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转基因技术在我国农业上的应用
摘要：运用转基因技术所获得的转基因植物目前已应用于我国农业多个领域。主要是向农作物转入各种有用基因，特别是抗有害生物(病原体、害虫、杂草等)、抗逆境 (干旱、盐碱、寒冷、炎热等)、增加农产品产量和品质 、改变生长发育特性 、提高光合效率等方面的基因，培育符合人类目标的新品种。在我国转基因水稻、棉花、玉米等作物已大面积种植，大大降低了农药的用量，得到高产优质的农作物。
关键字：转基因；农业；应用
正文：
转基因技术在农业上的应用最为广泛，主要是利用重组DNA技术将外源基因导入农作物细胞中去，改造生物的遗传物质，使其在性状、营养品质、消费品质等方面向符合人类所需要的方面转变[1]。通过基因工程技术获得的植物称为转基因植物[2]。自1993年首次获得转基因烟草、马铃薯以来，植物基因工程的研究和开发进展十分迅速。国际上获得转基因的植物已达100种以上，包括水稻、玉米、马铃薯等作物；棉花、大豆、油菜、亚麻、向日葵等经济作物；番茄、黄瓜、甘蓝、胡萝卜、茄子、芹菜等蔬菜作物；苜蓿、白三叶草等牧草；苹果、梨、木瓜、甜瓜、草莓等水果；矮牵牛、菊花、香石竹等花卉。
我国转基因植物研究虽起步较晚，但由于我国确立了正确的转基因植物发展策略，并将其及时列入国家重点扶持的“863”高科技发展计划，因此发展较快。20多年来，植物转基因技术取得了飞速的发展和喜人的成果，至今已有35科120多种植物转基因获得成功[3]。
1 转基因技术在我国产生的农业背景
1.1 主要作物的病虫害逐年加重
我国每年喷施的大量农药既加重了农民负担，又严重破坏了人类赖以生存的生态环境，还造成了食物中的大量农药残留，危害人类健康。因此，增加品种的抗虫性，减少农药的使用量是一个紧迫的问题。
1.2 高产品种需肥量大
目前我国大部分地区作物生产的施肥量已经超过了土地的承受能力，大量施肥除加重农民负担外，土壤退化、江河湖海的富营养化正成为农业和环境可持续发展的严重障碍。培育肥料高效利用的品种，在保持高产稳产的同时降低肥料用量也迫在眉睫。
1.3 水资源日趋短缺
除西北长期缺水、华北旱灾频繁外，旱灾在长江流域发生的频率近年也有很大提高。据统计，我国农业耗水约占全国耗水量的百分之70 ，所以培育抗旱品种，降低农业用水对国民经济乃至人类社会的生存和发展至关重要。
1.4 土壤质量下降
我国北方的盐碱地面积很大，南方热带、亚热带土壤普遍为酸性，铝离子的毒害是一个严重问题。这些不良环境对农作物的种植和产量潜力的发挥均有限制作用。
2 常用的植物转基因方法
2．1 农杆菌介导转化法
农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根瘤农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T—DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T—DNA插入到植物基因组中[4]。因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。将目的基因插入到经过改造的T—DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植物。
2．2 基因枪介导转化法
利用火药爆炸或高压气体加速(这一加速设备称为基因枪)，将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送人完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株。选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪转化法的一个主要优点是不受受体植物范围的限制。而且其载体质粒的构建也相对简单，因此也是目前转基因研究中应用较为广泛的一种方法。
2．3 花粉管通道法
花粉管通道法是指在授粉后向子房注射合目的基因的DNA溶液，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，可应用于任何开花植物，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者也易于掌握。
3 转基因技术在我国农业上的主要应用
3．1 抗除草剂方面 主要有3种方法：①将除草剂作用的酶或蛋白质的基因转进植物，使其拷贝数增加，使转基因作物中这种酶或蛋白质的量大大增加，从而使该作物对除草剂产生抗性；②使以除草剂为底物的酶的基因转到植物中，该基因编码的酶在转基因作物中将除草剂催化分解，达到保护植物的目的；③使利用除草剂能识别和作用植物特定酶的特定位点的这一特点，用基因突变的方法使该位点上相应的氨基酸发生突变，除草剂不能识别而使转基因作物对除草剂不敏感[5]。
3．2 抗虫害方面 在国家“863”计划的支持下，中国农业科学院生物技术研究所成功地人工合成和改造了植物抗虫害的Bt基因，获得了高棉铃虫的转基因棉花品种和品系。此外，中国农业科学院棉花所、南京农业大学和山西省农科院棉花所等单位还以转基因抗虫棉为亲本，育成了一批抗虫能力在80％以上，单产比主栽品种高15％以上的转基因抗虫杂交棉组合。拥有我国自主知识产权的抗虫棉花的育成和大面积推广应用，标志着我国转基因植物研究开始进入产业化发展阶段。
3．3 抗病毒基因工程 中国农业科学院生物技术研究所已成功地人工合成和改造了来自天蚕蛾的抗菌肽基因，并导人我国马铃薯主栽品种米拉，获得抗病性提高I～Ⅲ级的抗青枯病的转基因株系，现已经农业部批准在四川省进行环境释放。目前抗菌肽基因已经供给国内10多家研究单位，进行抗水稻白叶枯病、马铃薯软腐病、花生和番茄的青枯病、大白菜软腐病、柑桔细菌性溃疡病、桑树和桉树青枯病、樱桃根肿病等抗细菌病基因工程研究。
在抗病毒的基因工程方面，国内取得了很多很好的进展。北京大学克隆了烟草花叶病毒TMV、黄瓜花叶病毒CMV、马铃薯x病毒等中国株系以及水稻矮缩病毒的外壳蛋白基因，研制成功的抗黄瓜花叶病毒甜椒和番茄都已经分别在云南和福建进入中试或环境释放。中国农业科学院油料研究所研制的转基因抗条纹病毒花生、北京市农林科学院蔬菜研究中心育成的抗芜菁花叶病毒白菜和新疆农科院核技术生物技术所获得的抗黄瓜花叶病毒转基因甜瓜都已分别进入中试。很多转基因植物可表达特殊抗性，如番茄表达狂犬病病毒表面蛋白烟草和马铃薯表达霍乱毒素B亚基(cT—B)[6]与大肠埃希氏菌肠毒素B亚基(LT．B)[7]、烟草表达人类巨细胞病毒表面蛋白[8]、烟草表达猪传染性胃肠炎病毒的B蛋白质(TGEV—S)、烟草和[9]马铃薯生产诺沃克病毒衣壳蛋白(NVCP)等[10]。此外，国内一些研究单位还获得了抗环斑病毒(PRSV)的番木瓜，抗黄矮病和黄花叶病毒的小麦等抗病毒病的基因工程植株[11]。
3．4 植物抗逆基因工程 我国在抗盐基因工程上已取得了一些进展，先后克隆了脯氨酸合成酶(proA)，山菠菜碱脱氢酶(BADH)，磷酸甘露醇脱氢酶(mt1)及磷酸山梨醇脱氢酶(gutD)等与耐盐相关基因，通过遗传转化获得了耐l％NaC1的苜蓿、耐0.8％NaC1的草莓及耐2％NaC1的烟草，这些转基因植物已进入田间试验阶段[12]。中国科学院遗传所BADH基因导入水稻，获得的转基因水稻有较高的耐盐性，并能在盐田中结实。
4 转基因技术在我国农业的发展前景
近年来，我国应用转基因技术培育出了抗虫性强的棉花、玉米、水稻等。抗虫棉已大面积种植，它的推广大幅度地降低了农药的用量。抗虫水稻已具备了产业化的条件。我国已培育出直链淀粉含量明显降低、蒸煮和食味品质明显改善的水稻。科学家通过转基因技术培育的延缓叶片衰老的水稻，单株生产力显著提高。转基因植物为我国农业的贡献是显而易见的，解决了13亿人的吃饭问题。
与此同时，转基因植物的安全性也有待时间的验证。1999年美国斑蝶事件[13]和加拿大转基因油菜事件[14]，2001年墨西哥玉米基因污染事件[15]这一系列事件是给我们的警告。转基因植物由于插入了外源基因，得到的品种不再是自然界原有的物质，所以对整个食物链以及生态平衡都有深刻影响。可能产生自然界本身循环不易消灭的物种。而且转基因食物对人类的健康是否有害也还需要时间的考证。
所以，我国应当建立完善的评估体系，尽量减少对自然有害的植株的产生。让转基因技术务于农业却又不完全依赖于转基因。
参考文献
[1]刘巧泉,姚泉洪,王红梅.(2004) 转基因水稻胚乳中表达铁结合蛋白提高稻米含量.遗传学报,31(5):518-524.
[2]孙晖,张丽萍.(2008)现代生物学进展.长春:吉林大学出版社:202-203.
[3]曲岷,宋健,白吉刚.(2008)植物转基因及其在农业中的应用.海洋湖沼通报.(4):123-128.
[4]瞿礼嘉,顾红雅,胡苹.(2001)现代生物技术导论.北京:高等教育出版社.241-286.
[5]宋艳茹,彭学贤.（2005）转PVY外壳蛋白基因马铃薯及其田间试验.植物学报,38(9):71l-718.
[6]Arakawa T,Chong D K,Langridge W H.(2006)Efficacy of a food plant-based oral cholera toxin B subunit vaccine.Nat Bio teehnol,16(3):292-297.
[7]杨支才,周倩明.(2003)转基因水稻研究进展.湖南农业大学学报:自然科学版,29(1):85-88.
[8]Mason H S,Haq T A,Clements J D.(2003)Edible vaccine protects Mice against Escherichia coli heat-lahile enterotoxin:potatoesex.Pressing a synthetic LT-B gene.Vaccine,16(13):1336-1343.
[9]Ahpter F,Baisakh N,Beachy R.(2005)Particle bombardment and the genetic enhancement of crops:myths and realitie.Mol Breeding,15(3):305-327.
[10]汪正,刘坚.(2004)转基因植物研究进展. 生物学教学,27(9):1-3.
[11]朱来华.(2003)转基因技术在现代农业中的应用.检验检疫科学,13(2):26-33.
[12]殷丽君,孔瑾.(2002)转基因食品.北京: 化学工业出版社.
[13]Losey J E, Rayor L S.(2002)Transgenic pollen harms monarch larvae,Nature,399:214.
[14]张永军,吴孔明,彭于发,郭予元.(2009)转基因植物的生态风险,生态学报,22(11):1951-1959.
[15]David Q,Chapela I H.(2001)Transgenic DNA introgressed into tradi-tional maize landraces in Oaxaca,Mexico.Nature,414:541-43.