小议植物生物技术的新进展及前景 .pdfVIP

小议植物生物技术的新进展及前景

在２０世纪９０年代，我国分子生物学家和育种学家合作，获得

了具有自主知识产权的转基因抗虫棉花植株和相关专利，育成的众多

品种已在全国各个棉区普遍种植。农业部在上世纪９０年代，分别对

转基因抗虫棉、转基因抗病番茄、甜椒等授予了安全证书，但后两者

由于无明显商业价值，并未应用于生产。按照我国农业转基因生物安

全管理条例，经过５个阶段严格的安全评价后，农业部于２００９年

１１月向转ｃｒｙ１Ａｂ／ｃｒｙ１Ａｃ基因抗虫水稻华恢１号、转

ｃｒｙ１Ａｂ／ｃｒｙ１Ａｃ基因抗虫水稻Ｂｔ汕优６３在湖北省

的生产应用，以及转植酸酶基因玉米ＢＶＬＡ４３０１０１在山东省

生产应用发放了安全证书，但这些品种仍须通过品种审定方可进入种

子销售市场。

作为植物生物技术发展较早的国家，美国自上世纪９０年代以来，

不断有新产品（品种）的研发，并经由美国农业部动植物检疫部门、

环保局、食品药品管理局等生物技术产品监管机构根据产品对人类或

动物食用、对环境安全影响的全面评价而确定能否进入市场。表２列

出了１９９０—２０１２年美国已批准种植的转基因作物及所改造

的性状。表中列出的１０种植物中，马铃薯和番茄生物技术产品的研

发主要在２０世纪９０年代，但由于应用价值不高，并未得到广泛应

用；苜蓿、水稻等为较近期开发的产品。改造的性状已从早期单纯集

中于耐除草剂（大豆、油菜）、抗虫（玉米、棉花）发展到通过基因

改造与常规杂交等手段结合，同时改造多个性状，包括改良营养性状

（如提高大豆、油菜种子油成分中不饱和脂肪酸含量，以改进油营养

成分），提高对非生物胁迫抗性（如抗旱玉米的培育）等。而复合２

种或３种性状的生物技术作物的种植面积有明显的增长，已有不少商

用品种是既耐除草剂又抗虫的，近年来复合性状的范围更有所扩大，

如，应用大豆遗传图谱定位和转基因技术结合，美国孟山都生物技术

公司（简称孟山都）２００９年推出了既耐除草剂又可增产７％～１

１％的大豆新品种ＲＲｅａｄｙ２Ｙｉｅｌｄ。

植物生物技术的新进展及前景

据联合国粮农组织估计，为保证全球人口增长的需求，在２００

５—２０５０年期间，全球食品生产的增加要达到７０％。在增加农

业产品的同时，还须面对减少资源耗用、满足消费者对健康食品需求

等问题，这些都对植物育种提出了新的要求。作为当代育种重要手段

之一的生物技术育种，近年来也把育种目标更多地转向高产、抗逆（非

生物胁迫）、高品质等，即所谓第２代转基因育种。能合成类胡萝卜

素的金稻米和抗旱玉米ＭＯＮ８７４６０是其中２个成功的例子。

维生素Ａ缺乏可引起夜盲、干眼病、角膜软化，甚至与儿童腹泻

等有关，估计全球有过亿儿童处于维生素Ａ缺乏状态。２０００年，

瑞士和德国的科学家领导的团队在《Ｓｃｉｅｎｃｅ》上发表了他们

通过农杆菌介导转化法，把来自植物黄水仙和细菌的β－胡萝卜素合

成途径相关酶基因———八氢番茄红素合成酶基因（ＰＳＹ）、番茄

红素脱氢酶基因（ＣＲＴ１）、番茄红素环化酶基因（带转运肽），用

３个质粒共转化水稻未成熟胚，潮霉素筛选，获得了种子胚乳为黄色、

干种子中胡萝卜素质量分数为１?６μｇ／ｇ的转基因水稻株系，开创

了这一通过转基因赋予稻米新营养成分的新领域，因其黄色的胚乳而

被命名为金稻米。然而，由于产生的胡萝卜素含量太低，缺乏实用上

的意义。随后的数年，这２位科学家与先正达公司合作，从导入的基

因、启动子来源、筛选标记以及载体的选择等方面，作了一系列的改

变［２］，如用以糖为筛选基础的标记代替了抗生素抗性的筛选系统，

选用胚乳特异表达启动子、不同水稻品种用于转化等；而关键的突破

来自ＰＳＹ来源的改变，先正达公司的科学家经大量的比较、分析，

发现导入来自玉米的ＰＳＹ，可明显把转基因水稻干种子胚乳中胡萝

卜素质量分数提高到最高可达３６?７μｇ／ｇ的水平，其中维生素Ａ

的前体β－胡萝卜素占８０％以上，获得了ＧＲ１／ＧＲ２等株系。

β－胡萝卜素被人吸收后，可经历酶解过程而转化为维生素Ａ，按照

美国国家科学院医学研究所推荐的儿童每天所需维生素Ａ的摄入量，

如以金稻米中胡萝卜素质量分数的保守估计为２４μｇ／ｇ计算，只

需食用７２ｇ大米即可提供儿童每天维生素Ａ需求的５０％。成人的

自愿食用试验结果表明，食用量为６５～９８ｇ即可明显提高血液中

维生素Ａ的含量，可见大米中的β－胡萝卜素能有效地转化为维生素

Ａ。

金稻米的开发是学术机构（公共部门）和生物技术企业（私人部

门）合作完成的，为保证其使