轉基因技術賦能大豆產業的現狀、挑戰與展望

大豆在全球農業體系中具有舉足輕重的地位。一方面，它是人類獲取優質植物蛋白的主要來源，尤其在素食主義逐漸興起的當下，大豆蛋白愈發成為蛋白質攝入的重要保障；另一方面，大豆是油料作物，含有豐富油脂，也廣泛應用于食品加工、生物能源等多個領域[2-3]。隨著全球人口數量的穩步增長以及人們生活水平的顯著提升，對大豆的需求呈現出持續攀升的態勢。在此背景下，轉基因技術作為現代生物技術的核心力量，為大豆的遺傳改良開辟了全新路徑，在提高大豆產量、優化品質、增強其在復雜環境下的抗逆能力等方面展現出無可比擬的潛力，成為農業領域研究的熱點之—[4-5]。

1大豆轉基因技術的發展歷程

20世紀80年代轉基因技術如一顆新星在生物技術領域冉冉升起，隨后迅速在大豆研究領域落地生根。經過大量的探索性研究，1996年轉基因大豆在美國實現商業化種植，也代表著正式開啟了轉基因大豆大規模應用的新紀元。此后，轉基因大豆憑借其諸多優勢，種植面積在全球范圍內呈爆發式增長，迅速在美洲、亞洲等多個國家和地區得到廣泛推廣，深刻改變了全球大豆產業的格局[6-8]。

2大豆轉基因技術原理

2.1基因克隆技術基因克隆技術是轉基因大豆研發的基石。科研人員從各類生物中運用先進的分provides genetic insights and guides breeding.Nature Genetics，2021，53：243-253（收稿日期：2025-03-20）

子生物學手段，精準克隆出具有特定功能的基因，比如能夠抵御害蟲侵害的抗蟲基因，以及賦予大豆抗除草劑能力的抗除草劑基因等[9-10]。隨后，借助聚合酶鏈式反應（PCR）這一強大技術，對目標基因進行指數級擴增和克隆。在PCR反應體系中，通過引物與模板DNA的特異性結合，在DNA聚合酶的作用下，實現目標基因片段的大量復制，從而為后續的基因操作提供基礎[]

2.2載體構建當獲得目標基因后，下一步便是載體構建。將克隆得到的目標基因與合適的載體，如常用的質粒進行連接。質粒作為一種小型環狀雙鏈DNA分子，具有自主復制能力。在連接過程中，通過限制性內切酶切割目標基因和質粒，使其產生互補的粘性末端，再利用DNA連接酶將二者連接起來，構建成重組表達載體。這個重組表達載體中，不僅包含目標基因，還含有啟動子、終止子等關鍵調控元件，啟動子能夠啟動基因的轉錄過程，而終止子則確保轉錄過程在合適的位置終止，從而保證目標基因在大豆細胞中能夠按照預期的方式正確表達[12-13]

2.3遺傳轉化方法大豆遺傳轉化方法主要有農桿菌介導法和基因槍法。農桿菌介導法是利用農桿菌將外源基因導人大豆細胞，優點是轉化效率較高、整合位點較穩定。基因槍法是通過將包裹外源基因的金屬顆粒打入大豆細胞來實現轉化，可轉化多種組織，不受基因型限制，但轉化效率相對較低，且易出現多拷貝整合[14-15]

2.3.1農桿菌介導法農桿菌介導法是一種高效的遺傳轉化方法。農桿菌是一種天然的基因工程載體，能夠將自身攜帶的T-DNA（轉移DNA）整合到植物基因組中。在大豆轉基因操作中，需將構建好的重組表達載體導入農桿菌細胞中，利用農桿菌的趨化性，使其附著在大豆細胞表面。隨后，農桿菌將重組表達載體中的T-DNA轉移并整合到大豆基因組中。這種方法具有轉化效率高、整合位點相對穩定等顯著優點，能夠確保目標基因在大豆基因組中穩定存在并有效表達[14]。

2.3.2基因槍法基因槍法又稱為微粒轟擊法，是一種不受基因型限制的遺傳轉化方法。其原理是將包裹有目標基因的金屬微粒，如金粉或鎢粉，通過高壓氦氣等，直接轟擊大豆細胞。在轟擊過程中，金屬微粒穿透大豆細胞壁和細胞膜，將目標基因帶入細胞內部，并實現基因的整合。雖然基因槍法具有操作簡便、不受基因型限制等優勢，但也存在轉化效率相對較低、整合位點隨機性較大等問題，可能會對目標基因的表達和穩定性產生一定影響[15]。

2.4轉化植株的篩選與鑒定當完成遺傳轉化后，需要從大量的轉化細胞中篩選出含有目標基因的轉化植株。通常利用抗生素抗性基因或其他篩選標記來實現這一目的。例如，在重組表達載體中加入抗生素抗性基因，將轉化后的大豆細胞置于含有相應抗生素的培養基中培養。只有成功導入重組表達載體的細胞，才能在含有抗生素的環境中存活并生長，從而實現對轉化細胞的初步篩選。為了進一步確定目標基因是否成功整合到大豆基因組中以及其表達情況，也需運用多種分子生物學技術。其中，PCR技術可以快速檢測自標基因是否存在于大豆基因組中；Southern雜交技術則能夠確定目標基因在基因組中的整合拷貝數和整合位點[16]

3轉基因大豆的應用現狀

3.1抗除草劑轉基因大豆抗除草劑轉基因大豆是目前全球種植面積最廣泛的轉基因大豆類型。通過導人抗除草劑基因，如抗草甘麟基因，大豆獲得了對草甘麟等廣譜除草劑的抗性[1]。在農業生產實踐中，農民可以在大豆種植時，田間直接使用草甘麟進行除草作業。草甘麟能夠高效殺死雜草，而對具有抗性的轉基因大豆卻幾乎沒有影響。這一技術的應用極大地提高了除草效率，節省了大量的人力和時間成本。同時，相較于傳統的多種除草劑混合使用，草甘麟的單一使用減少了化學藥劑的種類和使用量，降低了對土壤和水體的污染，有利于農業生態環境的保護。

3.2抗蟲轉基因大豆抗蟲轉基因大豆的研發主要是通過轉入抗蟲基因，如蘇云金芽孢桿菌（Bt）基因。這些基因在大豆體內表達后，能夠產生對害蟲有毒性的蛋白。當害蟲取食轉基因大豆時，這些蛋白會與害蟲腸道內的特定受體結合，破壞害蟲的腸道細胞結構，導致害蟲無法正常消化食物，最終死亡。抗蟲轉基因大豆的應用，顯著減少了化學農藥的使用量。這不僅降低了農業生產成本，還減少了化學農藥對環境的污染，保護了農田生態系統中的非靶標生物，如蜜蜂、蝴蝶等有益昆蟲，維護了生態平衡[9，17]。

3.3品質改良轉基因大豆轉基因技術為大豆品質改良提供了有力手段。在油脂成分改良方面，通過轉基因技術，成功提高了大豆中油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸的含量，同時降低了飽和脂肪酸的含量。通過改良后的大豆油，抗氧化性能更加出色，可進一步降低心血管疾病風險，營養價值得到顯著提升。在蛋白質品質改良方面，通過轉入特定基因，提高了大豆蛋白中某些必需氨基酸（如賴氨酸、蛋氨酸）的含量，彌補了大豆蛋白在氨基酸組成上的不足，提高了大豆蛋白的營養價值，使其更適合作為動物飼料和人類食品原料[18-19]

4轉基因大豆面臨的挑戰

4.1安全性問題轉基因大豆的食品安全問題一直是公眾關注的焦點。盡管大量嚴謹的科學研究表明，目前商業化種植的轉基因大豆在營養成分、毒理學等方面與傳統大豆實質等同。但是，部分消費者仍然對其存在疑慮，擔心轉基因大豆可能會引發過敏反應，例如新導入的基因所表達的蛋白質可能成為新的過敏原；同時也擔心其可能存在潛在的毒性，雖然目前尚未有確鑿證據證明，但這種擔憂在一定程度上影響了公眾對轉基因大豆的接受度[20-21]

轉基因大豆對生態環境的潛在影響也不容忽視。其中，基因漂移是一個重要問題，即轉基因大豆中的目標基因可能會通過花粉傳播等方式轉移到野生近緣種或雜草中，使其獲得轉基因性狀，從而產生超級雜草，破壞生態平衡。此外，抗蟲轉基因大豆表達的毒蛋白可能會對非靶標生物產生不利影響，如對一些有益昆蟲、土壤微生物等的生長和繁殖造成干擾，進而影響整個生態系統的穩定性[2-23]

4.2公眾認知與接受度由于公眾對轉基因技術的了解程度有限，加上部分媒體的片面報道和不實宣傳，導致部分公眾對轉基因大豆存在誤解和恐懼。很多人將轉基因技術與食品安全、環境風險過度關聯，對轉基因大豆持反對態度。這種公眾認知和接受度的問題，給轉基因大豆的推廣和應用帶來了很大阻礙。在一些地區，消費者對轉基因大豆制品存在抵觸情緒，導致相關產品的市場份額受到影響[24]。

4.3知識產權問題 轉基因技術涉及眾多復雜的專利和知識產權。在轉基因大豆的研發過程中，從基因的克隆、載體構建到轉化方法等各個環節，都可能涉及專利技術。這就使得在轉基因大豆的研發和應用過程中，容易面臨知識產權糾紛。一旦發生糾紛，研發企業或科研機構可能需要投人大量的時間和資金進行應對，這不僅增加了研發成本，還可能影響產品的上市進度和市場競爭力，給轉基因大豆產業的發展帶來潛在風險[25]

5轉基因大豆的應用前景

5.1助力解決全球糧食安全問題隨著全球人口持續增長，糧食安全問題日益嚴峻，轉基因大豆有望在這一挑戰中發揮關鍵作用。通過導入抗旱（GmCAD1等[2]）耐鹽堿（GmACBP6等[27]）耐高溫（GmHSFA1等[28]）等相關基因，可以培育出具有更強抗逆性的大豆品種。例如，在干旱脅迫下，可過表達GmCAD1基因，使大豆植株的抗旱性狀指標（包括根長、萌發率、芽長）高于野生型植株和基因編輯植株[2，從而增強大豆的抗旱性。在鹽脅迫與鹽堿脅迫培養基環境下，過表達GmACBP6的轉基因擬南芥植株，萌發率顯著高于突變體、野生型以及GmACBP6回補株系，且植株生長態勢良好，這一結果進一步證實，大豆GmACBP6基因具備耐鹽堿功能[27]。抗逆轉基因大豆品種讓大豆在難以存活的邊際土地上扎根，極大地拓展了大豆種植版圖，有效提升土地利用率，為全球大豆產量的提升奠定堅實基礎，成為解決糧食安全問題的有力武器[29]

5.2滿足市場對高品質大豆的需求消費者對高品質大豆產品的需求不斷增加，這為轉基因大豆的發展提供了新的機遇。利用轉基因技術，可以進一步精準改良大豆的品質。例如，開發富含特定營養成分的大豆品種，Omega-3脂肪酸對人體心血管健康、大腦發育等具有積極功效，維生素E對人體抗氧化、延緩細胞衰老等具有重要作用，因此可通過轉基因技術創制富含Omega-3脂肪酸、維生素E和高蛋白的大豆品種，這類轉基因大豆加工而成的食用油、豆制品等為消費者提供了更為健康的選擇，有力地回應了市場對營養強化型大豆產品的需求，全方位滿足了不同消費者的特殊需求，充分彰顯了轉基因技術在提升大豆品質、契合市場多元化需求上的巨大潛力與應用價值[30-31]

5.3推動農業可持續發展轉基因大豆在減少化學農藥和除草劑使用方面的優勢，使其成為推動農業可持續發展的重要力量。從減少化學藥劑使用來看，抗除草劑轉基因大豆的推廣應用意義重大。抗除草劑轉基因大豆能耐受特定藥劑，農民按需施藥，大幅減少了使用次數與用量，有效控草還保護環境[32-34]。在減少化學農藥使用方面，抗蟲轉基因植物發揮了重要作用，例如抗蟲轉基因大豆導入Bt基因后，能表達使鱗翅目害蟲腸道受損致死的蛋白，大幅度減少蟲害。相比種植傳統品種，種植轉基因大豆的化學農藥使用次數減少，既降低了成本，又減少了環境污染，保障了農產品質量安全[9.33]；同時，轉基因大豆通過提高產量和降低生產成本，提高了農業生產效率，進一步促進了農業的可持續發展[34]

6結論

轉基因技術在大豆領域的應用已經取得了令人矚目的成就，從根本上改變了大豆產業的發展格局。盡管目前轉基因大豆面臨著安全性爭議、公眾認知不足以及知識產權糾紛等諸多挑戰，但隨著科學技術的飛速發展和對轉基因技術研究的不斷深入，這些問題有望逐步得到解決。未來，轉基因大豆在解決全球糧食安全、滿足市場多樣化需求以及推動農業可持續發展等方面，將發揮更加重要的作用。為了促進轉基因大豆產業的健康發展，需要加強對轉基因大豆的安全性評估和監管，確保其在安全可控的前提下應用；同時，可加大科普宣傳力度，提高公眾對轉基因技術的認知和接受度，消除公眾的誤解和擔憂。相信在各方的共同努力下，轉基因大豆將在農業領域綻放更加耀眼的光芒，可為人類作出更大貢獻。

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