转基因作物的研究现状及发展前景

转基因作物的研究现状及发展前景荣非1，王罡1，季静1，曹越平2，邱丽娟3（1.天津大学天津大学环境科学与工程学院，天津300072；52.上海交通大学农业与生物学院，上海200436；3.中国农业科学院作物科学研究所，北京100081）摘要：随着转基因技术的发展，越来越成熟的转基因技术被用于农作物之中，而且伴随着全球人口的大爆炸和粮食危机的日益严峻，转基因作物的存在也越显重要。本文在简单阐述转基因技术及转基因植物的基础上，介绍了全球转基因作物的发展历程和目前全球及中国转基10因作物的种植现状，并对转基因作物的发展前景进行了讨论。关键词：转基因技术；转基因作物；种植现状；发展前景中图分类号：S-1ResearchStatusofgeneticallymodifiedcropsandthe15developmentprospectsRONGFei1,WANGGang1,JIJing1,CAOYueping2,QIULijuan3(1.Schoolofenvironmentalscienceandengineering,TianjinUniversity,300072;2.SchoolofAgricultureandBiology,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200436;3.ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081ChineseAcademyofAgricultural20Sciences,Beijing100081)Abstract:Withthedevelopmentoftransgenictechnology,moreandmorematuretransgenictechnologyisbeingusedforcrops,andaccompaniedbythebigbangoftheglobalpopulationandincreasinglyseverefoodcrisis,thepresenceofgeneticallymodifiedcropsaremoreimportant.ThispaperbrieflydiscusstheintroductionofGMcrops’worldwidedevelopmenthistoryand25currentglobalstatus,basedontheconceptoftransgenictechnologyt,andtheprospectsforthedevelopmentoftransgeniccropsarediscussed.Keywords:transgenictechnology;geneticallymodifiedcrops;plantingstatus;developmentprospects30从70年代重组DNA技术创建，到1983年第一株转基因烟草获得以来，转基因作物开始飞速发展。而且随着技术日趋成熟，转基因作物先已经由实验室进入大田中，甚至不少作物已向商品化发展。转基因作物在全球经济、社会、环境等方面的作用显得越来越重要，而且在一定程度上缓解全球粮食危机和人口压力。本文简单阐述介绍了全球转基因作物的发展历程及现状，并对转基因作物的发展前景进行了讨论。351转基因技术转基因（GeneticallyModified，简称GM），是指将人工分离或者修饰过后的基因导入到目的生物体基因组中，目的生物体由于外源导入基因的表达，引起性状的可遗传的修饰的一项技术[1]。利用转基因技术不仅可以改变动植物性状，培育新品种，还可以利用生物体培育出期望的生物制品，在医药、食品等方面起到重要作用。基金项目：国家转基因生物新品种培育重大专项（2011ZX08004-001）作者简介：荣非（1990-），男，在读硕士，研究方向：植物转基因通信联系人：王罡（1964-），男，博士生导师，研究方向：植物耐盐碱基因、植物基因工程。E.E-mail:[e-mail]-1-402转基因技术的方法转基因技术从总体上可划分为三部分，包括目的基因的获得，外源基因的导入与转化植株的鉴定[2]。2.1目的基因的获得目的基因又分为两种，一种为已有基因，另一种为新基因。对于已有基因，即将其它植45物物种控制优良性状的基因转入目的植物，只需提取植物基因组，根据特异引物来扩增目的基因即可；至于新基因，则需通过人工诱变，比如电离辐射、化学诱变、失重诱变等人为因素诱发基因发生突变[3]，或者通过DNA改组等基因工程手段来定向改造基因，来获得目的基因[4]。2.2外源基因的导入50克隆并构建载有目的基因的重组质粒后，就可导入受体细胞了。根据植物遗传转化的原理，将外源基因的导入主要有三个方法：载体转化法，包括农杆菌介导法(根癌农杆菌Ti质粒和发根农杆菌Ri质粒)和植物病毒载体法；种质转化法，包括萌动种胚浸泡法、花粉管通道法、胚囊和子房注射法；基因直接导入法，包括物理法(基因枪法、电激法、超声波法等)和化学法(脂质体法、PEG法)[5]。552.3转基因植株的鉴定转入外源基因后，转基因植株的鉴定最常用的是杂交检测法，包括Southern印迹杂交分析、Northern点杂交和Western印迹分析[6-8]。Southern印迹杂交是进行基因组DNA特定序列定位的通用方法，主要是用检测植物基因组中是否存在外源基因以及外源基因的拷贝数多少。Northern点杂交是检测植株目的RNA含量即目的基因的稳定表达量的有效方法。60Western印迹分析是用来检测外源基因是否被翻译成目标蛋白质，即检测外源基因是否正常表达行使功能的方法。3全球转基因作物的发展历及现状转基因植物的研究始于70年代末80年代初,当时由野生型Rs和Ti质粒转化的烟草和马铃薯细胞再生出完整植株[9-16]。在1983年和1984年出现有关用切去癌基因(Disarmed)65的根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens,简称A.t.)及发根农杆菌(A.rhizogenes,简称A.r.)进行基因转移,获得形态正常的转基因植株的报道[17-19]。随后，1986至1988年这三年时间内，又分别在27个新的植物种上获得成功,特别是许多重要农作物如水稻、玉米、大豆、棉花、亚麻、向日葵等的转基因获得了重大突破。至此，转基因作物开始了飞速的发展。1986年，首批转基因植物抗虫和抗除草剂棉花进入田间试验[20]；1994年，美国Calgene70公司研制的转基因西红柿首次进行商业化生产[21］；至1998年，世界上已有30多例转基因植物被批准进行商业化生产；2005年，全球转基因作物种植面积已达9000万hm2[22]；2007年，全球转基因作物种植面积达到1.143亿hm2；2008年，全球转基因作物种植面积为1.25亿hm2［23］；截止2012年已经达到1.7亿公顷，在转基因作物商业化的17年间，转基因作物在全球的种植面积扩大了上百倍，产生了巨大的经济效益、社会效益和生态效益75[24]。自1996年以来，全球转基因作物种植总面积如图1所示[25]。-2-图1全球转基因作物种植面积（1996~2012年）Fig.1Globalbiotechcropacreage(1996to2012)80目前全球已有29个大规模商业种植转基因作物的国家和地区，品种主要有玉米、大豆、棉花和油菜[26]。以转基因玉米与大豆在美国的种植情况为例，可以看出转基因作物在十七年间迅速被扩大面积种植。3.1美国转基因玉米种植情况85抗草甘膦转基因玉米研究始于20世纪80年代末期。美国迪卡公司采用基因枪介导法首次培育出抗草甘膦转基因玉米。2001年,第二代抗草甘膦转cp4-epsps基因玉米NK603投入商品化生产,至2011年全球已有22个国家和地区批准其用于种植或饲料食品加工[27]。2011年,全球共有16个国家种植转基因玉米,种植面积达到5100万hm2,占全球玉米种植总面积的32%[27]。来自美国农业部的最新数据显示,美国本土复合性状转基因玉米种植面积90已逐渐超过单一性状的转基因玉米,成为市场主导，如图2所示[28]。图2美国转基因玉米种植面积（2000-2012年）Fig.2TheplantingareaoftransgenicmaizeinUSA.（2000-2012）-3-3.2美国转基因大豆种植情况95自美国1996年首次种植转基因大豆以来，当年的种植面积仅仅为40万公顷，占该国大豆种植总面积的1.6%，但到1997年仅一年时间就增至360万公顷，占14%；至2011年，美国抗草甘膦转基因大豆所占比例已提高到94％，增长了近60倍[29]。阿根廷是全球第二大转基因大豆生产国，其转基因大豆种植率已接近100％[30]，全球转基因大豆的发展正在以前所未有的速度进行着[31]。100目前，全世界生产的81%的大豆、81%的棉花、35%的玉米、30%的油菜都已经是转基因品种。已有28个国家批准种植转基因作物，另外还有30个国家批准进口转基因产品用于食品和饲料加工，相关区域的人口已占世界总人口的四分之三以上[32]。在2013年国际农业生物技术应用服务组织(InternationalServicefortheAcquisitionofAsri—biotechApplications，ISAAA)的年度报告中显示：在转基因作物商业化至今的17年的时间里，全球105有超过1亿的农民种植了转基因作物，累计种植面积已达15亿hm2[33]。而且ISAAA近几年发布的全球生物技术及转基因作物商业化发展态势报告还显示，转基因作物在经历十多年的产业化后仍在不断取得新进展[34]。4中国转基因作物的发展与现状中国是全球最早开发和应用转基因作物的国家之一[35]。商业化种植的转基因农作物主110要是转基因棉花，转基因粮食作物还有小面积的马铃薯和南瓜。2012年中国转基因作物种植总面积再创新高，为400万hm2，占世界转基因作物种植总面积的2.3％，居世界第6位[36]。在国家“863计划”和“转基因植物研究与产业化专项”等科研项目的大力支持下，中国的转基因作物研究取得了很大进展。4.1中国转基因棉花的发展与现状115中国具有完全自主知识产权的转基因抗虫棉在1997年首次被批准种植，面积仅为670hm2，截至2004年，其种植面积已达466.7万hm2，占全部棉花种植面积的66％。至2011年，中国转基因抗虫棉种植面积达390万hm2，占棉花总面积的71.5%[37]，使转基因抗虫棉成为中国转基因作物成功的产业化案例。在国家项目及相关政策的推动下，以中国农业科学院生物技术研究所等单位作为技术的有力支撑，国产抗虫棉的产业化研发发展迅速。转基120因抗虫棉不但提升了我国转基因作物的研究水平，它的应用还有效控制了棉铃虫对棉花的危害，减少了农药使用，保护了农田生态环境。4.2中国转基因水稻的发展与现状水稻是中国最主要的粮食作物之一，自1988年转基因水稻首次获得可育以来，转基因技术在水稻品种改良上就得到了广泛应用和迅速发展[38]，目前已经成功培育具有多种抗性125性状的转基因水稻，如抗虫、抗病、抗逆、抗除草剂水稻等[39-42]；具有一定药用价值的转基因水稻，如表达人重组胰岛素生长因子的水稻、抗过敏性水稻等[43-44]；具有功能性的转基因水稻，如高直链淀粉水稻、高赖氨酸水稻、低植酸水稻、高乳铁蛋白水稻等[45-48]。中国是世界上最大的稻米生产国和消费国，转基因水稻的研发水平处于世界领先地位，目前处于由基础研发向产业化发展的阶段[49]。2009年10月，中国生物安全网公布的《2009年第130二批农业转基因生物安全证书批准清单》中，“华恢1号”和“Bt汕优63”的转基因抗虫水稻在第41和42号被批准[50]。最近，农业部批准了首个抗虫转基因水稻安全证书,标志-4-着我国在不远的将来将成为世界上第一个商业化种植转基因水稻的国家。此外，中科院遗传与发育