转基因作物在我国农业生产中的应用情况及潜在生物安全问题

2010级农推植物保护专业

摘要： 本文主要讲转基因植物在我国农业生产中的应用情况和转基因植物的生物安全问题。

关键词：转基因植物、抗病、抗虫、抗除草剂、品质改良、抗逆性

转基因植物是指利用现代生物技术将优良的目的基因导入植物细胞或组织，并在其中进行表达，从而使植物获得新的性状。这一技术克服了植物有性杂交的限制。基因交流范围无限扩大．可将从细菌、病毒、动物、人类、远缘植物甚至人工合成的基因导入植物．使其具有抗虫、抗病毒、耐除草剂、改进农作物品质以及具有保健医疗功效等性状。近年来．转基因植物特别是转基因抗病虫植物发展很快，因其在生产上发挥的重要作用．蕴涵着的巨大市场和商机，引起各方面的广泛关注，世界很多国家纷纷将这一现代生物技术列为国家优先发展的重点领域。但是，有关专家也认为。转基因生物技术的研究和应用犹如“双刃剑”，在对人类做出巨大贡献的同时，也有人对这一技术持怀疑态度。认为目前人类还不能对它的潜在危险做出正确的评价。因此。在大规模应用前，对转基因植物的安全性进行更深入的研究和分析，促进现代生物技术健康发展显得十分迫切。 1．转基因植物在农业生产中的应用 1．1 抗病

长期以来，植物病害的防治主要靠抗病育种和合理栽培管理，但是抗病品种存在选育时间长、抗性容易退化等问题。抗病毒基因工程，

目前主要采用将病毒的外壳蛋白(C2)基因导人植物的方法，使番茄、黄瓜、南瓜、甜椒等植物具有抗病性。1992年美国国家科学院公布了Hayakawa研究小组利用禾谷类作物抗病毒外蛋白技术获得成功，他们从2个日本水稻品种中分离出来成熟植株的细胞团，这种细胞团能长成植株，并能合成抗水稻条纹叶枯病毒的外蛋白。1995年美国农业部批准抗病转基因南瓜品种Freedom投入商业应用，取得了很好的经济和社会效益。我国也获得了多种转基因抗病毒植物，如经过6年努力将合成的CMV和TMv外壳蛋白基因用Ti质粒介导引人烟草良种NC89，最终得到了TMV／CMV的转基因烟草，其中抗 nⅣ 的转基因CN98在自然感染或攻毒条件下保护率可达90％ ～95％ 。推广面积超过1．3万[1]。 2．2 抗虫

据不完全统计，全世界作物每年因病虫害造成损失约占其总产量的37％ ，其中13％是由虫害引起的。采用化学药剂虽然是防治害虫比较有效的方法之一，但同时也有其成本高、污染环境、易残留、会毒害有益的昆虫及害虫的天敌等弊端。目前，基因工程技术的发展为培育抗虫作物提供了有力手段，广泛使用的害虫防治剂是苏云金芽胞杆菌(Bt)晶体蛋白基因和蛋白抑制剂基因。1987年比利时植物遗传公司首次将Bt晶体蛋白基因导入植物中表达，获得的转基因烟草可以有效地抵抗1龄烟草夜蛾幼虫的侵害。美国培育出的世界上第一个Bt转基因棉花品种BollgardTM，1996年在美国已种植60，7万～80，9万 [2]。我国在上世纪80年代后期开展了这方面的工作，1992年底中国农科院生物技术研究中心的郭三堆等人在国内首先合成了CrylA杀虫晶体蛋

白结构基因[3]。郭三堆等研究人员在人工合成GFM CrylA Bt杀虫基因的基础上，又对豇豆胰蛋白酶抑制剂基因进行修饰，构建了同时带有两种杀虫基因的双价基因植物表达载体，成功获得双价抗虫转基因棉花并大面积进入田间试验。标志着我国在抗虫棉的研究方面已达到了国际先进水平[4]。 2．3 抗除草剂

施用除草剂，在杀死杂草的同时污染环境，有的对农作物产生不利影响。培养抗除草剂的作物是一种高效、低成本、无公害控制杂草的手段。抗除草剂基因工程的第一种方法就是把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，从而达到转基因植物中这种酶或蛋白质的量大大增加；第二种方法是转移一种能以除草剂为底物的酶的基因到植物中，该基因编码的酶在转基因植物中将除草剂催化掉，从而保住植物不被杀死；第三种方法是针对除草剂能识别其作用的酶上的一定位点这一特点，用基因突变的方法坎该位点上的相应氨基酸发生突变，饮除草剂不能识别，这样转基因植物就表现出对除草剂不敏感。上世纪8O年代以来世界已培育出多种抗除草剂转基因植物，如抗磺酰脲类除草剂的作物有油菜、棉花、西红柿、甜瓜等；抗眯唑啉酮的有烟草和玉米；抗草甘膦的作物有番茄、油菜、大豆、杨树；抗萎去津作物有大豆；抗草铵膦作物有玉米、小麦、水稻等；抗溴苯腈作物有油菜、棉花、马铃薯、番茄。 2．4 品质改良及抗逆性

改进作物品质主要是质量上的改变，其次是作物抗性的改变，即

抗旱、抗盐、抗热，提高光合作用效率和固氮效率等等。改进品质主要依据单、双子叶植物的种子中蛋白质、各种氨基酸的成分和比例。它们的成分和比例不同，其中所含必需氨基酸的量也不同，如玉米的15 kb的贮藏蛋白质基因转移到大豆中去，可以得到蛋氨酸含量高的转基因大豆。在澳大利亚，豆类的蛋白质基因已被转入牧草，从而提高了牧草和畜产品的质量。在延长货架期方面，最著名的例子是世界上第一例许可作为食品的重组番茄，它导入了反义多聚半乳糖醛酸基因，该基因使番茄延迟软化，从而届著延长其货架期。而根据植物抵抗逆境的生理反应，可以将自然界中多种适应性基因发掘出来，如将大豆的抗热性基因分离并转移到烟草中获得了成功[2]。 2．转基因植物的安全性

2．1 为什么要对转基因植物的安全性进行评价

从理论上说。转基因技术和常规杂交育种都是通过优良基因重组获得新品种的，但常规育种的安全性并未受到人们的质疑。其主要 由是常规育种是模拟自然现象进行的，基因重组和交流的范围有限．仅限于种内或近缘种间。并且．在长期的育种实践中并未发现什么灾难性的结果。而转基因技术则不同，它可以把任何生物甚至人工合成的基因转入植物。因为这种事件在自然界是不可能发生的，所以人们无法预测将基因转入一个新的遗传背景中会产生什么样的作用，故对其后果存在着疑虑。而消除这一疑虑的有效途径就是进行转基因植物的安全性评价。也就是说要经过合理的试验设计和严密科学的试验程序，积累足够的数据。人们根据这些数据可以判断转基因植物的田间

释放或大规模商品化生产是否安全。对试验证明安全的转基因植物可以正式用于农业生产。而对存在安全隐患的则要加以限制，避免危及人类生存以及破坏生态环境。只有这样．我们才能扬长避短，充分发挥转基因技术在农业生产上的巨大应用潜力。 2．2 转基因植物安全性评价的主要内容

目前对转基 植物的安令性评价主要集中在环境安全性、食品安全性以及对动物健康的影响三个方面。由这些问题引起的世界性的所谓“生物安全”的论战，已由学术观点分歧，发展到知识产权问题、环境问题、经济问题甚至政治问题。 2．2．1 转基因植物的环境安全性

转基因植物会不会对环境产生长期影响一直是争论最大的问题。要评价的核心问题是转基因植物释放到田间去是否会将基因转移到野生植物中去．是否会破坏自然生态平衡以及抗性问题。基因漂流到近缘野生种的可能性：在自然生态条件下有些栽培植物会和周围生长的近缘野生种发生天然杂交。从而将栽培植物中的基因转入野生种中。若在这种地区种植转基因植物．则转入基因可以漂流到野生种中，并在野生近缘种中传播。对此，应从两个方面考虑。一个是基因植物释放区是否存在与其可以杂交的近缘野生种。若没有．则基因漂流就不会发生。另一个可能是存在近缘野生种。基因可以从栽培植物转移到野生种中。这时就要分析考虑基因转移后有什么效果。如果是一个耐除草剂基因，发生基因漂流后会使野生杂草获得抗性。从而增加杂草控制的难度。特别是若干个耐除草剂基因同时转入一个野生种，则

会带来灾难。但若是品质相关基因等转入野生种，由于不能增加野生种的生存竞争．所以影响也不大。对自然生物类群的影响：在植物基因工程中所用的许多基因是与抗虫或抗病性有关的，其直接作用对象是生物。如转入BT杀虫基因的抗虫棉，其目标昆虫是棉铃虫和红铃虫等植物害虫，加大面积和长期使用，昆虫有可能对抗虫棉产生适应性或抗性。虽然目前未见棉铃虫对转BT基因棉已经产生抗性的报道，但在室内人工汰选条件下，棉铃虫的抗性呈明显上升趋势时有报道。这不仅会使抗虫棉的应用受影响，而且会影响BT农药制剂的防虫效果。为了解决这个问题，在种植抗虫棉时。一般要求种植一定比例的非抗虫棉，以延缓昆虫产生抗性。除了目标昆虫外，我们还要考虑转基因植物对非靶标昆虫和土壤环境的影响，迄今为止，转BT毒蛋白基因植物对非靶标昆虫的影响报道差异较大。王国英报告，用BT蛋白饲喂棉田6种非靶标昆虫，浓度高于控制靶昆虫所需浓度的100倍。对非靶标昆虫均未出现可见的生长抑制。另外．BT毒蛋白对有益昆虫如蜜蜂、瓢虫等也无毒性，此结论与上述试验结果相同。但也有不同的报告，1999年5月康乃尔大学一个研究组报道，普累克西普斑牒食用BT玉米粉后44％死亡，引起对BT作物是否会破坏生态环境的争沦。事实上这并不意外，因为BT玉米中的杀虫晶体蛋白CrylA是特异地毒杀鳞翅目害虫的。斑牒是鳞翅目昆虫。自然会受到BT蛋白的影响，夏敬源等报道。转基因抗虫棉对优势寄生性天敌有严重的危害。 2．2．2 转基因植物的食品安全性

转基因植物的食品安全性是人们争论的焦点。此类作物种植大国

美国、阿根廷、加拿大等持支持态度，大多数消费者也持肯定态度。转基因植物食品在美国超市已销售7年，现在美国市场上的包装食品中，含有转基因食物成分的已占60％。2亿多人食用6年。与国际相比，目前我国转基因植物的商品化程度还不算高，在全球商品化种植的面积中，我国占1％。市场上现在只有6种商品化的转基因植物，可食用的只有两种番茄和一种甜椒，数量更是寥寥无几。看起来，转基因食品离我们还很遥远。然而，最近几年，我国进口的转基因产品成倍增长，其中以大豆、玉米、油菜籽为主。例如2000年我国大豆进口量1042万吨。还有近80万吨豆油及豆粕，估计其中转基因大豆至少占650万吨；进口油菜籽297万吨，至少80万吨是转基因产品。因此，不管你乐意与否，实际上城市居民已食用转基因食品4—5年。经合组织1993年提出了食品安全性评价的实质等同性原则。如果转基因植物生产的产品与传统产品具有实质等同性。则可以认为是安全的。如转病毒外壳蛋白基因的抗病毒植物及其产品与田间感染病毒的植物生产的产品都带有外壳蛋白。这类产品应该认为是安全的。若转基因植物生产的产品与传统产品不存在实质等同性，则应进行严格的安全性评价。

迄今为止，还没有发现转基因植物会对人类健康产生危害的证据。但是必须注意到基因食品的传播可能会导致人体对广谱抗生素的抗性，因为插入外源基因的载体常常也带有抗生素的抗性基因(尽管不表达)。一些健康专家担心如果转基因食品中的这些基因含量太高，产物会在人体内积累，从而使人体产生对抗生素的抗性。最近，研究人员通过改进转化技术。避免使用含抗生素抗性基因的载体，使这一

忧虑有所减轻。此外。在自然条件下存在着许多过敏源。转基因食品植物中所引入的蛋白质。对人体有可能是异性蛋白质，在部分人中有可能发生食物过敏，特别是幼儿和某些过敏体质的人。所以．转入过敏源基因的植物不能批准商品化。

参考文献：

[1]蒋 明．植物基因工程在农业中的应用[J]．生物学通报，2000，(6)：14—16．

[2]郭元林，向 平．转基因技术在作物育种上的应用『J]．西南农业学报，1997，(4)：109—113．

[3]陈章良．植物基因工程研究[M]．北京：北京大学出版社，1993．

[4]崔洪志．我国双价抗虫棉的研究取得突破性进展[J]．生物技术通报，2001．(2)：17—21．