源DNA，對整合外源基因的細(xì)胞進(jìn)行培育，使新個體具有新基因性狀。花粉管通道法的優(yōu)勢在于在對人工再生植株進(jìn)行培養(yǎng)時，可以不依賴組織培養(yǎng)，而且操作簡單，方便育種工作人員掌握應(yīng)用[1]。

2 轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)作物育種方面的應(yīng)用

在農(nóng)作物育種方面使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，為農(nóng)作物育種開辟了一條新路。通過使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)向植物中導(dǎo)入外源基因，可以實現(xiàn)對農(nóng)作物品種的改良和優(yōu)化。現(xiàn)如今，雖然在對轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行研究過程中存在轉(zhuǎn)化率低的問題，而且只可以對少數(shù)農(nóng)作物和基因型進(jìn)行轉(zhuǎn)化培養(yǎng)，再生植物存在遺傳性能不穩(wěn)定的情況，但是，轉(zhuǎn)基因植物也具有明顯的優(yōu)勢，不僅可以提高產(chǎn)量，而且在抗蟲和抗病方面也有極大的優(yōu)勢[2]。

2.1 培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物

為了對農(nóng)作物的蛋白質(zhì)品質(zhì)進(jìn)行改良，最有效的一種方法，就是從自然界的植物體內(nèi)提取分子含量少且富集，并且含有硫氨基酸的蛋白質(zhì)基因，然后將其向適當(dāng)受體中轉(zhuǎn)入，如此一來，可以有效提高農(nóng)作物產(chǎn)品質(zhì)量。比如，美國就曾向馬鈴薯中轉(zhuǎn)入了富含氨基酸的蛋白質(zhì)基因，可以在馬鈴薯的植株和塊莖當(dāng)中檢測出活性甜蛋白基因。另外，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物，還可以延長農(nóng)作物的貨架期。以世界上研究出的第一例可食用重組番茄為例，將反應(yīng)多聚半乳糖醛酸基因?qū)敕呀M織之中，可以在基因的影響下，延遲番茄的軟化時間，使重組番茄的貨架期明顯延長。

2.2 培養(yǎng)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物

通過調(diào)查可知，全球農(nóng)作物害蟲種類約有67000種，為了提高農(nóng)作物的抗蟲性，避免農(nóng)作物因為受到蟲害侵蝕而降低產(chǎn)量，需要利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對抗蟲轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行培育。到目前為止，我國在培育抗蟲轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物時主要采用兩種方式，第一種是利用蘇云金芽孢桿菌中所包含的殺蟲晶體蛋白金B(yǎng)T，第二種則是利用豇豆等農(nóng)作物中所包含的胰蛋白酶抑制劑基因?？梢岳肂T 基因進(jìn)行轉(zhuǎn)基因培養(yǎng)的農(nóng)作物有棉花和馬鈴薯等，可以獲得較為理想的殺蟲效果。我國轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物研究專家曾經(jīng)將常規(guī)育種技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)相結(jié)合，開展農(nóng)作物育種工作，可以有效突破物種的界限，并且向棉花基因組中導(dǎo)入了克隆的有利基因，培養(yǎng)出具有抗蟲性的棉花品種。到目前為止，我國在某些領(lǐng)域的研究在國際上已處于領(lǐng)先水平，在未來還需深入研究轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)作物育種工作的應(yīng)用，培育出更加優(yōu)質(zhì)的農(nóng)作物品種。

2.3 培育抗除草劑轉(zhuǎn)基因植物

對抗除草劑轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行培養(yǎng)具有明顯的商業(yè)優(yōu)勢，而且在環(huán)境保護方面發(fā)揮著重要作用。通過研究得知，抗除草劑作物的性狀是由單基因控制的，所以此方面的研究工作推進(jìn)極為順利。研究人員可以把除草劑失活酶導(dǎo)入植株之中，可以培養(yǎng)出擁有除草劑抗性的植物?；蛘呖梢韵蛑仓戤?dāng)中導(dǎo)入對除草劑不敏感突變株的定靶酶，作用與前者相同。

2.4 培育抗病毒性轉(zhuǎn)基因植物

現(xiàn)階段，在培育抗病毒性轉(zhuǎn)基因植物方面，為了取得最為理想的研究成果，所應(yīng)用的最有效的一項技術(shù)就是轉(zhuǎn)移病毒外殼蛋白基因技術(shù)。在20 世紀(jì)80 年代，第一次向煙草和番茄中導(dǎo)入TMV 外殼蛋白基因，成功獲得對TMV 具有抗性的轉(zhuǎn)基因植物。到目前為止，我國已經(jīng)可以成功向番茄、煙草等多種農(nóng)作物中導(dǎo)入CMV、PMV 等病毒外殼基因，培育出能夠有效抵抗多種農(nóng)作物疾病的轉(zhuǎn)基因植株。

2.5 培育抗細(xì)菌、真菌的轉(zhuǎn)基因植物

為了培養(yǎng)出具有抗細(xì)菌、抗真菌性能的轉(zhuǎn)基因植物，研究人員需要先對抗病植株中所含有的抗病基因進(jìn)行克隆處理，然后挑選出容易感染疾病的植株，將克隆的抗病基因?qū)肫渲?，如此可以使易感病植物的抗病性能有明顯提升。

2.6 培育保健型轉(zhuǎn)基因植物

以前，要想提取具有商業(yè)價值的物質(zhì)，需要使用稀有植物或者是其他生物體。現(xiàn)如今，在基因工程發(fā)展的大環(huán)境下，可以通過使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)栽培轉(zhuǎn)基因植物，以確保生產(chǎn)出的物質(zhì)具有商業(yè)價值。例如，研究人員把水仙的部分基因轉(zhuǎn)移到水稻當(dāng)中，這樣生產(chǎn)出的大米中就含有β- 胡蘿卜素，這樣人們在食用大米之后，可以快速在體內(nèi)合成維生素a，保證兒童的健康成長，降低兒童失明和貧血疾病的發(fā)生概率。此外，可以應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改造和培育西紅柿品種，提高西紅柿果皮中的黃烷酮含量。在水稻植株中轉(zhuǎn)入大豆的遺傳基因，可以使人們通過食用水稻實現(xiàn)對高膽固醇等疾病的預(yù)防。

3 轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物品種的安全性評價和管理

3.1 安全性評價

在轉(zhuǎn)基因技術(shù)不斷發(fā)展的大環(huán)境下，轉(zhuǎn)基因品種開始向著市場化方向轉(zhuǎn)變，當(dāng)前人們關(guān)注的焦點開始轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性問題方面，人們主要關(guān)注的方面有兩點：第一點是食品安全問題，第二點是環(huán)境安全問題?，F(xiàn)如今，國內(nèi)外對于轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物產(chǎn)品所具有的看法不同。許多專家在大力宣傳轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢，既可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，又能實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保護，同時，轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物還具有一定的保健作用。提出了人們對轉(zhuǎn)基因作物的顧慮是沒有科學(xué)依據(jù)，而且具有一定的盲目性，特別指出，轉(zhuǎn)基因植物與自然界的原生植物基本相似。從20 世紀(jì)90 年代中期開始，美國和西歐等一些國家相繼評價了轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物，而且獲取了一致的評價結(jié)果，認(rèn)為轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物品種比傳統(tǒng)農(nóng)作物品種更加安全。比如，美國一家公司曾經(jīng)檢驗研制的轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆，主要對大豆中的蛋白質(zhì)和脂肪等成分進(jìn)行檢查，而且還分析了大豆中的棉子糖和水蘇等含量。在經(jīng)過多項研究之后，證實轉(zhuǎn)基因大豆品種與常規(guī)品種并無任何差異。就國內(nèi)而言，研究較為深入的是轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，研究人員對抗蟲棉的性狀表達(dá)的穩(wěn)定性等內(nèi)容進(jìn)行了檢查，檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)與常規(guī)棉花品種相比，并沒有異常情況[3]。

但是，有許多專家對轉(zhuǎn)基因作物的安全性抱有懷疑態(tài)度，認(rèn)為植物在經(jīng)過長期進(jìn)化的過程中才產(chǎn)生了當(dāng)前的基因組合，如果依靠外在力量對基因組合進(jìn)行修改，或者是在原有基因組合中插入外源基因進(jìn)行替換，必然會影響作物的安全性。而且，到目前為止，研究人員依然無法對基因插入點進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，也無法確保外源基因可以與基因進(jìn)行準(zhǔn)確的定點整合，再加上我國當(dāng)前并沒有深入完善轉(zhuǎn)基因技術(shù)，因此，并沒有辦法培育出十全十美的轉(zhuǎn)基因作物。比如，在種植培育出的抗除草劑轉(zhuǎn)基因棉花時，棉鈴會在收獲之前提前脫落，或者棉鈴出現(xiàn)畸形。而對于轉(zhuǎn)基因番茄而言，部分果實雖然個頭大、顏色鮮艷，但是卻失去了原有的番茄味道。除此之外，培育轉(zhuǎn)基因還有可能會對環(huán)境造成破壞，比如在種植抗除草劑作物時，擔(dān)心與作物有親緣關(guān)系的雜草獲取作物中的抗除草劑基因，導(dǎo)致新生的雜草能夠有效抵抗除草劑，導(dǎo)致種植戶必須使用大量的除草劑除草，從而形成惡性循環(huán)。另外，認(rèn)為部分轉(zhuǎn)基因品種的繁殖是不受抑制的，會在被釋放的前提下大量繁殖，從而破壞生態(tài)系統(tǒng)。

3.2 安全管理

雖然轉(zhuǎn)基因技術(shù)有著廣闊的發(fā)展前景，但是，因為轉(zhuǎn)基因技術(shù)屬于全新的研究領(lǐng)域，依照當(dāng)前的科技水準(zhǔn)，無法對基因在受體生物中的性狀表現(xiàn)進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的預(yù)測，而且也無法預(yù)見使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)所培育出的新型轉(zhuǎn)基因植物在性狀和組合方面存在的潛在風(fēng)險。所以，當(dāng)前最亟需解決的一個問題就是轉(zhuǎn)基因品種的安全問題，需要制定嚴(yán)格的制度全程監(jiān)控和管理利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育新品種的全過程，并對全過程進(jìn)行安全性評價，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對人類社會安全的保護，并有效平衡生態(tài)環(huán)境，以此保障轉(zhuǎn)基因技術(shù)在未來的長遠(yuǎn)發(fā)展。從20 世紀(jì)70 年代中期開始，全球第一個實驗基因工程法規(guī)由美國制定，緊隨其后有超過20 個國家也與自身情況相結(jié)合，制定了相關(guān)準(zhǔn)則和法規(guī)。一直到1993 年，我國的基因工程安全管理法出臺，以轉(zhuǎn)基因工程工作的潛在危險度為依據(jù)對其安全等級進(jìn)行劃分。到了20 世紀(jì)初期，我國法律規(guī)定必須要在有明顯文字標(biāo)注的情況下，才可以進(jìn)行轉(zhuǎn)基因植物品種銷售，并提示在使用轉(zhuǎn)基因植物品種的過程中需要采取的安全控制措施。我國還出臺了農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例，對于違反規(guī)定的機構(gòu)和人員提出了明確的處罰措施。隨著一系列法規(guī)的頒布落實，我國開始采取法制化手段管理農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)產(chǎn)品，以此保證食品安全，并促進(jìn)我國轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展。

4 轉(zhuǎn)基因作物的應(yīng)用前景

生物技術(shù)的研究時間較長，而且在經(jīng)過一段時間的發(fā)展之后，轉(zhuǎn)基因植物正在向著商業(yè)化方向發(fā)展。在20 世紀(jì)90 年代初，我國的轉(zhuǎn)基因煙草被首次允許種植，此后，世界上被允許進(jìn)行商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物達(dá)到35 種。在未來，該技術(shù)會在更多的作物品種培育上運用，培育出更多的新型優(yōu)質(zhì)作物品種。由此可見，轉(zhuǎn)基因植物在未來有著極其廣闊的發(fā)展前景，而且隨著深入推進(jìn)轉(zhuǎn)基因植物種植，作物效益將會不斷提升。到20 世紀(jì)，生物技術(shù)開始步入新的發(fā)展階段，將通過有效運用生物技術(shù)研究出更多優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的農(nóng)作物品種，并在此后擴大轉(zhuǎn)基因作物的種植規(guī)模，以此帶動農(nóng)業(yè)發(fā)展，既可使作物產(chǎn)量有所提升，也能夠使傳統(tǒng)農(nóng)藥的使用量有效減少，在此基礎(chǔ)上保證了土壤的可持續(xù)耕作能力，并實現(xiàn)了對生態(tài)環(huán)境的保護，保證了食品安全。此外，在未來，也必然可以實現(xiàn)利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗、藥物等，滿足人們的日常生活需求。

5 結(jié)語

綜上所述，在農(nóng)作物育種工作中，轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，受到了農(nóng)作物育種研究工作人員的廣泛關(guān)注，在不同作物育種中開始廣泛應(yīng)用。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培養(yǎng)農(nóng)作物品種，不需要提前進(jìn)行構(gòu)建，就可以直接向供體之中導(dǎo)入DNA，以免基因構(gòu)建元件對生態(tài)環(huán)境造成不利影響。此外，應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以以人們的設(shè)想為依據(jù)，對農(nóng)作物品種進(jìn)行設(shè)計和改良，完成新型品種的創(chuàng)造，使農(nóng)作物的種質(zhì)資源得到了擴充，能夠培育出具有抗病性和抗蟲性的優(yōu)質(zhì)作物品種。除此之外，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用還可以加速推進(jìn)育種進(jìn)程，使糧食安全和生產(chǎn)效益低下等問題得到有效解決，現(xiàn)實意義極為突出。雖然在農(nóng)作物育種方面轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用取得了極為突出的成果，但是我國也不能忽視與國際間的水平差距，而是應(yīng)該深入研究轉(zhuǎn)基因技術(shù)，深入激發(fā)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Α?/p>