轉基因技術在農作物育種工作中的應用現狀

楊寶麗 陳世國

1、深圳市農業科技促進中心2、深圳市種子同業商會

前言

利用轉基因技術進行農作物育種，可以培育出擁有極高抗病性和抗蟲性的優質農作物品種，可以使農作物的產量和質量有明顯提升。所以，相關部門需要深入研究轉基因技術，并將該技術合理應用于農作物育種方面，以此培育出優質農作物品種，為加快農業產業發展奠定基礎。

1 轉基因育種技術

1.1 農桿菌介導的基因轉移

農桿菌是一種在土壤中普遍存在的革蘭氏陰性細菌，可以在自然環境的影響下感染多數雙子葉植物的根系，導致植物根系在感染細菌之后出現壯根的情況。Ti 質粒和Ri 質粒分別存在于根瘤農桿菌和發根農桿菌的細胞之中，當植物傷口處感染農桿菌之后，會向植物的基因組中插入農桿菌的T—DNA 區，對植物的遺傳基因進行天然轉化。人們先改造T—DNA 區，再將目的基因插入其中，在農桿菌的感染作用下，將外源基因轉移到植物細胞中，并促進兩者的融合，實現對轉基因植株的培育。

1.2 在原生質體或細胞受體基礎上轉移基因

借助激光微束、聚乙二醇和微注射等方法向細胞或原生質體當中導入目的基因，完成對轉基因植物的培養。其中，借助基因槍介導轉化法進行轉基因植株培養，利用火藥爆炸產生的力將包含在高速微彈中的目標基因插入植株細胞中，在經過一段時間的細胞培育之后，就會生成具有轉基因的新植株。不同于農桿菌介導轉化法，使用基因槍轉化法進行轉基因植物培養的優勢在于，受體植物范圍不受限制，而且能夠簡化載體質粒的構建過程，目前廣泛應用于轉基因研究之中。

1.3 種質系統的基因轉移

種質系統的基因轉移主要包括子房注射法和花粉管通道法，通過將外源基因導入植物中，完成轉基因植株的培育。在使用花粉管通道法進行轉基因植物培養時，需要先進行植物授粉，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胞中導入外源DNA，對整合外源基因的細胞進行培育，使新個體具有新基因性狀。花粉管通道法的優勢在于在對人工再生植株進行培養時，可以不依賴組織培養，而且操作簡單，方便育種工作人員掌握應用[1]。

2 轉基因技術在農作物育種方面的應用

在農作物育種方面使用轉基因技術，為農作物育種開辟了一條新路。通過使用轉基因技術向植物中導入外源基因，可以實現對農作物品種的改良和優化。現如今，雖然在對轉基因植物進行研究過程中存在轉化率低的問題，而且只可以對少數農作物和基因型進行轉化培養，再生植物存在遺傳性能不穩定的情況，但是，轉基因植物也具有明顯的優勢，不僅可以提高產量，而且在抗蟲和抗病方面也有極大的優勢[2]。

2.1 培養優質轉基因農作物

為了對農作物的蛋白質品質進行改良，最有效的一種方法，就是從自然界的植物體內提取分子含量少且富集，并且含有硫氨基酸的蛋白質基因，然后將其向適當受體中轉入，如此一來，可以有效提高農作物產品質量。比如，美國就曾向馬鈴薯中轉入了富含氨基酸的蛋白質基因，可以在馬鈴薯的植株和塊莖當中檢測出活性甜蛋白基因。另外，利用轉基因技術培養優質轉基因農作物，還可以延長農作物的貨架期。以世界上研究出的第一例可食用重組番茄為例，將反應多聚半乳糖醛酸基因導入番茄組織之中，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 培養抗蟲轉基因植物

通過調查可知，全球農作物害蟲種類約有67000種，為了提高農作物的抗蟲性，避免農作物因為受到蟲害侵蝕而降低產量，需要利用轉基因技術對抗蟲轉基因植物進行培育。到目前為止，我國在培育抗蟲轉基因農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BT，第二種則是利用豇豆等農作物中所包含的胰蛋白酶抑制劑基因。可以利用BT 基因進行轉基因培養的農作物有棉花和馬鈴薯等，可以獲得較為理想的殺蟲效果。我國轉基因農作物研究專家曾經將常規育種技術和轉基因技術相結合，開展農作物育種工作，可以有效突破物種的界限，并且向棉花基因組中導入了克隆的有利基因，培養出具有抗蟲性的棉花品種。到目前為止，我國在某些領域的研究在國際上已處于領先水平，在未來還需深入研究轉基因技術在農作物育種工作的應用，培育出更加優質的農作物品種。

2.3 培育抗除草劑轉基因植物

對抗除草劑轉基因植物進行培養具有明顯的商業優勢，而且在環境保護方面發揮著重要作用。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極為順利。研究人員可以把除草劑失活酶導入植株之中，可以培養出擁有除草劑抗性的植物。或者可以向植株當中導入對除草劑不敏感突變株的定靶酶，作用與前者相同。

2.4 培育抗病毒性轉基因植物

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

2.5 培育抗細菌、真菌的轉基因植物

為了培養出具有抗細菌、抗真菌性能的轉基因植物，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，將克隆的抗病基因導入其中，如此可以使易感病植物的抗病性能有明顯提升。

2.6 培育保健型轉基因植物

以前，要想提取具有商業價值的物質，需要使用稀有植物或者是其他生物體。現如今，在基因工程發展的大環境下，可以通過使用轉基因技術栽培轉基因植物，以確保生產出的物質具有商業價值。例如，研究人員把水仙的部分基因轉移到水稻當中，這樣生產出的大米中就含有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生概率。此外，可以應用轉基因技術改造和培育西紅柿品種，提高西紅柿果皮中的黃烷酮含量。在水稻植株中轉入大豆的遺傳基因，可以使人們通過食用水稻實現對高膽固醇等疾病的預防。

3 轉基因農作物品種的安全性評價和管理

3.1 安全性評價

在轉基因技術不斷發展的大環境下，轉基因品種開始向著市場化方向轉變，當前人們關注的焦點開始轉移到轉基因產品的安全性問題方面，人們主要關注的方面有兩點：第一點是食品安全問題，第二點是環境安全問題。現如今，國內外對于轉基因農作物產品所具有的看法不同。許多專家在大力宣傳轉基因技術應用的優勢，既可以促進農業產業發展，又能實現對生態環境的保護，同時，轉基因農作物還具有一定的保健作用。提出了人們對轉基因作物的顧慮是沒有科學依據，而且具有一定的盲目性，特別指出，轉基因植物與自然界的原生植物基本相似。從20 世紀90 年代中期開始，美國和西歐等一些國家相繼評價了轉基因農作物，而且獲取了一致的評價結果，認為轉基因農作物品種比傳統農作物品種更加安全。比如，美國一家公司曾經檢驗研制的轉基因耐除草劑大豆，主要對大豆中的蛋白質和脂肪等成分進行檢查，而且還分析了大豆中的棉子糖和水蘇等含量。在經過多項研究之后，證實轉基因大豆品種與常規品種并無任何差異。就國內而言，研究較為深入的是轉基因抗蟲棉，研究人員對抗蟲棉的性狀表達的穩定性等內容進行了檢查，檢查結果發現與常規棉花品種相比，并沒有異常情況[3]。

但是，有許多專家對轉基因作物的安全性抱有懷疑態度，認為植物在經過長期進化的過程中才產生了當前的基因組合，如果依靠外在力量對基因組合進行修改，或者是在原有基因組合中插入外源基因進行替換，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行準確預測，也無法確保外源基因可以與基因進行準確的定點整合，再加上我國當前并沒有深入完善轉基因技術，因此，并沒有辦法培育出十全十美的轉基因作物。比如，在種植培育出的抗除草劑轉基因棉花時，棉鈴會在收獲之前提前脫落，或者棉鈴出現畸形。而對于轉基因番茄而言，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，培育轉基因還有可能會對環境造成破壞，比如在種植抗除草劑作物時，擔心與作物有親緣關系的雜草獲取作物中的抗除草劑基因，導致新生的雜草能夠有效抵抗除草劑，導致種植戶必須使用大量的除草劑除草，從而形成惡性循環。另外，認為部分轉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，從而破壞生態系統。

3.2 安全管理

雖然轉基因技術有著廣闊的發展前景，但是，因為轉基因技術屬于全新的研究領域，依照當前的科技水準，無法對基因在受體生物中的性狀表現進行全面、準確的預測，而且也無法預見使用轉基因技術所培育出的新型轉基因植物在性狀和組合方面存在的潛在風險。所以，當前最亟需解決的一個問題就是轉基因品種的安全問題，需要制定嚴格的制度全程監控和管理利用轉基因技術培育新品種的全過程，并對全過程進行安全性評價，在此基礎上，實現對人類社會安全的保護，并有效平衡生態環境，以此保障轉基因技術在未來的長遠發展。從20 世紀70 年代中期開始，全球第一個實驗基因工程法規由美國制定，緊隨其后有超過20 個國家也與自身情況相結合，制定了相關準則和法規。一直到1993 年，我國的基因工程安全管理法出臺，以轉基因工程工作的潛在危險度為依據對其安全等級進行劃分。到了20 世紀初期，我國法律規定必須要在有明顯文字標注的情況下，才可以進行轉基因植物品種銷售，并提示在使用轉基因植物品種的過程中需要采取的安全控制措施。我國還出臺了農業轉基因生物安全管理條例，對于違反規定的機構和人員提出了明確的處罰措施。隨著一系列法規的頒布落實，我國開始采取法制化手段管理農業轉基因技術產品，以此保證食品安全，并促進我國轉基因技術的發展。

4 轉基因作物的應用前景

生物技術的研究時間較長，而且在經過一段時間的發展之后，轉基因植物正在向著商業化方向發展。在20 世紀90 年代初，我國的轉基因煙草被首次允許種植，此后，世界上被允許進行商業化種植的轉基因作物達到35 種。在未來，該技術會在更多的作物品種培育上運用，培育出更多的新型優質作物品種。由此可見，轉基因植物在未來有著極其廣闊的發展前景，而且隨著深入推進轉基因植物種植，作物效益將會不斷提升。到20 世紀，生物技術開始步入新的發展階段，將通過有效運用生物技術研究出更多優質、高產的農作物品種，并在此后擴大轉基因作物的種植規模，以此帶動農業發展，既可使作物產量有所提升，也能夠使傳統農藥的使用量有效減少，在此基礎上保證了土壤的可持續耕作能力，并實現了對生態環境的保護，保證了食品安全。此外，在未來，也必然可以實現利用轉基因植物生產疫苗、藥物等，滿足人們的日常生活需求。

5 結語

綜上所述，在農作物育種工作中，轉基因技術發揮著重要的作用，受到了農作物育種研究工作人員的廣泛關注，在不同作物育種中開始廣泛應用。利用轉基因技術培養農作物品種，不需要提前進行構建，就可以直接向供體之中導入DNA，以免基因構建元件對生態環境造成不利影響。此外，應用轉基因技術可以以人們的設想為依據，對農作物品種進行設計和改良，完成新型品種的創造，使農作物的種質資源得到了擴充，能夠培育出具有抗病性和抗蟲性的優質作物品種。除此之外，轉基因技術的應用還可以加速推進育種進程，使糧食安全和生產效益低下等問題得到有效解決，現實意義極為突出。雖然在農作物育種方面轉基因技術的應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，而是應該深入研究轉基因技術，深入激發轉基因技術的發展潛力。