生物前沿科技－植物轉基因工程 - 植物知識

植物轉基因技術是指把從動物、植物或微生物中分離到的目的基因，通過各種方法轉移到植物的基因組中，使之穩定遺傳並賦予植物新的農藝性狀，如抗蟲、抗病、抗逆、高產、優質等。隨着現代生物技術的迅速發展，植物轉基因技術方興未艾。自從1983年首次獲得轉基因植物後，至今已有35科120多種植物轉基因獲得成功。1986年首批轉基因植物被批准進入田間試驗，至今國際上已有30個國家批准數千例轉基因植物進入田間試驗，涉及的植物種類有40多種。

種植的轉基因植物種類主要有：大豆，玉米，棉花，油菜，馬鈴薯、西葫蘆和木瓜等。轉基因植物的產業化，尤其是轉基因農作物的產業化，由於提高產量、減少除草劑、殺蟲劑等農藥使用量和節約大量勞力，而帶來巨大的經濟效益和社會效益。在國家＂863＂高新技術研究與發展計劃及國家科技攻關計劃的資助下，我國轉基因植物的研究和開發取得了顯著的進展，有些研究已經達到國際先進水平。據1996年國生物技術學會統計，我國投入研究和開發的轉基因植物達47種，涉及各類基因103種。近年來有近20種轉基因植物進入了田間試驗或環境釋放階段。至1999年，農業部批准可進行商業化生產的國內研製的轉基因植物有抗蟲棉花、改變花色的矮牽牛、延熟番茄、抗病毒的甜椒和番茄等。

近年來，我國的轉基因植物研究和產業化進程中的主要成果有：

1.植物抗蟲基因工程

蘇雲金芽孢桿菌Bt晶體毒素蛋白基因是最早被利用的殺蟲基因。自從1987年我國首次獲得轉Ｂt基因的菸草和番茄以來，相繼獲得了轉Ｂt基因的棉花、水稻、玉米等。爲了解決我國棉花生產受棉鈴蟲嚴重危害的問題，在國家＂863＂計劃的支持下，中國農業科學院生物技術研究所成功地人工合成和改造了Ｂt基因，並與江蘇省農科院和山西省農科院等單位合作將Bt基因轉入到我國長江、黃河流域的棉花主栽品種，獲得了高抗棉鈴蟲的轉基因棉花品種和品系。抗蟲棉的總體抗蟲能力達80％以上，豐產性、適應性與當地主栽品種相當。目前已經有4個抗蟲棉品種通過審定並進行推廣。擁有我國自主知識產權的抗蟲棉花的育成和大面積推廣應用，標誌着我國轉基因植物研究開始進入產業化發展階段。

將具有不同殺蟲機理的兩個基因同時導入植物能有效地延緩棉鈴蟲抗性的形成，因而能增強抗蟲棉的持久抗蟲性。這一成果進一步顯示了我國抗蟲棉研究的特色，具有更爲廣闊的應用前景。

2.抗病基因工程

中國農業科學院生物技術研究所已成功地人工合成和改造了來自天蠶蛾的抗菌肽基因，並導入我國馬鈴薯主栽品種米拉，獲得抗病性提高Ｉ∽Ⅲ級的抗青枯病的轉基因株系，現已經農業部批准在四川省進行環境釋放。目前抗菌肽基因已經供給國內10多家研究單位，進行抗水稻白葉枯病、馬鈴薯軟腐病、花生和番茄的青枯病、大白菜軟腐病、柑桔細菌性潰瘍病、桑樹和桉樹青枯病、櫻桃根腫病等抗細菌病基因工程研究。

在抗病毒的基因工程方面，國內也取得了很好進展。北京大學克隆了菸草花葉病毒TMV、黃瓜花葉病毒CMV、馬鈴薯Ｘ病毒等中國株系以及水稻矮縮病毒的外殼蛋白基因，研製成功的抗黃瓜花葉病毒甜椒和番茄都已經分別在雲南和福建進入中試或環境釋放。

3.植物抗逆基因工程

我國在抗鹽基因工程上已取得了一些進展，先後克隆了脯氨酸合成酶（proA），山菠菜鹼脫氫酶（BADH），磷酸甘露醇脫氫酶（mtl）及磷酸山梨醇脫氫酶（gutD）等與耐鹽相關基因，通過遺傳轉化獲得了而1％NACL的苜蓿、耐0.8％NACL的草莓及耐2％NACL的菸草，這些轉基因植物已進入田間試驗階段。中國科學院遺傳所將BADH基因導入水稻，獲得的轉基因水稻有交較高的耐鹽性，並能在鹽田中結實。

4.植物品質改良的基因工程

北京大學已將編碼必需氨基酸的基因轉入馬鈴薯，獲得含高必需氨基酸的馬鈴薯品系，這些品系已在內蒙試種，正準備進入中試開發。中國農業大學成功地將高賴氨酸基因導入玉米，獲得的轉基因玉米中賴氨酸含量比對照提高10％。

在控制植物發育的基因工程中，較爲成熟的技術延遲成熟番茄的研究。華中農業大學和中國科學院植物所分別獲得了這種轉基因番，貯存時間可延長1∽2個月，有的可達80多天。1997年農業部基因工程安全委員會已批准這種耐儲存番茄進行商業化生產。中國農業大學利用反義基因技術培育的耐儲存番茄新品種已進行環境釋放。

5.植物葉綠體基因工程

中國農業科學院生物技術研究所在國內較早開始進行植物葉綠體遺傳轉化研究。1996年建立了菸草葉綠體遺傳轉化體系，併成功地將Ｂt基因導入菸草葉綠體中，轉基因植物殺蟲效果顯著]。他們還將固氮酶基因（nifH和nifM）、抗劑基因（bar基因）和綠色熒光蛋白（GFP）基因導入了菸草葉綠體。

6.植物生物反應器

利用轉基因植物作爲生物反應器生產藥用蛋白的研究逐漸受到各國的重視，研究探索的熱點之一是利用轉基因植物生產口服疫苗。中國農業科學院生物技術研究所的科研人員將乙型肝炎病毒表面抗原基因導入馬鈴薯和蕃茄，飼餵小鼠試驗檢測到較高的保護性抗體，濃度足以對人類產生保護作用。該所還進行了利用植物葉綠體作爲生物反應器生產藥用蛋白的探索，目前已將丙肝病毒（HCV）抗原基因導入衣藻葉綠體。利用轉基因植物生產口服疫苗可以大大降低疫苗的生產成本，在發展中國家更有良好的發展前景。

21世紀植物轉基因技術對於我國農業的可持續發展和16億人中的食物安全將發揮重要的作用。從目前情況看，抗蟲、抗除草劑基因工程產品開發較快，抗病基因工程的研究開發需要進一步深入，抗逆、品質改良、生長髮育等基因工程還有待基礎研究的新的突破。無論如何，我國植物基因工程技術體系已經初步建立，並取得了可喜的令人矚目的進展。神奇的基因技術發展前景無可限量。