转基因技术在农作物育种工作中的应用现状

杨宝丽 陈世国

1、深圳市农业科技促进中心2、深圳市种子同业商会

前言

利用转基因技术进行农作物育种，可以培育出拥有极高抗病性和抗虫性的优质农作物品种，可以使农作物的产量和质量有明显提升。所以，相关部门需要深入研究转基因技术，并将该技术合理应用于农作物育种方面，以此培育出优质农作物品种，为加快农业产业发展奠定基础。

1 转基因育种技术

1.1 农杆菌介导的基因转移

农杆菌是一种在土壤中普遍存在的革兰氏阴性细菌，可以在自然环境的影响下感染多数双子叶植物的根系，导致植物根系在感染细菌之后出现壮根的情况。Ti 质粒和Ri 质粒分别存在于根瘤农杆菌和发根农杆菌的细胞之中，当植物伤口处感染农杆菌之后，会向植物的基因组中插入农杆菌的T—DNA 区，对植物的遗传基因进行天然转化。人们先改造T—DNA 区，再将目的基因插入其中，在农杆菌的感染作用下，将外源基因转移到植物细胞中，并促进两者的融合，实现对转基因植株的培育。

1.2 在原生质体或细胞受体基础上转移基因

借助激光微束、聚乙二醇和微注射等方法向细胞或原生质体当中导入目的基因，完成对转基因植物的培养。其中，借助基因枪介导转化法进行转基因植株培养，利用火药爆炸产生的力将包含在高速微弹中的目标基因插入植株细胞中，在经过一段时间的细胞培育之后，就会生成具有转基因的新植株。不同于农杆菌介导转化法，使用基因枪转化法进行转基因植物培养的优势在于，受体植物范围不受限制，而且能够简化载体质粒的构建过程，目前广泛应用于转基因研究之中。

1.3 种质系统的基因转移

种质系统的基因转移主要包括子房注射法和花粉管通道法，通过将外源基因导入植物中，完成转基因植株的培育。在使用花粉管通道法进行转基因植物培养时，需要先进行植物授粉，然后再将目的基因注射到植物子房之中。利用植物开花后形成的花粉管通道向受精卵细胞中导入外源DNA，对整合外源基因的细胞进行培育，使新个体具有新基因性状。花粉管通道法的优势在于在对人工再生植株进行培养时，可以不依赖组织培养，而且操作简单，方便育种工作人员掌握应用[1]。

2 转基因技术在农作物育种方面的应用

在农作物育种方面使用转基因技术，为农作物育种开辟了一条新路。通过使用转基因技术向植物中导入外源基因，可以实现对农作物品种的改良和优化。现如今，虽然在对转基因植物进行研究过程中存在转化率低的问题，而且只可以对少数农作物和基因型进行转化培养，再生植物存在遗传性能不稳定的情况，但是，转基因植物也具有明显的优势，不仅可以提高产量，而且在抗虫和抗病方面也有极大的优势[2]。

2.1 培养优质转基因农作物

为了对农作物的蛋白质品质进行改良，最有效的一种方法，就是从自然界的植物体内提取分子含量少且富集，并且含有硫氨基酸的蛋白质基因，然后将其向适当受体中转入，如此一来，可以有效提高农作物产品质量。比如，美国就曾向马铃薯中转入了富含氨基酸的蛋白质基因，可以在马铃薯的植株和块茎当中检测出活性甜蛋白基因。另外，利用转基因技术培养优质转基因农作物，还可以延长农作物的货架期。以世界上研究出的第一例可食用重组番茄为例，将反应多聚半乳糖醛酸基因导入番茄组织之中，可以在基因的影响下，延迟番茄的软化时间，使重组番茄的货架期明显延长。

2.2 培养抗虫转基因植物

通过调查可知，全球农作物害虫种类约有67000种，为了提高农作物的抗虫性，避免农作物因为受到虫害侵蚀而降低产量，需要利用转基因技术对抗虫转基因植物进行培育。到目前为止，我国在培育抗虫转基因农作物时主要采用两种方式，第一种是利用苏云金芽孢杆菌中所包含的杀虫晶体蛋白金BT，第二种则是利用豇豆等农作物中所包含的胰蛋白酶抑制剂基因。可以利用BT 基因进行转基因培养的农作物有棉花和马铃薯等，可以获得较为理想的杀虫效果。我国转基因农作物研究专家曾经将常规育种技术和转基因技术相结合，开展农作物育种工作，可以有效突破物种的界限，并且向棉花基因组中导入了克隆的有利基因，培养出具有抗虫性的棉花品种。到目前为止，我国在某些领域的研究在国际上已处于领先水平，在未来还需深入研究转基因技术在农作物育种工作的应用，培育出更加优质的农作物品种。

2.3 培育抗除草剂转基因植物

对抗除草剂转基因植物进行培养具有明显的商业优势，而且在环境保护方面发挥着重要作用。通过研究得知，抗除草剂作物的性状是由单基因控制的，所以此方面的研究工作推进极为顺利。研究人员可以把除草剂失活酶导入植株之中，可以培养出拥有除草剂抗性的植物。或者可以向植株当中导入对除草剂不敏感突变株的定靶酶，作用与前者相同。

2.4 培育抗病毒性转基因植物

现阶段，在培育抗病毒性转基因植物方面，为了取得最为理想的研究成果，所应用的最有效的一项技术就是转移病毒外壳蛋白基因技术。在20 世纪80 年代，第一次向烟草和番茄中导入TMV 外壳蛋白基因，成功获得对TMV 具有抗性的转基因植物。到目前为止，我国已经可以成功向番茄、烟草等多种农作物中导入CMV、PMV 等病毒外壳基因，培育出能够有效抵抗多种农作物疾病的转基因植株。

2.5 培育抗细菌、真菌的转基因植物

为了培养出具有抗细菌、抗真菌性能的转基因植物，研究人员需要先对抗病植株中所含有的抗病基因进行克隆处理，然后挑选出容易感染疾病的植株，将克隆的抗病基因导入其中，如此可以使易感病植物的抗病性能有明显提升。

2.6 培育保健型转基因植物

以前，要想提取具有商业价值的物质，需要使用稀有植物或者是其他生物体。现如今，在基因工程发展的大环境下，可以通过使用转基因技术栽培转基因植物，以确保生产出的物质具有商业价值。例如，研究人员把水仙的部分基因转移到水稻当中，这样生产出的大米中就含有β- 胡萝卜素，这样人们在食用大米之后，可以快速在体内合成维生素a，保证儿童的健康成长，降低儿童失明和贫血疾病的发生概率。此外，可以应用转基因技术改造和培育西红柿品种，提高西红柿果皮中的黄烷酮含量。在水稻植株中转入大豆的遗传基因，可以使人们通过食用水稻实现对高胆固醇等疾病的预防。

3 转基因农作物品种的安全性评价和管理

3.1 安全性评价

在转基因技术不断发展的大环境下，转基因品种开始向着市场化方向转变，当前人们关注的焦点开始转移到转基因产品的安全性问题方面，人们主要关注的方面有两点：第一点是食品安全问题，第二点是环境安全问题。现如今，国内外对于转基因农作物产品所具有的看法不同。许多专家在大力宣传转基因技术应用的优势，既可以促进农业产业发展，又能实现对生态环境的保护，同时，转基因农作物还具有一定的保健作用。提出了人们对转基因作物的顾虑是没有科学依据，而且具有一定的盲目性，特别指出，转基因植物与自然界的原生植物基本相似。从20 世纪90 年代中期开始，美国和西欧等一些国家相继评价了转基因农作物，而且获取了一致的评价结果，认为转基因农作物品种比传统农作物品种更加安全。比如，美国一家公司曾经检验研制的转基因耐除草剂大豆，主要对大豆中的蛋白质和脂肪等成分进行检查，而且还分析了大豆中的棉子糖和水苏等含量。在经过多项研究之后，证实转基因大豆品种与常规品种并无任何差异。就国内而言，研究较为深入的是转基因抗虫棉，研究人员对抗虫棉的性状表达的稳定性等内容进行了检查，检查结果发现与常规棉花品种相比，并没有异常情况[3]。

但是，有许多专家对转基因作物的安全性抱有怀疑态度，认为植物在经过长期进化的过程中才产生了当前的基因组合，如果依靠外在力量对基因组合进行修改，或者是在原有基因组合中插入外源基因进行替换，必然会影响作物的安全性。而且，到目前为止，研究人员依然无法对基因插入点进行准确预测，也无法确保外源基因可以与基因进行准确的定点整合，再加上我国当前并没有深入完善转基因技术，因此，并没有办法培育出十全十美的转基因作物。比如，在种植培育出的抗除草剂转基因棉花时，棉铃会在收获之前提前脱落，或者棉铃出现畸形。而对于转基因番茄而言，部分果实虽然个头大、颜色鲜艳，但是却失去了原有的番茄味道。除此之外，培育转基因还有可能会对环境造成破坏，比如在种植抗除草剂作物时，担心与作物有亲缘关系的杂草获取作物中的抗除草剂基因，导致新生的杂草能够有效抵抗除草剂，导致种植户必须使用大量的除草剂除草，从而形成恶性循环。另外，认为部分转基因品种的繁殖是不受抑制的，会在被释放的前提下大量繁殖，从而破坏生态系统。

3.2 安全管理

虽然转基因技术有着广阔的发展前景，但是，因为转基因技术属于全新的研究领域，依照当前的科技水准，无法对基因在受体生物中的性状表现进行全面、准确的预测，而且也无法预见使用转基因技术所培育出的新型转基因植物在性状和组合方面存在的潜在风险。所以，当前最亟需解决的一个问题就是转基因品种的安全问题，需要制定严格的制度全程监控和管理利用转基因技术培育新品种的全过程，并对全过程进行安全性评价，在此基础上，实现对人类社会安全的保护，并有效平衡生态环境，以此保障转基因技术在未来的长远发展。从20 世纪70 年代中期开始，全球第一个实验基因工程法规由美国制定，紧随其后有超过20 个国家也与自身情况相结合，制定了相关准则和法规。一直到1993 年，我国的基因工程安全管理法出台，以转基因工程工作的潜在危险度为依据对其安全等级进行划分。到了20 世纪初期，我国法律规定必须要在有明显文字标注的情况下，才可以进行转基因植物品种销售，并提示在使用转基因植物品种的过程中需要采取的安全控制措施。我国还出台了农业转基因生物安全管理条例，对于违反规定的机构和人员提出了明确的处罚措施。随着一系列法规的颁布落实，我国开始采取法制化手段管理农业转基因技术产品，以此保证食品安全，并促进我国转基因技术的发展。

4 转基因作物的应用前景

生物技术的研究时间较长，而且在经过一段时间的发展之后，转基因植物正在向着商业化方向发展。在20 世纪90 年代初，我国的转基因烟草被首次允许种植，此后，世界上被允许进行商业化种植的转基因作物达到35 种。在未来，该技术会在更多的作物品种培育上运用，培育出更多的新型优质作物品种。由此可见，转基因植物在未来有着极其广阔的发展前景，而且随着深入推进转基因植物种植，作物效益将会不断提升。到20 世纪，生物技术开始步入新的发展阶段，将通过有效运用生物技术研究出更多优质、高产的农作物品种，并在此后扩大转基因作物的种植规模，以此带动农业发展，既可使作物产量有所提升，也能够使传统农药的使用量有效减少，在此基础上保证了土壤的可持续耕作能力，并实现了对生态环境的保护，保证了食品安全。此外，在未来，也必然可以实现利用转基因植物生产疫苗、药物等，满足人们的日常生活需求。

5 结语

综上所述，在农作物育种工作中，转基因技术发挥着重要的作用，受到了农作物育种研究工作人员的广泛关注，在不同作物育种中开始广泛应用。利用转基因技术培养农作物品种，不需要提前进行构建，就可以直接向供体之中导入DNA，以免基因构建元件对生态环境造成不利影响。此外，应用转基因技术可以以人们的设想为依据，对农作物品种进行设计和改良，完成新型品种的创造，使农作物的种质资源得到了扩充，能够培育出具有抗病性和抗虫性的优质作物品种。除此之外，转基因技术的应用还可以加速推进育种进程，使粮食安全和生产效益低下等问题得到有效解决，现实意义极为突出。虽然在农作物育种方面转基因技术的应用取得了极为突出的成果，但是我国也不能忽视与国际间的水平差距，而是应该深入研究转基因技术，深入激发转基因技术的发展潜力。