轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

2012/5/2 19:07:18

1 國(guó)外轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

　　植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指把從動(dòng)物、植物或微生物中分離到的目的基因，通過各種方法轉(zhuǎn)移到植物的基因組中，使之穩(wěn)定遺傳并賦予植物新的農(nóng)藝性狀，如抗蟲、抗病、抗逆、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的迅速發(fā)展，植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)方興未艾。自從 1983年首次獲得轉(zhuǎn)基因植物后，至今已有35科120多種植物轉(zhuǎn)基因獲得成功。1986年首批轉(zhuǎn)基因植物被批準(zhǔn)進(jìn)入田間試驗(yàn)，至今國(guó)際上已有30個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)數(shù)千例轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)入田間試驗(yàn)，涉及的植物種類有40多種。

　　目前，農(nóng)作物生物技術(shù)育種的研究已經(jīng)不再處于實(shí)驗(yàn)室階段，而是進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用，走到了商業(yè)化階段。近年來，轉(zhuǎn)基因植物在全球的種植面積增長(zhǎng)迅速，種植轉(zhuǎn)基因植物的國(guó)家從 1992年的1個(gè)增長(zhǎng)到1996年的6個(gè)，1998年9個(gè)，1999年進(jìn)一步擴(kuò)大到12個(gè)國(guó)家。全球轉(zhuǎn)基因植物的種植面積1996年僅為170萬hm2，1997年為1100萬hm2，1998年增長(zhǎng)到2780萬hm2，1999年又比1998年增長(zhǎng)44%，達(dá)到3990萬hm2。

　　美國(guó)轉(zhuǎn)基因植物的商業(yè)化速度進(jìn)展很快，其推廣應(yīng)用走在其它國(guó)家的前列。 1994年美國(guó)Ｃalgene公司研制的轉(zhuǎn)基因延熟番茄首次進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)，到1998年底就有30多例轉(zhuǎn)基因植物被批準(zhǔn)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。1999年全球轉(zhuǎn)基因植物種植面積中，美國(guó)就占72％，達(dá)2870萬hm2；其次是阿根廷670萬hm2；占17％；加拿大400萬hm2，占10％；我國(guó)名列第4位，1999年種植面積達(dá)30萬hm 2，占1％，其他國(guó)家的種植面積都小于1％。

　　種植的轉(zhuǎn)基因植物種類主要有：大豆，玉米，棉花，Ｃanola油菜，馬鈴薯、西葫蘆和木瓜的比例都小于1％。按轉(zhuǎn)基因植物的性狀劃分，抗除草劑占71％，如抗除草劑的大豆、Ｃanola油菜、玉米和棉花：抗蟲轉(zhuǎn)基因植物占22％，主要是抗蟲玉米和抗蟲棉；抗蟲兼抗除草劑占7％，主要是抗蟲兼抗除草劑的玉米和棉花；抗病毒和其它性狀轉(zhuǎn)基因植物的比例小于1％。

　　轉(zhuǎn)基因植物的產(chǎn)業(yè)化，尤其是轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的產(chǎn)業(yè)化，由于提高產(chǎn)量、減少除草劑、殺蟲劑等農(nóng)藥使用量和節(jié)約大量勞力，而帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。近 5年來，全球轉(zhuǎn)基因植物的銷售額成倍增長(zhǎng)，1995年僅7500萬美元，1996年增加了3倍達(dá)2.35億美元，1997年和1998年繼續(xù)增長(zhǎng)，到1999年達(dá)到21∽23億美元。

　　2　國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)基因植物研究與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

　　在國(guó)家＂ 863＂高新技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃及國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃的資助下，我國(guó)轉(zhuǎn)基因植物的研究和開發(fā)取得了顯著的進(jìn)展，有些研究已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。據(jù)1996年國(guó)生物技術(shù)學(xué)會(huì)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)投入研究和開發(fā)的轉(zhuǎn)基因植物達(dá)47種，涉及各類基因103種。近年來有近20種轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)入了田間試驗(yàn)或環(huán)境釋放階段。至1999年，農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)可進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)研制的轉(zhuǎn)基因植物有5種，它們分別是：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。

　　2．1 植物抗蟲基因工程

　　蘇云金芽孢桿菌 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(guó)首次獲得轉(zhuǎn)Ｂt基因的煙草和番茄以來，相繼獲得了轉(zhuǎn)Ｂt基因的棉花、水稻、玉米等。為了解決我國(guó)棉花生產(chǎn)受棉鈴蟲嚴(yán)重危害的問題，在國(guó)家＂863＂計(jì)劃的支持下，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所成功地人工合成和改造了Ｂt基因，并與江蘇省農(nóng)科院和山西省農(nóng)科院等單位合作將Bt基因轉(zhuǎn)入到我國(guó)長(zhǎng)江、黃河流域的棉花主栽品種，獲得了高抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因棉花品種和品系。抗蟲棉的總體抗蟲能力達(dá)80％以上，豐產(chǎn)性、適應(yīng)性與當(dāng)?shù)刂髟云贩N相當(dāng)。目前已經(jīng)有4個(gè)抗蟲棉品種通過審定并進(jìn)行推廣。農(nóng)業(yè)部基因工程安全委員會(huì)已批準(zhǔn)在安徽、山東、河北、河南、江蘇、新疆、遼寧等省區(qū)分別進(jìn)行轉(zhuǎn)Ｂt基因抗蟲棉商業(yè)化生產(chǎn)。至1999年，抗蟲棉累計(jì)種植面積已經(jīng)超過13.3萬hm2。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花所與生技術(shù)研究所合作也育成中12、中13、中17、中16、中19的轉(zhuǎn)Ｂt基因抗蟲棉新品系。此外，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花所、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和山西省農(nóng)科院棉花所等單位還以轉(zhuǎn)基因抗蟲棉為親本，育成了一批抗蟲能力在80％以上，單產(chǎn)比主栽品種高15％以上的轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉組合。擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的抗蟲棉花的育成和大面積推廣應(yīng)用，標(biāo)志著我國(guó)轉(zhuǎn)基因植物研究開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。

　　成功育成單價(jià)基因抗蟲棉花的基礎(chǔ)上，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所又與棉花所和石家莊市農(nóng)科院等單位合作將 Bt+CPTI雙價(jià)基因?qū)�入棉花，獲得一系列轉(zhuǎn)雙價(jià)基因抗蟲棉品系并獲準(zhǔn)在河北、山東、安徽、山西四省進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。

　　將具有不同殺蟲機(jī)理的兩個(gè)基因同時(shí)導(dǎo)入植物能有效地延緩棉鈴蟲抗性的形成，因而能增強(qiáng)抗蟲棉的持久抗蟲性。這一成果進(jìn)一步顯示了我國(guó)抗蟲棉研究的特色，具有更為廣闊的應(yīng)用前景。

　　為了有效控制水稻害蟲的危害，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)合作成功地獲得了轉(zhuǎn)Ｂ t基因雜交水稻，對(duì)二化螟、三化螟和稻縱卷葉螟的毒殺效果達(dá)到95％。浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)也成功地將Ｂt基因?qū)�入水稻早稻品種。目前轉(zhuǎn)Bt基因抗螟蟲水稻已進(jìn)入環(huán)境釋放階段。中國(guó)科學(xué)院遺傳所研制成功的轉(zhuǎn)ＣpTI基因抗蟲水稻也分別獲準(zhǔn)在北京、福建和山西進(jìn)入中間試驗(yàn)和環(huán)境釋放。此外，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的轉(zhuǎn)基因抗玉米螟玉米、復(fù)旦大學(xué)遺傳所研制的轉(zhuǎn)基因抗褐習(xí)虱水稻、中國(guó)科學(xué)院微生物研究所和中國(guó)林業(yè)科學(xué)院林研所研制的抗蟲轉(zhuǎn)基因楊樹也都進(jìn)入環(huán)境釋放階段。

　　2．2 抗病基因工程

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)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，并導(dǎo)入我國(guó)馬鈴薯主栽品種米拉，獲得抗病性提高Ｉ ∽Ⅲ級(jí)的抗青枯病的轉(zhuǎn)基因株系，現(xiàn)已經(jīng)農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)在四川省進(jìn)行環(huán)境釋放。目前抗菌肽基因已經(jīng)供給國(guó)內(nèi)10多家研究單位，進(jìn)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(xì)菌性潰瘍病、桑樹和桉樹青枯病、櫻桃根腫病等抗細(xì)菌病基因工程研究。

　　白葉枯病也是危害水稻生產(chǎn)的最為嚴(yán)重的病害之一。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所與國(guó)外合作研制成功的轉(zhuǎn)Ｘ a21基因抗白葉枯病水稻明恢63株系已分別在安徽省和海南省進(jìn)行環(huán)境釋放；華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院遺傳所研制的轉(zhuǎn)Ｘa21基因抗白葉枯病水稻也分別進(jìn)入中試階段。

　　真菌病也是嚴(yán)重影響農(nóng)作物生產(chǎn)的一類病害。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所與中國(guó)科學(xué)院上海植物生理研究所等單位合作，成功地克隆和修飾了植物來源的幾丁質(zhì)酶基因和葡萄糖氧化酶基因，通過花粉管通道法分別將這兩個(gè)基因?qū)�入棉花，獲得了抗黃萎病和枯萎病和枯萎的轉(zhuǎn)基因棉花，這些株系在病圃中表現(xiàn)良好，現(xiàn)已進(jìn)入中試階段。

　　在抗病毒的基因工程方面，國(guó)內(nèi)也取得了很好進(jìn)展。北京大學(xué)克隆了煙草花葉病毒ＴＭＶ、黃瓜花葉病毒ＣＭＶ、馬鈴薯Ｘ病毒等中國(guó)株系以及水稻矮縮病毒的外殼蛋白基因，研制成功的抗黃瓜花葉病毒甜椒和番茄都已經(jīng)分別在云南和福建進(jìn)入中試或環(huán)境釋放。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所研制的轉(zhuǎn)基因抗條紋病毒花生、北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心育成的抗蕪菁花葉病毒白菜和新疆農(nóng)科院核技術(shù)生物技術(shù)所獲得的抗黃瓜花葉病毒轉(zhuǎn)基因甜瓜都已分別進(jìn)入中試。此外，國(guó)內(nèi)一些研究單位還獲得了抗環(huán)斑病毒的番木瓜，抗黃矮病和黃花葉病毒的小麥等抗病毒病的基因工程植株。

　　2．3 植物抗逆基因工程

　　我國(guó)在抗鹽基因工程上已取得了一些進(jìn)展，先后克隆了脯氨酸合成酶，山菠菜堿脫氫酶，磷酸甘露醇脫氫酶及磷酸山梨醇脫氫酶等與耐鹽相關(guān)基因，通過遺傳轉(zhuǎn)化獲得了而1％NACL的苜蓿、耐0.8％NACL的草莓及耐2％NACL的煙草，這些轉(zhuǎn)基因植物已進(jìn)入田間試驗(yàn)階段。中國(guó)科學(xué)院遺傳所將ＢＡＤＨ基因?qū)�入水稻，獲得的轉(zhuǎn)基因水稻有交較高的耐鹽性，并能在鹽田中結(jié)實(shí)。

　　2．4 植物品質(zhì)改良的基因工程

　　北京大學(xué)已將編碼必需氨基酸的基因轉(zhuǎn)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(nèi)蒙試種，正準(zhǔn)備進(jìn)入中試開發(fā)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)成功地將高賴氨酸基因?qū)�入玉米，獲得的轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸含量比對(duì)照提高 10％。

　　在控制植物發(fā)育的基因工程中，較為成熟的技術(shù)延遲成熟番茄的研究。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院植物所分別獲得了這種轉(zhuǎn)基因番，貯存時(shí)間可延長(zhǎng) 1∽2個(gè)月，有的可達(dá)80多天。1997年農(nóng)業(yè)部基因工程安全委員會(huì)已批準(zhǔn)這種耐儲(chǔ)存番茄進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)利用反義基因技術(shù)培育的耐儲(chǔ)存番茄新品種已進(jìn)行環(huán)境釋放。

　　北京大學(xué)成功地將與植物花青素代謝有關(guān)的查而酮合酶基因?qū)�入花卉植物矮牽牛，轉(zhuǎn)基因矮牽牛的花色呈現(xiàn)自然界沒有的變異，提高了花卉的觀賞價(jià)值。轉(zhuǎn)基因蘭花和轉(zhuǎn)基因非洲菊的研究工作正在進(jìn)行中。

　　2．5 植物葉綠體基因工程

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所在國(guó)內(nèi)較早開始進(jìn)行植物葉綠體遺傳轉(zhuǎn)化研究。 1996年建立了煙草葉綠體遺傳轉(zhuǎn)化體系，并成功地將Ｂt基因?qū)�入煙草葉綠體中，轉(zhuǎn)基因植物殺蟲效果顯著]。他們還將固氮酶基因、抗劑基因和綠色熒光蛋白基因?qū)�入了煙草葉綠體。

　　2．6 植物生物反應(yīng)器

　　利用轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白的研究逐漸受到各國(guó)的重視，研究探索的熱點(diǎn)之一是利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)口服疫苗。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所的科研人員將乙型肝炎病毒表面抗原基

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