农业发展转基因技术研究

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摘要：综述转基因技术在提高农作物抗生物/非生物胁迫中的能力，以及在改良农作物遗传品质等方面的作用，并提出了做好安全监管工作的建议，使转基因技术为人类带来更多福祉。

关键词：农作物；转基因技术；农业发展

农业转基因技术就是打破不同物种间天然杂交的屏障，将高产、抗胁迫、高营养品质等已知功能的基因利用分子生物学技术转移到目的农作物体内，使其在原有遗传基础上获得新的功能特性，来提高农作物的抗胁迫能力或某种营养成分的含量，从而获得新的农作物品种，进一步能满足人类的需要。自从首例转基因作物于1983年问世以来，近年来农作物转基因已获得了蓬勃的发展，截止2014年转基因农作物在全球种植面积已达1.81亿hm2。目前转基因技术已渗透到农业生产的方方面面，如利用转基因技术提高植物的抗逆性、抗病虫害等能力，对于农业转基因技术而言可以说已经进入以抢占技术制高点与经济增长点为目标的战略机遇期，已渗透到农业生产的方方面面。

1转基因技术促进作物抗病虫害作用

通过分子生物学技术获得抗病虫害基因再利用转基因技术导入到农作物的体内，使目的作物表现出相应的抗病虫害的特性。早在1901年就从染病的家蚕体液中分离出一种对部分鳞翅目（Lepidoptera）昆虫幼虫具有毒杀作用的苏云金芽孢杆菌，即现在所说的Bt。Bt在芽胞形成过程中，可产生具有杀虫作用的晶体蛋白（即δ-内毒素，δ-endotoxins），将编码这种蛋白的基因转入农作物将对鳞翅目、双翅目、鞘翅目等多种昆虫的幼虫以及无脊椎动物有特异的毒杀作用，这是关于利用转基因技术来提高农作物抗病虫害的最早起源。目前采用转基因技术来提高植物的抗病虫害能力已延伸到了烟草、棉花及水稻当中，并取得了不错的成果，如英国已将豇豆种子中的胰蛋白酶抑制剂基因（即产物为胰蛋白酶抑制剂）转入烟草，通过引起多种昆虫消化不良，达到抗虫作用。利用转基因技术来提高农作物的抗病性源于1986年美国将烟草花叶病毒（TMV）的病毒外壳蛋白基因转入烟草，从而使转基因烟草及其后代表现出对TMV的抗性。目前主要采用反义RNA技术或转基因技术使农作物获得抗病性，现已通过分子生物学技术已克隆获得了多种与抗病的相关基因：如水稻矮缩病毒的外壳蛋白基因[1]、抗黄萎病的枯萎几丁质酶基因[2]，研究证实这些基因可直接或间接提高转基因系作物对病害胁迫的耐受性。

2转基因技术提高植物抗非生物胁迫作用

农作物在生长发育过程中不可避免地会受到外界环境的影响，如盐碱、旱高温、低温等非生物胁迫。这些非生物胁迫会引起作物体内发生一系列的生理生化反应，如常表现为植物生长代谢的可逆性抑制，但严重时则会导致整株植物死亡。近年来我国在耐盐基因工程研究方面已取得了较大进展，已克隆到了山菠菜碱脱氢酶、脯氨酸合成酶等与耐盐相关的酶的基因，将这些基因转入作物体内，可提高植物细胞的渗透压，从而可增强作物的抗盐能力，目前通过遗传转化获得的耐盐转基因烟草、草莓和苜蓿等植物已进入田间试验阶段[3]。另外，通过转基因技术提高作物抗除草剂能力可直接节省通过化学方法来控制杂草的开支，据估计美国每年用在除草剂上的开支约为50亿美元。抗除草剂转基因作物的研究和推广一直以来都是转基因领域的研究热点，目前全球已成功开发并商业化的抗除草剂转基因作物主要有玉米、水稻、大豆、烟草、甜菜、棉花等，部分作物已开始大面积种植，如玉米、大豆、棉花等。抗除草剂转基因作物在1998～1999年间对全球转基因作物增长的贡献最大，占所有转基因作物种植面积的69%。

3转基因技术改良作物遗传品质

优质农作物一直以来都是全人类追求的目标，转基因技术可以帮助人类将这一目标变为现实。通过转基因技术改良作物的遗传品质多数是将能合成特定产物的基因转入植物体内，使其种子或其他贮藏器官如块茎、块根等中蛋白质含量、氨基酸组成、多糖化合物组成等得到改进。目前已发展了异源蛋白基因的转移和表达、同源蛋白基因的过量表达以及增加游离的必需氨基酸的含量等改良作物蛋白质营养价值的分子生物学方法。如将高赖氨酸蛋白基因引入小麦能使其种子中蛋白质及其赖氨酸的比例都提高10%以上[4]；将什曼原虫的蝶呤还原酶（PRT1）转入拟南芥和烟草中能在一定程度上提高植物叶酸的含量[5]；华中农大和中科院植物研究所已分别获得了延迟成熟的转基因番茄，储藏时间长达1～2个月，甚至80d以上[6]，能降低番茄在运输、储藏时的经济损失；另外目前已获得富含叶酸、维生素C和高花青素的西红柿等。

4结语

综上所述，转基因技术极大促进了农业生产的发展，为解决全球不断增长的粮食需求和保障农业可持续发展发挥了重要作用。由ISAAA的统计报告可知，至2012年通过种植转基因作物增加的农作物产量价值达982亿美元，节省土地1.087亿hm2，杀虫剂使用减少4.73亿kg，有效保护了生态环境和生物多样性[7]，所以众多学者发出“反转误国”之声。本文通过分析转基因技术在农业生产中运用发现，转基因技术在作物改良上已表现出比常规育种和诱变育种的优势，的确能够为人类创造更多收益。不过目前关于转基因农作物是否对人体存在危害仍然没有一个明确的答案，因此不能以偏概全对待转基因农作物。为了确保安全，可开发和应用安全标记基因以减少公众对抗性标记基因可能带来的潜在危害的担扰；同时要进一步开发新技术尽可能减少转基因技术所存在的不如意的地方，如可采用叶绿体基因工程，该技术在安全、高效转基因方面有突出表现[8-9]，能将外源基因准确、高效地插入。目前叶绿体转基因已在拟南芥[10]、烟草[11]、马铃薯[12]等作物中获得了成功。当然在做好安全工作的同时，要分类别对待转基因技术。对能够显著提高作物优良遗传品质和农艺性状的、人类不需要直接食用的且已获得安全证书的转基因作物的种植可扩大；而对于需要直接食用的转基因作物则应当审慎监管，毕竟转基因作物可能是一把双刃剑，在为公众带来巨大收益和回报的同时，也有可能对生命安全存在着潜在危险。为了让全球农业种植者获得更大收益，转基因作物的发展和推广就要在相关部门的监管和支持下做到更透明可控，为社会发展和人类健康带来更大的福祉。

参考文献

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[4]孙晓波，房瑞，余桂红，等.转高赖氨酸含量基因（Cflr）小麦植株的获得及种子中蛋白质和赖氨酸的含量分析[J].江苏农业学报，2010（16）:1162-1169.

[5]鹿晔，刘晓宁，姜凌，等.过表达蝶呤还原酶PTR1基因促进植物叶酸合成的研究[J].中国农业科技导报，2012（14）：49-56.

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作者：宋小青1 刘颖慧1 魏会平1 董志平2 单位：1. 河北北方学院 2. 河北省农林科学院谷子研究所