略談植物生物技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展

梅曼彤

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510642)

2000年，全球人口達(dá)到60 億，而到2011年10月，聯(lián)合國(guó)宣布此數(shù)字已上升到70 億，預(yù)測(cè)在未來(lái)50年內(nèi)，將會(huì)增加到90 億，與此相應(yīng)的是對(duì)食品、醫(yī)藥需求的增長(zhǎng).然而人類(lèi)當(dāng)前面對(duì)全球耕地面積的減少，能源、資源的短缺，氣候的異常變化，環(huán)境的污染等問(wèn)題;要在生產(chǎn)更多農(nóng)產(chǎn)品以保證滿足需求增長(zhǎng)的同時(shí)，保護(hù)我們的地球，必須依靠現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用.

1 植物生物技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)、信息科學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)和相應(yīng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，DNA 體外重組、異源基因?qū)胍约霸诓煌矬w系的表達(dá)在20 世紀(jì)70年代開(kāi)始得以實(shí)現(xiàn)，并逐步應(yīng)用于醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)中.在1983年初的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上，以及隨后在數(shù)個(gè)國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物發(fā)表的文章中，分析報(bào)道了美國(guó)、歐洲科學(xué)家在改造根癌農(nóng)桿菌Ti 質(zhì)粒、構(gòu)建載體、把細(xì)菌或植物的基因?qū)胫参锛?xì)胞并得以表達(dá)的成果，宣布了植物生物技術(shù)實(shí)用化時(shí)代的到來(lái).與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合，植物生物技術(shù)正在并將在解決人類(lèi)面臨的困境中發(fā)揮重要作用，不僅成為提供足夠的糧食、飼料的重要手段，而且隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，植物作為藥物生產(chǎn)的工廠已經(jīng)為期不遠(yuǎn).

國(guó)際上，美國(guó)植物生物技術(shù)的研發(fā)開(kāi)展較早，且由于一批大公司的介入，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)較快.在20 世紀(jì)80年代中期，以抗生物脅迫為主要目標(biāo)的第1 代生物技術(shù)作物已成功研制，開(kāi)始進(jìn)入田間試驗(yàn)，并在1996年正式進(jìn)入商品化應(yīng)用，當(dāng)年全球種植面積僅170 萬(wàn)hm2，集中于美國(guó)、加拿大等國(guó)家.經(jīng)過(guò)16年的發(fā)展，到2012年，生物技術(shù)作物(基因改造作物，轉(zhuǎn)基因作物)已在全球28 個(gè)國(guó)家種植，總面積達(dá)1.7億hm2，種植面積最大的是美國(guó)及巴西、阿根廷、加拿大等美洲國(guó)家(表1).大面積種植的作物為大豆、玉米、棉花、油菜.改造的性狀主要以減少種植者投入為目標(biāo)，屬第1 代開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，如通過(guò)導(dǎo)入編碼莽草酸羥基乙酰轉(zhuǎn)移酶(EPSPS)或磷絲菌素乙酰轉(zhuǎn)移酶(PAT)基因，而提高作物對(duì)非選擇性除草劑草甘磷、草銨磷的耐受性;導(dǎo)入編碼蘇云金桿菌內(nèi)毒素蛋白基因而抗鱗翅目昆蟲(chóng)，如棉鈴蟲(chóng)、玉米螟等.其中，耐除草劑性狀始終是第1 代生物技術(shù)作物改變的主要性狀，在2011年，該性狀被應(yīng)用在大豆、玉米、油菜、棉花、甜菜以及苜蓿中，種植面積為9 390 萬(wàn)hm2.

在20 世紀(jì)90年代，我國(guó)分子生物學(xué)家和育種學(xué)家合作，獲得了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花植株和相關(guān)專(zhuān)利，育成的眾多品種已在全國(guó)各個(gè)棉區(qū)普遍種植.農(nóng)業(yè)部在上世紀(jì)90年代，分別對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉、轉(zhuǎn)基因抗病番茄、甜椒等授予了安全證書(shū)，但后兩者由于無(wú)明顯商業(yè)價(jià)值，并未應(yīng)用于生產(chǎn).按照我國(guó)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例，經(jīng)過(guò)5個(gè)階段嚴(yán)格的安全評(píng)價(jià)后，農(nóng)業(yè)部于2009年11月向轉(zhuǎn)cry1Ab/cry1Ac 基因抗蟲(chóng)水稻華恢1 號(hào)、轉(zhuǎn)cry1Ab/cry1Ac 基因抗蟲(chóng)水稻Bt 汕優(yōu)63 在湖北省的生產(chǎn)應(yīng)用，以及轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米BVLA430101 在山東省生產(chǎn)應(yīng)用發(fā)放了安全證書(shū)，但這些品種仍須通過(guò)品種審定方可進(jìn)入種子銷(xiāo)售市場(chǎng).

表1 2012年全球各國(guó)種植生物技術(shù)作物的面積1)Tab.1 Global area of biotech crops in 2012 (by country，Million hectares)

作為植物生物技術(shù)發(fā)展較早的國(guó)家，美國(guó)自上世紀(jì)90年代以來(lái)，不斷有新產(chǎn)品(品種)的研發(fā)，并經(jīng)由美國(guó)農(nóng)業(yè)部動(dòng)植物檢疫部門(mén)、環(huán)保局、食品藥品管理局等生物技術(shù)產(chǎn)品監(jiān)管機(jī)構(gòu)根據(jù)產(chǎn)品對(duì)人類(lèi)或動(dòng)物食用、對(duì)環(huán)境安全影響的全面評(píng)價(jià)而確定能否進(jìn)入市場(chǎng).表2 列出了1990—2012年美國(guó)已批準(zhǔn)種植的轉(zhuǎn)基因作物及所改造的性狀.表中列出的10 種植物中，馬鈴薯和番茄生物技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)主要在20 世紀(jì)90年代，但由于應(yīng)用價(jià)值不高，并未得到廣泛應(yīng)用;苜蓿、水稻等為較近期開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品.改造的性狀已從早期單純集中于耐除草劑(大豆、油菜)、抗蟲(chóng)(玉米、棉花)發(fā)展到通過(guò)基因改造與常規(guī)雜交等手段結(jié)合，同時(shí)改造多個(gè)性狀，包括改良營(yíng)養(yǎng)性狀(如提高大豆、油菜種子油成分中不飽和脂肪酸含量，以改進(jìn)油營(yíng)養(yǎng)成分)，提高對(duì)非生物脅迫抗性(如抗旱玉米的培育)等.而復(fù)合2 種或3 種性狀的生物技術(shù)作物的種植面積有明顯的增長(zhǎng)，已有不少商用品種是既耐除草劑又抗蟲(chóng)的，近年來(lái)復(fù)合性狀的范圍更有所擴(kuò)大，如，應(yīng)用大豆遺傳圖譜定位和轉(zhuǎn)基因技術(shù)結(jié)合，美國(guó)孟山都生物技術(shù)公司(簡(jiǎn)稱(chēng)孟山都)2009年推出了既耐除草劑又可增產(chǎn)7%～11%的大豆新品種RReady2Yield (http:∥www.monsanto.com).

表2 美國(guó)批準(zhǔn)種植的基因改造農(nóng)作物(1990—2012年)1)Tab.2 The genetically engineered crop plants completed all recommended or required reviews for planting in the United States(1990—2012)

2 植物生物技術(shù)的新進(jìn)展及前景

據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織估計(jì)，為保證全球人口增長(zhǎng)的需求，在2005—2050年期間，全球食品生產(chǎn)的增加要達(dá)到70%.在增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的同時(shí)，還須面對(duì)減少資源耗用、滿足消費(fèi)者對(duì)健康食品需求等問(wèn)題，這些都對(duì)植物育種提出了新的要求.作為當(dāng)代育種重要手段之一的生物技術(shù)育種，近年來(lái)也把育種目標(biāo)更多地轉(zhuǎn)向高產(chǎn)、抗逆(非生物脅迫)、高品質(zhì)等，即所謂第2 代轉(zhuǎn)基因育種.能合成類(lèi)胡蘿卜素的金稻米和抗旱玉米MON 87460 是其中2 個(gè)成功的例子.

維生素A 缺乏可引起夜盲、干眼病、角膜軟化，甚至與兒童腹瀉等有關(guān)，估計(jì)全球有過(guò)億兒童處于維生素A 缺乏狀態(tài).2000年，瑞士和德國(guó)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在《Science》上發(fā)表了他們通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法，把來(lái)自植物黃水仙和細(xì)菌的β-胡蘿卜素合成途徑相關(guān)酶基因——八氫番茄紅素合成酶基因(PSY)、番茄紅素脫氫酶基因(CRT1)、番茄紅素環(huán)化酶基因(帶轉(zhuǎn)運(yùn)肽)，用3 個(gè)質(zhì)粒共轉(zhuǎn)化水稻未成熟胚，潮霉素篩選，獲得了種子胚乳為黃色、干種子中胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.6 μg/g 的轉(zhuǎn)基因水稻株系［1］，開(kāi)創(chuàng)了這一通過(guò)轉(zhuǎn)基因賦予稻米新?tīng)I(yíng)養(yǎng)成分的新領(lǐng)域，因其黃色的胚乳而被命名為金稻米.然而，由于產(chǎn)生的胡蘿卜素含量太低，缺乏實(shí)用上的意義.隨后的數(shù)年，這2 位科學(xué)家與先正達(dá)公司合作，從導(dǎo)入的基因、啟動(dòng)子來(lái)源、篩選標(biāo)記以及載體的選擇等方面，作了一系列的改變［2］，如用以糖為篩選基礎(chǔ)的標(biāo)記代替了抗生素抗性的篩選系統(tǒng)，選用胚乳特異表達(dá)啟動(dòng)子、不同水稻品種用于轉(zhuǎn)化等;而關(guān)鍵的突破來(lái)自PSY 來(lái)源的改變［3］，先正達(dá)公司的科學(xué)家經(jīng)大量的比較、分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)入來(lái)自玉米的PSY，可明顯把轉(zhuǎn)基因水稻干種子胚乳中胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到最高可達(dá)36.7 μg/g 的水平，其中維生素A 的前體β-胡蘿卜素占80%以上，獲得了GR1/GR2 等株系.β-胡蘿卜素被人吸收后，可經(jīng)歷酶解過(guò)程而轉(zhuǎn)化為維生素A，按照美國(guó)國(guó)家科學(xué)院醫(yī)學(xué)研究所推薦的兒童每天所需維生素A 的攝入量，如以金稻米中胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的保守估計(jì)為24 μg/g 計(jì)算，只需食用72 g 大米即可提供兒童每天維生素A 需求的50%.成人的自愿食用試驗(yàn)結(jié)果表明［4］，食用量為65～98 g 即可明顯提高血液中維生素A 的含量，可見(jiàn)大米中的β-胡蘿卜素能有效地轉(zhuǎn)化為維生素A.

金稻米的開(kāi)發(fā)是學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)(公共部門(mén))和生物技術(shù)企業(yè)(私人部門(mén))合作完成的，為保證其使用達(dá)到減少世界上貧困人口、特別是兒童中的維生素A 缺乏癥的研發(fā)目標(biāo)，享有發(fā)明權(quán)和專(zhuān)利權(quán)的科學(xué)家和公司已達(dá)成協(xié)議，無(wú)償授予發(fā)展中國(guó)家對(duì)相關(guān)品種的使用權(quán).2005—2010年，通過(guò)一系列育種項(xiàng)目，這一性狀已轉(zhuǎn)育到世界各地多個(gè)地方品種中，近期已在國(guó)際水稻研究所和菲律賓水稻研究所完成田間試驗(yàn)，后者擬在2013年向菲律賓政府監(jiān)管當(dāng)局申報(bào)，爭(zhēng)取2014年開(kāi)始交給農(nóng)民種植(http://www.goldenrice.org).

全球氣候的異常變化、水資源的短缺使耐旱成為了一個(gè)重要的育種目標(biāo).孟山都的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)把來(lái)自細(xì)菌的冷擊蛋白CSP 轉(zhuǎn)入植物，能賦予受體對(duì)非生物脅迫的抵抗能力，如寒冷(擬南芥)，冷、熱和缺水(水稻)，干旱(玉米)等.初步研究顯示，CSP 為一類(lèi)RNA 伴侶蛋白，存在于細(xì)菌和植物中，可能通過(guò)在轉(zhuǎn)錄和翻譯中起作用而調(diào)節(jié)生物對(duì)脅迫的反應(yīng)［5］.鑒于美國(guó)中西部玉米種植區(qū)常有旱情，他們的進(jìn)一步研究集中于玉米的抗旱性，在對(duì)多個(gè)基因和轉(zhuǎn)化事件的表型和表達(dá)分析比較后，選定了產(chǎn)量、葉片生長(zhǎng)、光合效率均表現(xiàn)良好的CspB-Zm 事件1 株系，并與生產(chǎn)品種配成3 個(gè)雜交組合，進(jìn)行控制給水條件下的田間試驗(yàn)，與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ毡容^，主要表現(xiàn)在籽粒數(shù)和帶籽粒的穗數(shù)增加，平均可增產(chǎn)0.5 t/hm2(10.5%);隨后在美國(guó)中西部干旱地區(qū)田間種植，增產(chǎn)達(dá)0.75 t/hm2(15%).該品系內(nèi)轉(zhuǎn)入的目標(biāo)基因CspB 來(lái)自枯草芽孢桿菌，命名為MON 87460，2010年12月美國(guó)食品藥品監(jiān)管局已承認(rèn)該產(chǎn)品的食用安全評(píng)價(jià)，2011年12月美國(guó)農(nóng)業(yè)部解除對(duì)其監(jiān)管，成為全球第1 個(gè)可供生產(chǎn)應(yīng)用的抗旱轉(zhuǎn)基因作物品種.其與常規(guī)品種雜交獲得的雜交種Drought-GardHybrid 已作為孟山都公司的重要新產(chǎn)品在美國(guó)推出，以圖提高干旱地區(qū)的玉米產(chǎn)量穩(wěn)定性，有利于農(nóng)民及環(huán)境.

此外，通過(guò)不同途徑的改變，以提高產(chǎn)量、抗逆性、品質(zhì)等為目標(biāo)的研究也有不少報(bào)道，如Kebeish等［6］用細(xì)菌的乙醇酸分解途徑作為葉綠體光呼吸的旁路，把相關(guān)基因引入到擬南芥，以增加光合作用和生物量，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株生物量增加、光呼吸作用減少、光合作用有所改進(jìn);Mao 等［7］、Baum 等［8］利用近年迅速發(fā)展的RNA 干涉(RNAi)技術(shù)，開(kāi)發(fā)全新的抗蟲(chóng)作物品種培育途徑.其中，中國(guó)科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所植物分子遺傳國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳曉亞院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組發(fā)現(xiàn)［7］，棉花的一種代謝物——棉酚可抑制棉鈴蟲(chóng)幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)，他們從蟲(chóng)中腸分離了棉酚誘導(dǎo)表達(dá)的基因——細(xì)胞色素P450基因(CYP6AE14)，研究了其在幼蟲(chóng)對(duì)棉酚耐受性中的關(guān)鍵作用;進(jìn)一步根據(jù)CYP6AE14 編碼序列構(gòu)建RNA 干涉載體，轉(zhuǎn)化植物(擬南芥、煙草)，用這些表達(dá)特異雙鏈RNA 的葉子喂飼棉鈴蟲(chóng)幼蟲(chóng)，其中腸CYP6AE14 轉(zhuǎn)錄水平下降，生長(zhǎng)緩慢，在飼料中加入棉酚后生長(zhǎng)抑制大大增加;試驗(yàn)結(jié)果表明，植物介導(dǎo)CYP6AE14 基因的RNA 干涉可有效增大棉酚對(duì)棉鈴蟲(chóng)的毒性.這一研究結(jié)果提出了通過(guò)植物表達(dá)雙鏈RNA，喂飼昆蟲(chóng)可成為啟動(dòng)昆蟲(chóng)RNA 干涉的新策略，未來(lái)可應(yīng)用于昆蟲(chóng)研究和田間害蟲(chóng)的控制中.

第3 代的生物技術(shù)育種常指用植物生產(chǎn)各種重組蛋白，包括藥用蛋白、工業(yè)用蛋白，也有報(bào)道稱(chēng)之為“植物分子農(nóng)業(yè)(Plant molecular farming，PMF)”，它包括了從植物種植(或細(xì)胞培養(yǎng))、收獲、運(yùn)輸、儲(chǔ)藏到蛋白質(zhì)抽提、純化的下游過(guò)程［9］.早在20 世紀(jì)90年代初，當(dāng)植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)日漸成熟時(shí)，由于轉(zhuǎn)基因植物具有成本低、容易規(guī)?；?、可避免人源和動(dòng)物源病原物污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為可以作為生物藥物生產(chǎn)的一個(gè)重要系統(tǒng);早期的設(shè)想多是擬在植物果實(shí)中表達(dá)疫苗，通過(guò)食用即可賦予使用者對(duì)該種傳染病的預(yù)防能力.1992年，首個(gè)植物生產(chǎn)重組蛋白的報(bào)道——美國(guó)德克薩斯州的科學(xué)家在植物成功表達(dá)乙型肝炎表面抗原的文章發(fā)表于美國(guó)科學(xué)院院刊(PNAS)［10］，隨后，類(lèi)似研究也申請(qǐng)獲得美國(guó)專(zhuān)利.然而，由于蛋白表達(dá)量低、穩(wěn)定性差、食用難以控制疫苗劑量等問(wèn)題，這類(lèi)疫苗從未達(dá)到商業(yè)生產(chǎn)、投放市場(chǎng)的水平.十多年后，美國(guó)陶氏農(nóng)業(yè)科學(xué)公司于2006年初宣布，其應(yīng)用煙草細(xì)胞懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)生產(chǎn)的禽類(lèi)新城疫病毒疫苗已得到美國(guó)農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)，為全球第1 個(gè)獲批使用的植物生產(chǎn)疫苗.表3 總結(jié)了目前處于臨床試驗(yàn)，或批準(zhǔn)使用的植物生產(chǎn)藥物，包括疫苗、抗體、治療用蛋白和保健用蛋白.應(yīng)用不同的植物生產(chǎn)體系，如瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)等生產(chǎn)的、針對(duì)乙型肝炎、狂犬病、H5N1 流感的疫苗已進(jìn)入不同階段的臨床試驗(yàn).由于植物病毒介導(dǎo)的瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)可迅速、高量在植物中生產(chǎn)重組蛋白，在抗體生產(chǎn)中有較佳的應(yīng)用前景，第1 個(gè)獲歐盟作為醫(yī)學(xué)建議并被美國(guó)食品藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)新藥應(yīng)用觀察的植物生產(chǎn)抗體是美國(guó)植物生物技術(shù)公司的產(chǎn)品CaroRxTM，該產(chǎn)品用煙草生產(chǎn)，功效為保護(hù)牙齒免受細(xì)菌的侵害.抗體外的一些治療用蛋白質(zhì)，如Biolex治療公司研制的用于治療乙型和丙型肝炎的α-干擾素(商品名Locferon)已完成臨床Ⅱ期試驗(yàn)，而Protalix 生物治療公司研制，用轉(zhuǎn)基因胡蘿卜細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)，用于高歇氏病治療的人葡糖腦苷脂酶(prGCD)于2009年進(jìn)入III 期臨床試驗(yàn)，取得良好結(jié)果.此外，把編碼重組蛋白基因轉(zhuǎn)化谷類(lèi)作物，在其種子胚乳表達(dá)，作為保健型產(chǎn)品，也已有數(shù)個(gè)成功的例子，如美國(guó)Ventria 公司用水稻生產(chǎn)的人乳鐵蛋白、人溶菌酶等，已被批準(zhǔn)作為精細(xì)化學(xué)產(chǎn)品投放市場(chǎng).

用生物技術(shù)手段，在植物生產(chǎn)藥物的發(fā)展中，所用的植物體系主要包括轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)為基礎(chǔ)的生物反應(yīng)器;用農(nóng)桿菌滲透或病毒感染植物組織而導(dǎo)入重組蛋白基因并在其內(nèi)瞬時(shí)表達(dá)的體系;以及通過(guò)常規(guī)遺傳轉(zhuǎn)化獲得穩(wěn)定的、在特定部位(如籽粒的胚乳)高效表達(dá)目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)基因株系等.這些體系各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如細(xì)胞培養(yǎng)體系的生產(chǎn)全過(guò)程均在室內(nèi)可控條件下進(jìn)行，生產(chǎn)系統(tǒng)和產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)到醫(yī)藥工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，且易于通過(guò)安全監(jiān)管，但其生產(chǎn)成本高、可用細(xì)胞類(lèi)型少、蛋白表達(dá)水平有待提高等問(wèn)題仍有待解決;瞬時(shí)表達(dá)最大的優(yōu)點(diǎn)是可在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)大量的急需產(chǎn)品，如疫苗等，但其運(yùn)輸、儲(chǔ)存難度大;常規(guī)遺傳轉(zhuǎn)化獲得的轉(zhuǎn)基因籽粒易于運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及生產(chǎn)規(guī)?；泊嬖诋a(chǎn)品開(kāi)發(fā)耗時(shí)長(zhǎng)、田間生產(chǎn)受環(huán)境影響大以及對(duì)環(huán)境安全監(jiān)管要求高等問(wèn)題［11］.

表3 處于臨床試驗(yàn)或批準(zhǔn)使用的植物生產(chǎn)藥物1)Tab.3 Plant-derived pharmaceuticals at clinical stages of development or on market

過(guò)去20年的歷史已經(jīng)證明了植物為基礎(chǔ)的體系確實(shí)可以生產(chǎn)各種類(lèi)型的人體蛋白，近年來(lái)處于領(lǐng)頭地位的新藥物開(kāi)發(fā)已到達(dá)臨床研究的后期階段，即將進(jìn)入市場(chǎng).作為一個(gè)低成本、高產(chǎn)的生物藥物生產(chǎn)系統(tǒng)，各國(guó)政府、各種基金會(huì)、企業(yè)公司紛紛投放資金支持相關(guān)研究，以取得領(lǐng)先地位.如歐盟的Pharma Planta 聯(lián)盟，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省Meti 項(xiàng)目，美國(guó)的Blue Angel 項(xiàng)目，巴西的PMP 計(jì)劃等.

植物生物技術(shù)發(fā)展的成果是生物科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、商業(yè)性生產(chǎn)三者結(jié)合的結(jié)果.30年來(lái)，它已從實(shí)驗(yàn)室走到了大田，證明了在增加糧食和飼料生產(chǎn)中發(fā)揮的作用.隨著生命科學(xué)的發(fā)展，大量新技術(shù)的出現(xiàn)，這一新的育種技術(shù)及其應(yīng)用范圍也在不斷的改進(jìn)中:在基因來(lái)源方面，更多的來(lái)源于植物自身的基因正在取代第1 代轉(zhuǎn)基因作物中的細(xì)菌來(lái)源或人工合成基因;在目標(biāo)方面，更多轉(zhuǎn)向產(chǎn)量乃至總生物量的增加，如在高二氧化碳強(qiáng)度的世界中，通過(guò)修飾Rubisco 大單位，改變其熱穩(wěn)定活性，增加葉片中淀粉的合成，進(jìn)而增加植物的生物量［12］;在影響新產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)——外源基因?qū)敕椒ǚ矫?，新一代的技術(shù)——TALEN，即轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶(Transcription activator-like effector nucleases)已被證明可以在植物中定點(diǎn)引起高頻率的基因敲除、插入和取代，可成為一個(gè)把外源DNA 定點(diǎn)插入受體植物基因組的重要平臺(tái)［13］，該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，將能克服多年來(lái)各種方法引入的外源基因均為隨機(jī)插入而致的不良效應(yīng)，按設(shè)計(jì)獲得所需的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品;在應(yīng)用的范圍方面，生物技術(shù)的應(yīng)用使植物已不僅為人類(lèi)提供食品和飼料，還將提供藥品、工業(yè)用品(如生物活性化合物)和能源產(chǎn)品，如增加可能的能源植物的生物量等，有助于減少人類(lèi)對(duì)石化燃料的依賴(lài)［14］.隨著植物生物技術(shù)自身的發(fā)展和完善、日漸成熟的監(jiān)管體系以及人們對(duì)這一新生事物認(rèn)識(shí)的增加，其應(yīng)用將逐步為公眾所接受，以在新型的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)中發(fā)揮更大的作用.

［1］YE Xudong，AL-BABILI S，KLOTI A，et al.Engineering the provitamin A (b-carotene)biosynthetic pathway into(carotenoid-free)rice endosperm［J］.Science，2000，287(5451):303-305.

［2］AL-BABILI S，BEYER P.Golden rice:Five years on the road-five years to go?［J］.Trends Plant Sci，2005，10(12):565-573.

［3］PAINE J A，SHIPTON C A，CHAGGAR S，et al.Improving the nutritional value of golden rice through increased pro-vitamin A content［J］.Nature Biotechnol，2005，23(4):482-487.

［4］TANG Guangwen，QIN Jian，DOLNIKOWSKI G，et al.Golden rice is an effective source of vitamin A［J］.Am J Clin Nutr，2009，89(6):1776-1783.

［5］CASTIGLIONIL P，WARNER D，BENSEN R J，et al.Bacterial RNA chaperones confer abiotic stress tolerance in plants and improved grain yield in maize under water-limited conditions［J］.Plant Physiol，2008，147(2):446-455.

［6］KEBEISH R，NIESSEN M，THIRUVEEDHI K，et al.Chloroplastic photorespiratory bypass increases photosynthesis and biomass production in Arabidopsis thaliana［J］.Nature Biotechnol，2007，25(5):593-597.

［7］MAO Yingbo，CAI Wenjuan，WANG Jiawei，et al.Silencing a cotton bollworm P450 monooxygenase gene by plantmediated RNAi impairs larval tolerance of gossypol［J］.Nature Biotechnol，2007，25(11):1307-1312.

［8］BAUM J A，BOGAERT T，CLINTON W，et al.Control of coleopteran insect pests through RNA interference［J］.Nature Biotechnol，2007，25(11):1322-1326.

［9］OBEMBE O O，POPOOLA J O，LEELAVATHI S，et al.Advances in plant molecular farming［J］.Biotechnol Adv，2011，29(2):210-222.

［10］MASON H S，LAM D M，ARNTZEN C J.Expression of hepatitis B surface antigen in transgenic plants［J］.Proc Natl Acad Sci USA，1992，89(24):11745-11749.

［11］THOMAS D R，PENNEY C A，MAJUMDER A，et al.Evolution of plant-made pharmaceuticals［J］.Int J Mol Sci，2011，12(5):3220-3236.

［12］PETERHANSEL C，OFFERMANN S.Re-engineering of carbon fixation in plants:Challenges for plant biotechnology to improve yields in a high-CO2world［J］.Curr Opin Biotechnol，2012，23(2):204-208.

［13］ZHANG Yong，ZHANG Feng，LI Xiaohong，et al.Transcription activator-like effector nucleases enable efficient plant genome engineering［J］.Plant Physiol，2013，161(1):20-27.

［14］BOWLES D，Towards increased crop productivity and quality［J］.Curr Opin in Biotechnol，2012，23(2):202-203.