農(nóng)業(yè)發(fā)展轉基因技術研究

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摘要：綜述轉基因技術在提高農(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，使轉基因技術為人類帶來更多福祉。

關鍵詞：農(nóng)作物；轉基因技術；農(nóng)業(yè)發(fā)展

農(nóng)業(yè)轉基因技術就是打破不同物種間天然雜交的屏障，將高產(chǎn)、抗脅迫、高營養(yǎng)品質(zhì)等已知功能的基因利用分子生物學技術轉移到目的農(nóng)作物體內(nèi)，使其在原有遺傳基礎上獲得新的功能特性，來提高農(nóng)作物的抗脅迫能力或某種營養(yǎng)成分的含量，從而獲得新的農(nóng)作物品種，進一步能滿足人類的需要。自從首例轉基因作物于1983年問世以來，近年來農(nóng)作物轉基因已獲得了蓬勃的發(fā)展，截止2014年轉基因農(nóng)作物在全球種植面積已達1.81億hm2。目前轉基因技術已滲透到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方方面面，如利用轉基因技術提高植物的抗逆性、抗病蟲害等能力，對于農(nóng)業(yè)轉基因技術而言可以說已經(jīng)進入以搶占技術制高點與經(jīng)濟增長點為目標的戰(zhàn)略機遇期，已滲透到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方方面面。

1轉基因技術促進作物抗病蟲害作用

通過分子生物學技術獲得抗病蟲害基因再利用轉基因技術導入到農(nóng)作物的體內(nèi)，使目的作物表現(xiàn)出相應的抗病蟲害的特性。早在1901年就從染病的家蠶體液中分離出一種對部分鱗翅目（Lepidoptera）昆蟲幼蟲具有毒殺作用的蘇云金芽孢桿菌，即現(xiàn)在所說的Bt。Bt在芽胞形成過程中，可產(chǎn)生具有殺蟲作用的晶體蛋白（即δ-內(nèi)毒素，δ-endotoxins），將編碼這種蛋白的基因轉入農(nóng)作物將對鱗翅目、雙翅目、鞘翅目等多種昆蟲的幼蟲以及無脊椎動物有特異的毒殺作用，這是關于利用轉基因技術來提高農(nóng)作物抗病蟲害的最早起源。目前采用轉基因技術來提高植物的抗病蟲害能力已延伸到了煙草、棉花及水稻當中，并取得了不錯的成果，如英國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）轉入煙草，通過引起多種昆蟲消化不良，達到抗蟲作用。利用轉基因技術來提高農(nóng)作物的抗病性源于1986年美國將煙草花葉病毒（TMV）的病毒外殼蛋白基因轉入煙草，從而使轉基因煙草及其后代表現(xiàn)出對TMV的抗性。目前主要采用反義RNA技術或轉基因技術使農(nóng)作物獲得抗病性，現(xiàn)已通過分子生物學技術已克隆獲得了多種與抗病的相關基因：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]，研究證實這些基因可直接或間接提高轉基因系作物對病害脅迫的耐受性。

2轉基因技術提高植物抗非生物脅迫作用

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

3轉基因技術改良作物遺傳品質(zhì)

優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物一直以來都是全人類追求的目標，轉基因技術可以幫助人類將這一目標變?yōu)楝F(xiàn)實。通過轉基因技術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。目前已發(fā)展了異源蛋白基因的轉移和表達、同源蛋白基因的過量表達以及增加游離的必需氨基酸的含量等改良作物蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的分子生物學方法。如將高賴氨酸蛋白基因引入小麥能使其種子中蛋白質(zhì)及其賴氨酸的比例都提高10%以上[4]；將什曼原蟲的蝶呤還原酶（PRT1）轉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基因番茄，儲藏時間長達1～2個月，甚至80d以上[6]，能降低番茄在運輸、儲藏時的經(jīng)濟損失；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結語

綜上所述，轉基因技術極大促進了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，為解決全球不斷增長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)計報告可知，至2012年通過種植轉基因作物增加的農(nóng)作物產(chǎn)量價值達982億美元，節(jié)省土地1.087億hm2，殺蟲劑使用減少4.73億kg，有效保護了生態(tài)環(huán)境和生物多樣性[7]，所以眾多學者發(fā)出“反轉誤國”之聲。本文通過分析轉基因技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運用發(fā)現(xiàn)，轉基因技術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，的確能夠為人類創(chuàng)造更多收益。不過目前關于轉基因農(nóng)作物是否對人體存在危害仍然沒有一個明確的答案，因此不能以偏概全對待轉基因農(nóng)作物。為了確保安全，可開發(fā)和應用安全標記基因以減少公眾對抗性標記基因可能帶來的潛在危害的擔擾；同時要進一步開發(fā)新技術盡可能減少轉基因技術所存在的不如意的地方，如可采用葉綠體基因工程，該技術在安全、高效轉基因方面有突出表現(xiàn)[8-9]，能將外源基因準確、高效地插入。目前葉綠體轉基因已在擬南芥[10]、煙草[11]、馬鈴薯[12]等作物中獲得了成功。當然在做好安全工作的同時，要分類別對待轉基因技術。對能夠顯著提高作物優(yōu)良遺傳品質(zhì)和農(nóng)藝性狀的、人類不需要直接食用的且已獲得安全證書的轉基因作物的種植可擴大；而對于需要直接食用的轉基因作物則應當審慎監(jiān)管，畢竟轉基因作物可能是一把雙刃劍，在為公眾帶來巨大收益和回報的同時，也有可能對生命安全存在著潛在危險。為了讓全球農(nóng)業(yè)種植者獲得更大收益，轉基因作物的發(fā)展和推廣就要在相關部門的監(jiān)管和支持下做到更透明可控，為社會發(fā)展和人類健康帶來更大的福祉。

參考文獻

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