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植物转基因技术研究综述

自1983年美国在世界上首次获得转基因烟草以来，植物转基因技术得到了迅速发展，在世界范围内得到了广泛的应用。目前，转基因技术已经成熟，转基因作物已进入产业化阶段，而且种植面积逐年扩大，呈直线上升趋势。植物转基因技术主要应用于农业，生物和医学等领域。进行植物品种的改良，新品种的培育以及作为生物反应器生产生物药物和疫苗等。世界上已通过转基因技术培育出许多产量高、品质好、抗性强的农作物新品种，生物技术产品已应用到医药，保健食品和日化产品等各个方面，生物制药产业已成为最活跃，进展最快的产业之一。因此，人们将以转基因技术为核心的生物技术上的巨大飞跃誉为第二次“绿色革命”。这次技术革命将使全球农业生产发生深刻的变革，使人们看到消除饥饿与贫穷的希望。植物转基因技术巨大的生产潜力将为人类带来很大的经济效益和社会效益，并将辐射性地影响人类社会、经济、技术、生活、思想等方面的发展。     然而，象其它新生事物的发展过程一样，由于人们最初对转基因技术的认识不足或不理解，以至对转基因技术存在不同的态度和看法甚至偏见，使植物转基因技术面临着不少冲击。     在20世纪末，转基因作物的安全性就在全球范围内引起了激烈的争论，反对者认为转基因作物具有很大的潜在危险，可能会对人类健康和生存环境造成威胁。在欧洲，转基因作物曾被一些媒体称之为“恶魔食品”[1]。当前，一些电视、广播、报纸等新闻媒体为了某些利益也对公众进行吵作和误导，夸大转基因作物的风险，使人们对转基因技术及其转基因食品由最初的争论演变为恐慌甚至存在一定的抵触情绪。如某电视广告中所提到的：某某食用油，不含转基因成分，为健康加油；某网站新闻报道：湖北某某市场惊现转基因大米等等，使人们对当前社会上对转基因技术存在的一些偏见，对植物转基因技术的应用和当代社会发展的概况进行系统阐述，对植物转基因技术与当代社会发展的关系进行探讨。 1 植物转基因技术 1.1植物转基因技术的基本概念和原理     基因是生命体具有的特定遗传信息和遗传效应的核苷酸序列，存在于DNA（脱氧核糖核酸）上，是控制生物性状遗传的结构和功能单位。转基因是指利用分子生物学手段，将人工分离和修饰过的某些生物的基因转移到其它物种，以改造该物种的遗传特性。植物转基因技术又称植物基因工程，是把从动物、植物或微生物中分离到的目的基因转移到植物的基因组中，即对植物进行遗传转化，使其在性状、营养和消费品质等方面满足人类需要的技术。应用转基因技术构建的植物为转基因植物，又叫基因修饰植物，其中发展最快的是转基因植物食品。     植物转基因技术的内容包括：目的基因的分离和鉴定、植物表达载体的构建、植物细胞的遗传转化、转化细胞的筛选、转基因植物细胞的鉴定以及外源基因表达的检测。理论上，植物转基因技术和常规杂交育种方法都是通过优良基因的重组获得新品种，但传统的常规杂交育种是通过植物种内或近缘种间的杂交将优良性组合在一起，使植物获得新性状，其甚至交流范围有限，而且育种效率较低。植物转基因技术利用重组 DNA的方法直接将目的基因导入到植物有性杂交的限制，基因交流的范围无限扩大，可将病毒、细菌、远缘植物、动物、人类甚至人工合成的基因导入植物，可以人为地有目的组合基因，改变生物的遗传性能，而且育种效率高，所以应用前景十分广阔。 1.2植物转基因技术的方法     20世纪80年代以来，研究者们在实践中探索出了许多转基因的方法[2]。这些方法可分为以下四类（1）农杆菌介导法（无载体介导转化法），包括圆球法、脂质体法、电激法（电穿孔法）、显微注射法、激光微束法、基因抢法（微弹轰击法）、离子束介导法和超声波法；（3）花粉管通道法；（4）植物病毒介导法。以后还出现了真空渗透法、花序浸润法[3]等。目前，大多数转基因植物是通过农杆菌介导法和基因枪法这两种方法获得的。 1.3 植物转基因技术的应用     植物新品种的培育，以满足人类不断增长的物质生活需要：植物转基因技术了高效、快速提高粮食作物、蔬菜、林木树种和花卉草种的产量、品质和抗耐性，为培育高产、高抗、多抗（如抗病毒、抗虫、抗除草、抗寒、抗旱、抗盐碱等）、优质的新品种提供了科学的手段。转基因技术已在棉花、大豆、玉米等主要农作物得到了很好的应用，对全球农业产生了深刻的影响。     医药研究，为人类健康服务：转基因技术可以把植物作为“生物反应器”，进行药物蛋白（疫苗、抗体等）、工业用酶、糖类、脂类等一些有益次生代谢产物的生产，具有成本低、周期短、效益高和安全性好的特点。携带不同目的的基因的转基因植物将成为人类治疗各种疑难杂症的资源丰富的“药库”和“生产车间”，不断为人类健康提供充足的药物来源。例如，烟叶已经作为“生物反应器”生产出多种有用的动物蛋白，马铃薯、香蕉和胡萝卜已经作为“生物反应器”培育含有抗乙肝炎病毒的疫苗，等等。     能源开发，促进世界经济的可持续发展；随着世界经济的发展，加速了对石油等有限的不可再生矿质能源危机，各国政府正加紧开发可再生能源。生物质能作为一种可再生的、清洁的、易实现工业化生产的新型能源，已受到广泛重视。利用转基因技术以农作物为原料生产乙醇、生物柴油等生物燃料有着光明的发展前景，以能源植物为主的生物质能将是人类未来的理想选择[4]。目前，转基因能源植物的研究已成为转基因技术领域研究的热点之一，并取得了很大的进展，生物柴油已成为世界上产量增长最快的替代燃料。     总之，转基因植物的广泛种植可以显著降低农业生产成本，提高农业生产效率：可以有效缓解人类的粮食问题、能源问题；可以大大提高人类的生活质量和健康水平；可以有效增加可利用的土地资源，扩大绿地植物面积，减少土地沙漠化和盐碱化，减少环境污染，保护生态环境。目前，转基因技术及其转基因植物已广泛应用于农业、医药、食品工业、畜牧业等各个领域，其经济效益、生态效益和社会效益都是巨大的。 1.4 国际植物转基因技术状况简介     自1983年获得转基因植物烟草短短二十五年来，转基因技术的研究和转基因植物的开发十分迅速，取得了令人鼓舞的结果。转基因技术已在多种植物上获得成功，转基因的棉花、大豆、玉米、水稻、烟草、番茄、油菜等重要粮食作物和经济作物已作为商品投入市场。转基因植物进入田间实验的种类不断增加，除转基因粮食作物之外，转基因蔬菜、瓜果、牧草、花卉、林木及特用植物数量逐渐增加，基因种类和来源日益丰富，转基因性状日趋多样复杂。据Agbios资料显示，目前全球已经批准商业化应用的转基因植物有107种，共使用了158个外源基因，其中绝大部分来源于微生物，共128个，占81%，来源于植物的基因30个。在所涉及的转基因方法中，农杆菌介导法占50种，基因枪轰击法24种，DNA直接转移法2种，电击介导法2种，化学介导法1种[5]。已把一些具有实用价值的基因，如抗虫、抗病毒、抗细菌、抗真菌、抗除草剂，抗逆境的基因以及产量、品质、雄性不育、延长保鲜期、生长发育调控等基因分别转入作物中。所转的目的基因中以除草剂抗性基因最多，其次为品质改良、抗病毒和抗虫基因。转基因作物中以转基因大豆最多，其次是转基因玉米、棉花、油菜、马铃薯等[6][7]。目前，田间实验的转基因性状主要包括5大类：（1）除草剂抗性；（2）农业有害生物，如病毒、细菌、昆虫、线虫和真菌抗性；（3）改良农艺性状，如提高产量、增强逆境（如寒冷、干旱、盐份等）耐受能力；（4）改善产品品质，如改变植物中油份、淀粉、糖类、纤维素；（5）其它性状，如选择性标记和特殊用途转基因性状（如药要蛋白、生物能源等）。     随着转基因技术的迅速发展，全球转基因作物的种植面积逐年扩大，转基因作物产业化已成为不可阻挡的态势。     美国转基因植物的研究始于20世纪70年代，1983年培育出的世界上第一例转基因植物——-抗除草剂转基因烟草，标志着人类用转基因技术改良农作物的开始。转基因作物生产加工的转基因食品和含转基因成分的产品已达6000种以上[8]。到2006年底，已有22个国家种植了转基因植物，种植面积达1亿hm2.据统计，全世界转基因研究至少在35科近200种植物中获得了成功，累计种植转基因的面积已超过5.77 hm2[9][10].。目前，转基因作物商品化种植或田间试验已遍布世界的几个主要的转基因作物种植国家。     植物转基因技术是一种技术创新，是现代科技革命的一个重要方面，在农业、生物、医学、食品、环保和能源领域具有广阔的发展前景。植物转基因技术代表了现代农业科技发展的方向，将为农作物的持续增产和解决人口爆炸所造成的粮食危机做出巨大贡献。植物转基因技术的广泛应用符合中国国情、顺应时代要求，对构建和谐社会、促进当代社会可持续发展有重要意义。正如中国科学院遗传研究所朱祯研究员所讲的；中国的农业急迫地需要转基因技术，转基因作物是救星，而不是恶魔[1]。 参考文献： [1] 朱祯，刘翔.基因作物——恶魔还是救星，农业生物技术学报，2000.8.8（1）：1-5 [2] FiecherHK,Stoger E,Schillberg S,et al. Plant-based production of biopharmaceuticals.Curr Opin Plant Biol,2004,7(2):1.52-1.58 [3] 刘平，仇广乐，商立海汞污染土壤植物修复研究进展.生态学杂志，2007，20（6）：93.3----9.37 [4] 李向群，转基因食品特点及风险有着问题.杂粮作物2007.27（4）：31.2—31.4 [5] 陈洁君，王劲等转基因作物安全性评价与商品化前景分析。农药市场信息，2007.16：15-17 [6] 李向群，转基因食品特点及风险问题。杂粮作物2007，27（4）；31.2-31.4 [7] 张莹，张永军，吴孔明，等转基因植物的检测策略和检测技术。植物保护，2007，33（1）：11-14 [8] 陈兴玲，胡建军，崔建国，转基因林木生态安全性评价研究现状，辽宁林业科技，2007（2）；50-52 [9] 张锐，王远，孟志刚等国产转基因抗虫棉研究回顾与展望。中国农业科技导报2007，9（4）：3.2-4.2 [10]王志霞，刘蔼民，科研院所转基因植物安全监管工作的饿现状与对策。农业科技管理，2007，26（2）：16-18