農作物抗除草劑草丁膦基因的發展進程

何少海 鄭葉平 嚴景城 吳必波 沈鞏彥

1.浙江農林大學農業與食品科學學院; 2.浙江海洋學院經濟與管理學院

在當前科學技術高速發展和轉基因技術不斷成熟的情形下，為解決勞動力成本高，農業產值相對較低的現實問題。為適應農業技術的革新和農業現代化進程提供了技術依托。如何防治雜草以及提高農業生產效率和產值已經成為亟待解決的問題，農作物抗除草劑基因的轉化受到越來越多科學家的青睞。草丁膦作為轉基因篩選具有簡便、高效、快速、適應性強等優點。目前已經被廣泛應用于轉基因科學研究中。 李國圣等利用基因槍法將als 基因導入了玉米叢生芽組織塊，朱常香等利用基因槍將bar 基因導入了玉米自交系的幼胚， 均獲得了抗除草劑基因玉米自交系[1,2]。吳愛忠等[3]以含Bar 基因的pAHC20 為供體DNA，利用花粉管導入法培育抗除草劑的轉基因水稻。本文主要通過分析抗草丁膦除草劑的技術應用和當前抗草丁膦轉基因技術發展現狀，這對當前抗除草劑轉基因技術的發展有著拋磚引玉的作用。

一、草丁膦毒害機理及抗草丁膦基因表達

草丁膦（PPT）是低毒、廣譜的有機磷類除草劑。除草劑草丁膦的有效成分為膦絲菌素（PPT），是谷氨酰胺合成酶的一種強力抑制劑。谷氨酰胺合成酶是植物體內唯一能解氨毒的酶，它能夠去除植物體內硝酸還原反應、氨解反應和光呼吸過程中所釋放的氨。 草丁膦通過抑制谷氨酰胺合成酶活性，使植物體內氨代謝混亂，細胞體內氨的含量過高而中毒，葉綠素解體，最終引起植物死亡[4]。 草丁膦的抗性bar 基因來自土壤吸水鏈霉菌， 它編碼膦絲菌素乙酰轉移酶（PAT），PAT 使PPT 發生自由氨基乙?；瘡亩鴮ζ溥M行解毒，使之不能抑制谷氨酰胺合成酶的活性，因而含有bar 基因的植物對草丁膦具有抗性。 草丁膦使得雜草氨基酸合成途徑受影響而死亡，而具有抗草丁膦基因的目標作物可以存活。

二、草丁膦基因的研究進程與總結

1986 年轉基因農作物首次獲準進入田間試驗和1994 年第一個轉基因的植物產品在美國獲準上市。研究表明， 抗除草劑農作物在轉基因作物中應用最廣。 水稻的轉基因研究開始于20 世紀80 年代末期， 由于耕地的不斷減少以及人口的持續增加，化肥和農藥的不合理使用，從而依靠傳統農業技術獲得水稻高產很難，因此轉基因技術受到了很多的關注與研究。

基因槍法、農桿菌介導法是目前研究較多、應用較廣的基因轉化法[5]。 轉基因科學研究主要以農桿菌介導法和基因槍法為主。轉基因水稻主要向由我國學者們提出的培育綠色超級稻的方向發展。油菜作為主要的油料作物，抗草丁膦基因油菜是在油菜轉基因研究中研究最多、應用最廣的技術，主要是由于其具有廣普、高效、低毒、低殘留和環境友好等優點。 因此抗草丁膦油菜已經成為商業化和研究的熱點?？共荻§ⅲ℅lyphosate） 轉基因大豆是由美國Monsanto 公司研制，并得到了迅速發展。 中國市場上的大豆基本以轉基因大豆為主，這與中國加入世界貿易組織后美國大豆入侵中國市場有著密切關系。轉基因抗蟲棉是目前轉基因產品在市場上最受歡迎的。主要農作物轉基因研究進展相當快，但轉基因食品尤其是轉基因水稻對人類安全性的論證還需要很多的科學研究和科學依據。

三、草丁膦基因的優缺點與展望

對于農業生產而言，抗除草劑草丁膦轉基因作物的栽培會大大減少勞動成本，解放勞動力，為農業現代化建設提供技術支撐，這將促使現代農業生產技術的重大變革。 從科學技術方面，日漸成熟的基因轉化體系與技術， 專家學者們獲得了一大批轉基因材料，很多重要的基因被發現和定位，這有力地推動了基因科學的發展與完善。

然而抗除草劑轉基因作物雖然可以抵抗雜草，但是長期使用可能會使雜草產生抗性， 成為超級雜草，這對生態的平衡可能產生毀滅性打擊；轉基因技術是人為的將外源基因導入目標作物上，可能會產生基因污染問題， 這對自然發展和自然基因庫的影響很大，有可能給自然帶來毀滅性災難；對轉基因毒性問題還有待深入研究。 但巴西豆過敏事件、轉基因馬鈴薯引起大鼠器官生長異常等健康問題對轉基因作物的推廣有著很大的阻力。 最為之可怕的食用轉基因食品，有可能使被轉基因DNA 侵入人體細胞， 產生病原病毒。

當前，轉基因技術是當前科學技術發展的熱點和重點。如何更好的利用這一新興技術造福人類是所有專家學者的共同目的。 2014 年9 月28 日，國家主席習近平對轉基因技術提到自己的看法。 一是確保安全，二是要自主創新。 也就是說，在研究上要大膽，在推廣上要慎重。轉基因農作物產業化、商業化推廣，要嚴格按照國家制定的技術規程規范進行， 穩扎穩打，確保不出閃失，涉及安全的因素都要考慮到。 要大膽創新研究，占領轉基因技術制高點，不能把轉基因市場都讓外國大公司占領了。這對當前轉基因技術的發展可能會起到重大推動作用。 作為一個新興事物，未來轉基因技術的發展方向必定是朝著健康的方向發展?？共荻§⒊輨┺D基因技術在農業生產方面會越來越廣泛，極大的提高了農業產值和生產效率，將會推動農業的技術性革命。 商業化的推廣種植，對解決環境惡化、資源匱乏、效益衰減、緩解糧食短缺壓力有重大的作用。 利用轉基因技術定向改造植物，打破物種界限，加快了良種選育的過程，充分利用了自然遺傳資源，這對提高作物抗性和產量以及品質有著重大影響。

抗除草劑轉基因的技術發展日漸成熟，但是還需要一套嚴謹的檢測與監督程序測定轉基因作物的安全性，才能確保轉基因作物的推廣與長久發展。 現今抗草丁膦基因已經導入在大豆、水稻、棉花等主要農作物。 在建立起一套完善的檢測技術后，抗草丁膦除草劑轉基因技術將給農業技術帶來巨大的效益?？共荻§⒊輨┗蛴型谥饕r作物防治雜草中大放異彩，也將會大大減少雜草危害以及農藥化肥污染浪費，對美化生態環境起到了重要的作用。

[1]李國圣，張卿偉，張舉仁等.玉米叢生芽體系的建立及抗除草劑轉基因植株再生[J]. 中國科學 （C 輯）,2001,31（5）：385-391.

[2]朱常香，宋云枝，張杰道等.抗蟲、抗除草劑轉基因玉米的獲得及遺傳研究[J].山東農業大學學報：自然科學版,2002,33（2）：120-125.

[3]吳愛忠，蔡潤，潘俊松等. 花粉管導入法培育抗除草劑的轉基因水稻[J]. 上海農學院學報,1999,17(4):237-241.

[4]張宏軍，劉學，張佳等. 草銨膦的作用機理及其應用[J].農藥與科學管理，2004, 25(4): 23-27.

[5]王玉林，方宏筠. 植物基因工程原理與技術[M].北京:科學出版社，1998:194-33.