農(nóng)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究

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摘要：綜述轉(zhuǎn)基因技術(shù)在提高農(nóng)作物抗生物/非生物脅迫中的能力，以及在改良農(nóng)作物遺傳品質(zhì)等方面的作用，并提出了做好安全監(jiān)管工作的建議，使轉(zhuǎn)基因技術(shù)為人類(lèi)帶來(lái)更多福祉。

關(guān)鍵詞：農(nóng)作物；轉(zhuǎn)基因技術(shù)；農(nóng)業(yè)發(fā)展

農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)就是打破不同物種間天然雜交的屏障，將高產(chǎn)、抗脅迫、高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等已知功能的基因利用分子生物學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)移到目的農(nóng)作物體內(nèi)，使其在原有遺傳基礎(chǔ)上獲得新的功能特性，來(lái)提高農(nóng)作物的抗脅迫能力或某種營(yíng)養(yǎng)成分的含量，從而獲得新的農(nóng)作物品種，進(jìn)一步能滿(mǎn)足人類(lèi)的需要。自從首例轉(zhuǎn)基因作物于1983年問(wèn)世以來(lái)，近年來(lái)農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因已獲得了蓬勃的發(fā)展，截止2014年轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物在全球種植面積已達(dá)1.81億hm2。目前轉(zhuǎn)基因技術(shù)已滲透到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方方面面，如利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高植物的抗逆性、抗病蟲(chóng)害等能力，對(duì)于農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)而言可以說(shuō)已經(jīng)進(jìn)入以搶占技術(shù)制高點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)為目標(biāo)的戰(zhàn)略機(jī)遇期，已滲透到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方方面面。

1轉(zhuǎn)基因技術(shù)促進(jìn)作物抗病蟲(chóng)害作用

通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)獲得抗病蟲(chóng)害基因再利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)導(dǎo)入到農(nóng)作物的體內(nèi)，使目的作物表現(xiàn)出相應(yīng)的抗病蟲(chóng)害的特性。早在1901年就從染病的家蠶體液中分離出一種對(duì)部分鱗翅目（Lepidoptera）昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)具有毒殺作用的蘇云金芽孢桿菌，即現(xiàn)在所說(shuō)的Bt。Bt在芽胞形成過(guò)程中，可產(chǎn)生具有殺蟲(chóng)作用的晶體蛋白（即δ-內(nèi)毒素，δ-endotoxins），將編碼這種蛋白的基因轉(zhuǎn)入農(nóng)作物將對(duì)鱗翅目、雙翅目、鞘翅目等多種昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)以及無(wú)脊椎動(dòng)物有特異的毒殺作用，這是關(guān)于利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)來(lái)提高農(nóng)作物抗病蟲(chóng)害的最早起源。目前采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)來(lái)提高植物的抗病蟲(chóng)害能力已延伸到了煙草、棉花及水稻當(dāng)中，并取得了不錯(cuò)的成果，如英國(guó)已將豇豆種子中的胰蛋白酶抑制劑基因（即產(chǎn)物為胰蛋白酶抑制劑）轉(zhuǎn)入煙草，通過(guò)引起多種昆蟲(chóng)消化不良，達(dá)到抗蟲(chóng)作用。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)來(lái)提高農(nóng)作物的抗病性源于1986年美國(guó)將煙草花葉病毒（TMV）的病毒外殼蛋白基因轉(zhuǎn)入煙草，從而使轉(zhuǎn)基因煙草及其后代表現(xiàn)出對(duì)TMV的抗性。目前主要采用反義RNA技術(shù)或轉(zhuǎn)基因技術(shù)使農(nóng)作物獲得抗病性，現(xiàn)已通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)已克隆獲得了多種與抗病的相關(guān)基因：如水稻矮縮病毒的外殼蛋白基因[1]、抗黃萎病的枯萎幾丁質(zhì)酶基因[2]，研究證實(shí)這些基因可直接或間接提高轉(zhuǎn)基因系作物對(duì)病害脅迫的耐受性。

2轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高植物抗非生物脅迫作用

農(nóng)作物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可避免地會(huì)受到外界環(huán)境的影響，如鹽堿、旱高溫、低溫等非生物脅迫。這些非生物脅迫會(huì)引起作物體內(nèi)發(fā)生一系列的生理生化反應(yīng)，如常表現(xiàn)為植物生長(zhǎng)代謝的可逆性抑制，但嚴(yán)重時(shí)則會(huì)導(dǎo)致整株植物死亡。近年來(lái)我國(guó)在耐鹽基因工程研究方面已取得了較大進(jìn)展，已克隆到了山菠菜堿脫氫酶、脯氨酸合成酶等與耐鹽相關(guān)的酶的基因，將這些基因轉(zhuǎn)入作物體內(nèi)，可提高植物細(xì)胞的滲透壓，從而可增強(qiáng)作物的抗鹽能力，目前通過(guò)遺傳轉(zhuǎn)化獲得的耐鹽轉(zhuǎn)基因煙草、草莓和苜蓿等植物已進(jìn)入田間試驗(yàn)階段[3]。另外，通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高作物抗除草劑能力可直接節(jié)省通過(guò)化學(xué)方法來(lái)控制雜草的開(kāi)支，據(jù)估計(jì)美國(guó)每年用在除草劑上的開(kāi)支約為50億美元。抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物的研究和推廣一直以來(lái)都是轉(zhuǎn)基因領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，目前全球已成功開(kāi)發(fā)并商業(yè)化的抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物主要有玉米、水稻、大豆、煙草、甜菜、棉花等，部分作物已開(kāi)始大面積種植，如玉米、大豆、棉花等?？钩輨┺D(zhuǎn)基因作物在1998～1999年間對(duì)全球轉(zhuǎn)基因作物增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)最大，占所有轉(zhuǎn)基因作物種植面積的69%。

3轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良作物遺傳品質(zhì)

優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物一直以來(lái)都是全人類(lèi)追求的目標(biāo)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以幫助人類(lèi)將這一目標(biāo)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良作物的遺傳品質(zhì)多數(shù)是將能合成特定產(chǎn)物的基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，使其種子或其他貯藏器官如塊莖、塊根等中蛋白質(zhì)含量、氨基酸組成、多糖化合物組成等得到改進(jìn)。目前已發(fā)展了異源蛋白基因的轉(zhuǎn)移和表達(dá)、同源蛋白基因的過(guò)量表達(dá)以及增加游離的必需氨基酸的含量等改良作物蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的分子生物學(xué)方法。如將高賴(lài)氨酸蛋白基因引入小麥能使其種子中蛋白質(zhì)及其賴(lài)氨酸的比例都提高10%以上[4]；將什曼原蟲(chóng)的蝶呤還原酶（PRT1）轉(zhuǎn)入擬南芥和煙草中能在一定程度上提高植物葉酸的含量[5]；華中農(nóng)大和中科院植物研究所已分別獲得了延遲成熟的轉(zhuǎn)基因番茄，儲(chǔ)藏時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1～2個(gè)月，甚至80d以上[6]，能降低番茄在運(yùn)輸、儲(chǔ)藏時(shí)的經(jīng)濟(jì)損失；另外目前已獲得富含葉酸、維生素C和高花青素的西紅柿等。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，轉(zhuǎn)基因技術(shù)極大促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，為解決全球不斷增長(zhǎng)的糧食需求和保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。由ISAAA的統(tǒng)計(jì)報(bào)告可知，至2012年通過(guò)種植轉(zhuǎn)基因作物增加的農(nóng)作物產(chǎn)量?jī)r(jià)值達(dá)982億美元，節(jié)省土地1.087億hm2，殺蟲(chóng)劑使用減少4.73億kg，有效保護(hù)了生態(tài)環(huán)境和生物多樣性[7]，所以眾多學(xué)者發(fā)出“反轉(zhuǎn)誤國(guó)”之聲。本文通過(guò)分析轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在作物改良上已表現(xiàn)出比常規(guī)育種和誘變育種的優(yōu)勢(shì)，的確能夠?yàn)槿祟?lèi)創(chuàng)造更多收益。不過(guò)目前關(guān)于轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物是否對(duì)人體存在危害仍然沒(méi)有一個(gè)明確的答案，因此不能以偏概全對(duì)待轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物。為了確保安全，可開(kāi)發(fā)和應(yīng)用安全標(biāo)記基因以減少公眾對(duì)抗性標(biāo)記基因可能帶來(lái)的潛在危害的擔(dān)擾；同時(shí)要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新技術(shù)盡可能減少轉(zhuǎn)基因技術(shù)所存在的不如意的地方，如可采用葉綠體基因工程，該技術(shù)在安全、高效轉(zhuǎn)基因方面有突出表現(xiàn)[8-9]，能將外源基因準(zhǔn)確、高效地插入。目前葉綠體轉(zhuǎn)基因已在擬南芥[10]、煙草[11]、馬鈴薯[12]等作物中獲得了成功。當(dāng)然在做好安全工作的同時(shí)，要分類(lèi)別對(duì)待轉(zhuǎn)基因技術(shù)。對(duì)能夠顯著提高作物優(yōu)良遺傳品質(zhì)和農(nóng)藝性狀的、人類(lèi)不需要直接食用的且已獲得安全證書(shū)的轉(zhuǎn)基因作物的種植可擴(kuò)大；而對(duì)于需要直接食用的轉(zhuǎn)基因作物則應(yīng)當(dāng)審慎監(jiān)管，畢竟轉(zhuǎn)基因作物可能是一把雙刃劍，在為公眾帶來(lái)巨大收益和回報(bào)的同時(shí)，也有可能對(duì)生命安全存在著潛在危險(xiǎn)。為了讓全球農(nóng)業(yè)種植者獲得更大收益，轉(zhuǎn)基因作物的發(fā)展和推廣就要在相關(guān)部門(mén)的監(jiān)管和支持下做到更透明可控，為社會(huì)發(fā)展和人類(lèi)健康帶來(lái)更大的福祉。

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作者：宋小青1 劉穎慧1 魏會(huì)平1 董志平2 單位：1. 河北北方學(xué)院 2. 河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所