农作物转基因技术研究进展及存在问题

农作物转基因技术研究进展及存在问题

1985年，美国科学家Beachy等就设想将病毒的外壳蛋白基因转入植物基因组中，看其能否起到类似于交叉保护现象的作用以控制病毒病害。1986年他们将烟草花叶病毒(TMV）Ul株的外壳蛋白cDNA转入烟草细胞，转基因植物及其后代有明显的抗病性，甚至还可以有效地减轻和延迟另一种相关的强病毒株的病症。自此，随着分子生物学技术的飞速发展，转基因研究突飞猛进地发展起来。

转基因技术彻底打破了常规育种中种属间不可逾越的鸿沟，为作物育种开辟了一条新途径。尽管转基因植物研究方面普遍存在转化率低、转化植株局限于少数作物和基因型、再生植株遗传不稳等问题，但是除高产转基因植物的研究报道较少外，在培育优质、抗虫、抗病、抗除草剂以及抗雄性不育转基因植物方面都取得了显著进展。随着转基因研究的不断深入，转基因操作技术也得到了突飞猛进的发展。

1、普遍采用的转基因技术

1.1载体转移即以根癌农杆菌的Ti质粒和发根农杆菌的Ri质粒为载体，将目的基因整合到受体细胞核染色体上。科学家已经利用该技术转化成功双子叶植物近百种，但对于大多数单子叶植物，特别是禾本科作物来说，却少有成功的报道，原因在于单子叶植物对根癌农杆菌不敏感，使它难以附着或结合到这些植物细胞表面。

1.2直接导入外源基因包括化学转化法(PEG法和脂质体介导法)、物理转化法(电激法和基因枪法)、整株导入法(花粉管通道法、微注射法、浸胚法、花粉浸渗法、生物场转化法等)。

上述这些方法既可向受体导入分离的目的基因，也可转导含目的性状的供体总DNA。这对于当前农作物中大多数有重要经济价值的基因还没有分离出来的现状来说。具有十分重要的现实意义。

2、转基因技术存在的问题

2.1外源基因的逃逸是指由遗传工程的方法转移到某一生物有机体的遗传信息（目标基因）在生物的个体、种群甚至是物种之间自发移动的过程。它包括了目标基因在转基因作物同一品种的个体之间的移动、在该作物不同品种之间以及野生近缘种(包括其杂草类型）之间的移动，主要通过以下几种途径来完成。

转基因作物花粉的散布转基因植物中花粉的散布成为外源基因逃逸的主要渠道之一。目前最常用的保护措施是采用空间和时间隔离，即根据外来花粉与保护作物杂交的频率来确定传粉隔离距离，或采用错期播种。不同作物的转基因传粉距离是有差别的，这与特定作物的生物学传粉特性有关。同一种作物不同试验所估测的隔离距离也存在很大的变异性，这可能与周围植被的类型和密度、其他植物的开花期、气象条件以及传粉的途径(包括风媒和虫媒途径）等因素有关。

转基因植物作为野生亲缘种花粉的受体形成杂种转基因植物作为野生亲缘种花粉的受体，形成的杂交种子在土壤中残留、萌发。在条件适宜的情形下不断回交，转基因作物中的外源基因随之进入野生亲缘种的遗传背景，从而造成转基因的逃逸。

转基因植物根系分泌物和残枝落叶在土壤中的残留有研究报道，作物产生的毒素往往被束缚在土壤颗粒中很难降解，并持续产生毒性，转基因作物也不例外。据James报道，苏云金杆菌毒素毒性可持续2～3个月。试验证明，外源基因可通过根系分泌物改变根际细菌的生物学环境，造成空间上的逃逸。目前，人们只是对外源DNA在土壤中的残留量进行了研究，对自然环境的影响还有待于田间试验进一步确定。

食物链的传递转基因植物作为食物链的基本组成部分，很可能会使转基因植物中的外源基因转移到其他非靶标动物中，从而造成转基因的逃逸。Schuler、Birch等通过大量实验室的工作已经证明了这一点。尽管这些工作有许多人为的因素，其结果并不能代表田间的实际情况，但在一定程度上也反映了转基因作物中的外源基因可通过食物链转移到其他生物的可能性。

2.2外源基因的失活或沉默外源基因沉默并不是所转的基因发生了丢失或突变，而是整合进植物基因组的外源基因在转化体的当代或其后代中的表达受到抑制，出现了失活的现象。基因沉默的原因有很多，DNA甲基化、外源基因的拷贝数增加形成重复序列、由某一基因的失活状态引起同源的等位或非等位基因的反式失活、由外源基因的导入引起同源的内源基因沉默，或两者同时沉默的共抑制现象等，都是基因沉默的主要诱因。其作用水平主要有3种：位置效应，即外源基因在基因组中的插入位点对其表现的影响；转录水平的基因沉默，即DNA水平上基因调控的结果，主要是由启动子甲基化或导入基因异染色质化所造成；转录后水平的基因沉默，即是RNA水平基因调控的结果，比转录水平的基因沉默更普遍。

外源基因沉默是一个经常发生的现象，是否发生沉默无法事先预测，其作用机制也比较复杂。避免基因间的同源性、避免重复序列的出现、消除DNA甲基化的影响、使用MAR(核基质结合序列matrix attachmentregion,MAR)以及使用诱导型启动子，可以提高外源基因的表达水平，有效防止基因沉默。

外源基因失活现象虽然不是人们希望得到的结果，但它对植物的进化却有重要的作用：可以防止转座子跳动影响植物基因组的正常结构和功能；还可防止外源基因，也许是病原菌基因的侵入造成的损失。因此，研究外源基因的失活机制，对于人们有效的进行植物的遗传操作，提高外源基因表达水平以及获得稳定表达的转基因株系均有重要的理论和实践意义。

3、对转基因植物安全性的考虑

对转基因植物环境释放安全性的忧虑之一是转基因植物的抗除草剂特性和抗病虫害特性是否会转移给杂草、昆虫、病菌，产生超级杂草、超级害虫，从而给生态环境带来严重的危害。转基因植物食品安全性考虑原则是其食品成分是否与目前市场上销售的食品具有实质等同性。对转基因植物选择标记基因的安全性考虑之一是基因是否会在肠道中水平转移至微生物，从而影响抗生素治疗的有效性。凡此种种，不一而足。目前，在世界范围内已经形成了两大阵营。即转基因生物由于其外源基因的特异性及表达环境的专一性，不会对环境造成危害；另一种说法则将转基因生物形容成洪水猛兽。目前两大阵营争论不休，都难以拿出有力的证据支持自己的理论。

转基因生物及其产品自诞生以来，其环境释放安全性与食品安全性就受到了社会的广泛关注。有人担心转基因植物的推广会造成预料不到的后果，各国和国际机构均在制定相应的条例，冲国也先后颁布了《基因工程安全管理办法》、《农业生物基因工程安全管理实施办法》，以便在促进基因工程技术发展的同时，保障环境安全和人类健康。

转基因技术作为一项全新的技术，为人类的食品、环境、能源等方面的安全起到了积极地推进作用，虽然有许多方面尚待进一步提高和改善，但发展的趋势是不容逆转的。我们应加强对转基因技术的信心，在不断的研究和探索中，使之不断成熟起来。

作者单位：（辽宁省辽阳市农业科学研究所，111000)

来源：北京农业信息网