作物轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)的應(yīng)用及安全性探討

徐九文， 李天富， 韓正姝， 童繼平*

(1.河南省焦作市農(nóng)林科學(xué)研究院，河南焦作 454001；2.天津市農(nóng)作物研究所，天津 300112)

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作物轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)的應(yīng)用及安全性探討

徐九文1， 李天富1， 韓正姝2， 童繼平2*

(1.河南省焦作市農(nóng)林科學(xué)研究院，河南焦作 454001；2.天津市農(nóng)作物研究所，天津 300112)

分析了作物轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)的相互關(guān)系，提出了推進(jìn)轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)作物育種技術(shù)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”與“協(xié)同創(chuàng)新”、構(gòu)建現(xiàn)代作物育種科學(xué)技術(shù)新體系的觀點(diǎn)。

基因橫向轉(zhuǎn)移；轉(zhuǎn)基因育種；食品安全性；生態(tài)安全性

我國(guó)政府一直高度重視作物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研究應(yīng)用，國(guó)家配套相關(guān)科技計(jì)劃予以重點(diǎn)支持。我國(guó)已在重要農(nóng)作物基因發(fā)掘、轉(zhuǎn)基因新品種培育及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等方面取得了重要進(jìn)展。目前，我國(guó)在水稻、棉花、玉米等主要作物轉(zhuǎn)基因基礎(chǔ)研究和應(yīng)用方面形成了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。鑒定、分離并儲(chǔ)備了一批高產(chǎn)、抗病蟲(chóng)、抗除草劑、抗旱、耐鹽、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)改良等重要基因資源。自主擁有調(diào)控元件與轉(zhuǎn)基因技術(shù)等方面的大量知識(shí)產(chǎn)權(quán)。建立了世界上為數(shù)不多的，包括基因分子克隆、功能鑒定、遺傳轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)基因新品種選育、轉(zhuǎn)基因安全性評(píng)價(jià)及推廣應(yīng)用等完備的轉(zhuǎn)基因作物研究和產(chǎn)業(yè)化體系。

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)迅速發(fā)展，植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)因育種效率高、育種周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為國(guó)際農(nóng)業(yè)高新技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。轉(zhuǎn)基因作物的食品安全性和生態(tài)安全性也在全球范圍內(nèi)引起了廣泛而激烈的爭(zhēng)論。為消除公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因作物安全性憂慮，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)加強(qiáng)了安全轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)，取得一定進(jìn)展。雖然與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)轉(zhuǎn)基因研發(fā)的整體實(shí)力仍有差距，但與其他發(fā)展中國(guó)家相比，我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物研究已處于領(lǐng)先地位。筆者分析了作物轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)的相互關(guān)系，并對(duì)作物轉(zhuǎn)基因育種若干問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 自然界基因橫向轉(zhuǎn)移現(xiàn)象

自然界基因的橫向轉(zhuǎn)移現(xiàn)象廣泛存在?；虻臋M向轉(zhuǎn)移(Horizontal Gene Transfer,HGT)，也稱之為基因的水平轉(zhuǎn)移或基因的側(cè)向轉(zhuǎn)移(Lateral Gene Transfer,LGT)，是相對(duì)于通過(guò)有性或無(wú)性生殖方式實(shí)現(xiàn)基因的親子代傳遞的基因縱向轉(zhuǎn)移(vertical gene transfer，VGT)而言的。基因橫向轉(zhuǎn)移指的是在單個(gè)細(xì)胞內(nèi)部不同細(xì)胞器之間或差異生物不同個(gè)體之間遺傳物質(zhì)的交流。單個(gè)細(xì)胞內(nèi)部細(xì)胞器主要是指葉綠體、線粒體及細(xì)胞核。差異生物不同個(gè)體可以是同種但遺傳信息不同的生物個(gè)體，也可以是遠(yuǎn)緣或無(wú)親緣關(guān)系的生物個(gè)體[1-2]。

基因橫向轉(zhuǎn)移現(xiàn)象不僅發(fā)生在細(xì)菌之間，也發(fā)生在細(xì)菌與高等生物之間。自然界通?？梢?jiàn)的橫向轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，有以F質(zhì)粒為媒介的細(xì)菌接合作用和以病毒(噬菌體)為媒介的轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。因?yàn)榭蓪⑺鶖y帶的外源基因整合進(jìn)植物細(xì)胞基因組，存在于根癌土壤桿菌(Agrobacteriumtumefaciens)中Ti質(zhì)粒上的T-DNA，在植物基因工程中被廣泛用作基因轉(zhuǎn)移載體[3]。

1996年，Baur等[4]從自然環(huán)境中采集含一定離子的天然水樣中，發(fā)現(xiàn)了不需要媒介的基因橫向“直接”轉(zhuǎn)移，即大腸桿菌可通過(guò)調(diào)節(jié)其內(nèi)在調(diào)節(jié)機(jī)制而建立自然感受態(tài)，在自然環(huán)境中“直接”攝取外源DNA。此種不需要媒介的自然遺傳轉(zhuǎn)化，可以發(fā)生在不同細(xì)菌之間，也可以發(fā)生在細(xì)菌與其他真核生物之間。隨著環(huán)境中具有轉(zhuǎn)化活性的DNA分子及感受態(tài)細(xì)胞的大量發(fā)現(xiàn)，自然轉(zhuǎn)化在基因橫向轉(zhuǎn)移中的重要作用，已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，并被認(rèn)為可能是基因水平轉(zhuǎn)移的重要途徑。

近年來(lái)，生物基因組測(cè)序工作進(jìn)展速度很快。分析各類生物基因組資料，人們?cè)诓煌锓N甚至親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的生物基因組之間，發(fā)現(xiàn)了大量的同源基因；而在三域系統(tǒng)的基因組相互比對(duì)分析中，也發(fā)現(xiàn)存在基因水平轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。這進(jìn)一步證實(shí)基因橫向轉(zhuǎn)移的普遍性和遠(yuǎn)緣性，并被認(rèn)為是推動(dòng)生物進(jìn)化的重要?jiǎng)恿1-2]。

2 轉(zhuǎn)基因、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、轉(zhuǎn)基因育種概念及特點(diǎn)

轉(zhuǎn)基因一般指轉(zhuǎn)基因技術(shù)，與遺傳工程、基因工程、遺傳轉(zhuǎn)化為同義詞。轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指將人工分離或修飾過(guò)的基因，通過(guò)生物、物理或化學(xué)的方法，導(dǎo)入到目標(biāo)生物體基因組中并表達(dá)，從而引起生物體性狀可遺傳變異的過(guò)程[5]。而轉(zhuǎn)基因育種則是指按照預(yù)先設(shè)計(jì)，對(duì)生物體特定基因進(jìn)行修飾改造，通過(guò)基因工程手段，導(dǎo)入待改良作物基因組內(nèi)并使之表達(dá)，從而培育出作物新品種的過(guò)程[6]。常將“經(jīng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)修飾的生物體”稱為“轉(zhuǎn)基因生物”或“遺傳修飾生物體”(Genetically Modified Organism)，簡(jiǎn)稱GMO。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是進(jìn)行基因功能研究和作物遺傳改良的重要工具。轉(zhuǎn)基因技術(shù)是人類對(duì)自然界基因橫向轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的模仿，轉(zhuǎn)基因育種為作物新品種培育提供了新的技術(shù)途徑，與常規(guī)育種技術(shù)相比，轉(zhuǎn)基因育種具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：①使可利用的基因資源大大拓寬，超越了物種界限；②可對(duì)作物育種目標(biāo)性狀進(jìn)行定向變異和定向選擇，選育目的性增強(qiáng)；③提高選擇效率，對(duì)育種目標(biāo)性狀進(jìn)行基因型選擇，加快育種進(jìn)程，縮短品種選育周期；④利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，可將植物作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)藥物、生物制品等。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的迅速發(fā)展，植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究與應(yīng)用取得了顯著成效。由于巨大的產(chǎn)業(yè)價(jià)值和明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)已成為國(guó)際農(nóng)業(yè)高新技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。

3 作物轉(zhuǎn)基因育種研究與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

1983年,人類首次獲得了外源基因轉(zhuǎn)化植物[7-9]。1987年，第一例抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因番茄(Solanumlycopersicum)在美國(guó)成功開(kāi)展了田間試驗(yàn)。1994年，美國(guó)批準(zhǔn)了第一例轉(zhuǎn)基因作物——延熟保鮮的轉(zhuǎn)基因番茄品種進(jìn)入市場(chǎng)。近十幾年來(lái)，植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)迅速發(fā)展,目前已成為近代作物育種史上發(fā)展最快、效率最高的作物改良技術(shù)之一[10]。

自1996年全球第一例轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來(lái)，各國(guó)植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用發(fā)展速度很快。發(fā)達(dá)國(guó)家均不斷加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因研究技術(shù)，并將其作為搶占生物科技制高點(diǎn)和增強(qiáng)未來(lái)農(nóng)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略重點(diǎn)。

3.1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)日新月異隨著信息學(xué)、基因組學(xué)、生命科學(xué)的快速發(fā)展，轉(zhuǎn)基因手段、克隆技術(shù)突飛猛進(jìn)，新方法和新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，一些新的生物基因、新的作物性狀不斷被鑒定出來(lái)。隨著基因刪除、基因定向、定時(shí)表達(dá)技術(shù)等基因操作技術(shù)和遺傳轉(zhuǎn)化方法的不斷發(fā)展，作物轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系中的基因遺傳轉(zhuǎn)化效率也大幅度提高。

3.2 轉(zhuǎn)基因品種培育呈現(xiàn)代際特征分析全球轉(zhuǎn)基因生物新品種選育歷史，可以發(fā)現(xiàn)，第一代轉(zhuǎn)基因生物新品種主要解決生物的抗蟲(chóng)和除草劑抗性問(wèn)題，第二代轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)品主要改善生物體的營(yíng)養(yǎng)和品質(zhì)。目前轉(zhuǎn)基因生物新品種主要向工業(yè)、醫(yī)藥和生物反應(yīng)器等第三代產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，多基因聚合轉(zhuǎn)基因正成為轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究的重點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年以來(lái)，雙基因和三基因的多性狀轉(zhuǎn)基因作物，種植面積以23%的速度增長(zhǎng)，占全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積的22%。

3.3 轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)化規(guī)模不斷擴(kuò)大相比于1996年轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化種植開(kāi)始時(shí)期，目前，轉(zhuǎn)基因作物種植總面積已增加100倍以上。2013年全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積達(dá)1.75億hm2。美國(guó)是世界上最大規(guī)模種植轉(zhuǎn)基因作物的國(guó)家，2013年種植7 010萬(wàn)hm2。巴西是種植轉(zhuǎn)基因作物最多的發(fā)展中國(guó)家，2013年轉(zhuǎn)基因作物種植面積已超過(guò)4 000萬(wàn)hm2。2013年我國(guó)種植轉(zhuǎn)基因作物420萬(wàn)hm2，居世界第6位[11]。

3.4 轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996—2007年全球轉(zhuǎn)基因作物累計(jì)減少殺蟲(chóng)劑用量35.9萬(wàn)t，獲得收益累計(jì)高達(dá)440億美元，其中發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家各占220億美元。

3.5 轉(zhuǎn)基因作物國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈目前，西方發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、加拿大、澳大利亞等，正在加快轉(zhuǎn)基因小麥的研究。發(fā)展中國(guó)家印度的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉種植面積已超過(guò)中國(guó)，巴西的轉(zhuǎn)基因大豆產(chǎn)品國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力也大幅度提升。

4 轉(zhuǎn)基因育種安全性爭(zhēng)議

4.1 轉(zhuǎn)基因育種的食品安全性為避免健康方面的風(fēng)險(xiǎn)，用于開(kāi)展轉(zhuǎn)基因作物研究應(yīng)用的基因，其基因產(chǎn)物必須是對(duì)人體健康有益無(wú)害的蛋白質(zhì)，已知的過(guò)敏原也不會(huì)被利用。轉(zhuǎn)基因食品在上市前，按照要求，必須做好安全性試驗(yàn)，并對(duì)其食品安全性進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。生化試驗(yàn)，主要檢測(cè)分析轉(zhuǎn)基因作物在成分方面與同類作物相比所出現(xiàn)的不同變化，以及這種變化是否會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害；動(dòng)物試驗(yàn)，主要觀察轉(zhuǎn)基因食品是否會(huì)對(duì)動(dòng)物的正常生長(zhǎng)發(fā)育及健康狀況產(chǎn)生不利影響。

轉(zhuǎn)基因育種食品具有良好的安全性歷史紀(jì)錄。在轉(zhuǎn)基因技術(shù)開(kāi)發(fā)并測(cè)試長(zhǎng)達(dá)30多年后，轉(zhuǎn)基因技術(shù)已被應(yīng)用于生產(chǎn)多種藥物，以及全球大部分啤酒和奶酪，轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物已在27個(gè)國(guó)家被1 800萬(wàn)農(nóng)民在1.7億hm2土地上大面積種植。食用轉(zhuǎn)基因食物20多年，沒(méi)有一個(gè)與轉(zhuǎn)基因制品食用安全性有關(guān)的疾病、異?；蛘咂渌麊?wèn)題的案例被發(fā)現(xiàn)。全球利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)的絕大部分啤酒和奶酪，以及利用轉(zhuǎn)基因生物體所合成的藥物，均未出現(xiàn)過(guò)登記在冊(cè)的反對(duì)聲。用于治療埃博拉病毒所用的試驗(yàn)藥物和應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將全球柑橘產(chǎn)業(yè)從黃龍病中挽救回來(lái)的轉(zhuǎn)基因柑橘新品種大范圍種植與應(yīng)用，也無(wú)任何不良問(wèn)題出現(xiàn)。因此，通過(guò)對(duì)同行評(píng)審證據(jù)和大量科學(xué)文獻(xiàn)進(jìn)行研究后，全世界各國(guó)科學(xué)院均對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)產(chǎn)品得出了安全可靠的結(jié)論[12-13]。

4.2 轉(zhuǎn)基因育種的生態(tài)安全性從轉(zhuǎn)基因育種的生態(tài)安全性而言，轉(zhuǎn)基因技術(shù)是模仿自然界中的基因橫向轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。事實(shí)上，基因的橫向轉(zhuǎn)移在自然界普遍存在。近年來(lái)，人們對(duì)自然環(huán)境中發(fā)生的水平基因轉(zhuǎn)移有了新認(rèn)識(shí)，也開(kāi)始對(duì)遺傳工程微生物(Genetically Engineering Microorganisms，簡(jiǎn)稱GEMs)生態(tài)安全性進(jìn)行新的考量。

如果在自然環(huán)境中，不同微生物之間遺傳物質(zhì)的交流是一種正常的生態(tài)平衡系統(tǒng)，為了提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力、治理環(huán)境污染以及其他方面實(shí)際應(yīng)用，人為地向環(huán)境中添加大量人工構(gòu)建的GEMs或GEOs(Genetically Engineering Organism,遺傳工程生物體，簡(jiǎn)稱GEOs,)，也是一種加速的“人工進(jìn)化”進(jìn)程。至于該過(guò)程最終結(jié)果如何，目前頗具爭(zhēng)議。

對(duì)作物轉(zhuǎn)基因育種過(guò)程中所產(chǎn)生的基因橫向轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，及其所產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)開(kāi)展研究，有助于對(duì)GEOs的生態(tài)安全性作出正確評(píng)價(jià)，從而對(duì)基因工程技術(shù)及轉(zhuǎn)基因生物的進(jìn)一步優(yōu)化起到促進(jìn)作用[1]。

4.3 轉(zhuǎn)基因作物研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化安全為了規(guī)范我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化,保障人體健康、生態(tài)環(huán)境安全及農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易秩序，國(guó)務(wù)院于2001年頒布實(shí)施了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》，農(nóng)業(yè)部于2002年相繼出臺(tái)了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標(biāo)識(shí)管理辦法》、《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評(píng)價(jià)辦法》、《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物加工審批辦法》、《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)口安全管理辦法》等管理辦法。我國(guó)轉(zhuǎn)基因植物食用安全評(píng)價(jià)和技術(shù)指標(biāo)，涵蓋了轉(zhuǎn)基因作物食用安全評(píng)價(jià)所有內(nèi)容：營(yíng)養(yǎng)、毒理、致敏性及其他資料的綜合評(píng)價(jià)等[10]。由于傳統(tǒng)育種方法所培育出的新品種，無(wú)需嚴(yán)格繁瑣的安全性檢測(cè)，因此，與常規(guī)食品相比，我國(guó)轉(zhuǎn)基因食品有可能更加安全可靠。由于避免農(nóng)藥的大量使用，與非轉(zhuǎn)基因作物相比，我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)安全性可能更加有效。

正是因?yàn)槲覈?guó)在轉(zhuǎn)基因作物的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，實(shí)行了嚴(yán)格的安全管理措施，導(dǎo)致我國(guó)每年從國(guó)外進(jìn)口數(shù)以千萬(wàn)噸的轉(zhuǎn)基因大豆和玉米，但在國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)基因糧食卻被禁止種植，出現(xiàn)了“轉(zhuǎn)基因準(zhǔn)吃不準(zhǔn)種”的反常現(xiàn)象[14]。

4.4 轉(zhuǎn)基因技術(shù)科學(xué)本質(zhì)近年來(lái)，圍繞轉(zhuǎn)基因技術(shù)與轉(zhuǎn)基因食品安全性等問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)輿論出現(xiàn)了前所未有的亂象。一些別有用心者，瘋狂攻擊詆毀國(guó)家推行轉(zhuǎn)基因品種產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略，污蔑謾罵轉(zhuǎn)基因研發(fā)科學(xué)工作者，肆意妖魔化轉(zhuǎn)基因技術(shù)[15-17]。

轉(zhuǎn)基因作物的生物安全研究首先是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，對(duì)于其爭(zhēng)論應(yīng)該置于科學(xué)基礎(chǔ)之上。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此問(wèn)題的關(guān)注和爭(zhēng)論，已遠(yuǎn)超出了科學(xué)的范疇，不再是一場(chǎng)科學(xué)爭(zhēng)論。面對(duì)此情況，一方面，國(guó)家政府部門需要及時(shí)發(fā)布權(quán)威信息,對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究和應(yīng)用的重要性和科學(xué)依據(jù)進(jìn)行必要說(shuō)明，消除公眾或消費(fèi)者對(duì)轉(zhuǎn)基因食品安全性的過(guò)度憂慮；另一方面，從事轉(zhuǎn)基因研發(fā)的科學(xué)工作者也要主動(dòng)走出象牙塔，走向公眾，多做科普宣傳工作，創(chuàng)造機(jī)會(huì)，讓公眾多了解一些轉(zhuǎn)基因技術(shù)的原理、安全性管理和評(píng)價(jià)過(guò)程的科學(xué)性與嚴(yán)密性，將轉(zhuǎn)基因爭(zhēng)論最大程度地限制在科學(xué)討論的范圍之內(nèi)[18-20]。

5 轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用

5.1 安全標(biāo)記基因技術(shù)使用安全標(biāo)記基因是消除標(biāo)記基因潛在風(fēng)險(xiǎn)的重要方法。與抗生素和除草劑抗性標(biāo)記基因相比，這類標(biāo)記在選擇時(shí)并非直接殺死非轉(zhuǎn)化細(xì)胞，而是使轉(zhuǎn)化細(xì)胞處于有利的生長(zhǎng)條件，使非轉(zhuǎn)化細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制，從而篩選出轉(zhuǎn)化細(xì)胞，且其基因和表達(dá)產(chǎn)物對(duì)人和其他生物無(wú)毒。目前己開(kāi)發(fā)了一系列安全標(biāo)記基因，按其作用原理和選擇劑類型可分為糖代謝相關(guān)基因、 氨基酸代謝相關(guān)基因、激素相關(guān)基因、抗逆相關(guān)基因。這類標(biāo)記基因及其表達(dá)產(chǎn)物對(duì)人和其他生物更安全[21-23]。

5.2 標(biāo)記基因刪除和外源基因累加技術(shù)目前，已發(fā)展了多種標(biāo)記基因刪除技術(shù)：共轉(zhuǎn)化法剔除標(biāo)記基因；基因槍介導(dǎo)的表達(dá)盒共轉(zhuǎn)化法(位點(diǎn)特異性重組法介導(dǎo)的標(biāo)記基因刪除和外源基因累加、位點(diǎn)特異性重組法介導(dǎo)的標(biāo)記基因刪除、基于位點(diǎn)特異性重組法的基因疊加技術(shù))；轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的標(biāo)記基因刪除技術(shù)；同源重組介導(dǎo)的標(biāo)記基因刪除技術(shù)。基因疊加技術(shù)為復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因植物研發(fā)奠定了基礎(chǔ)，有望成為未來(lái)多性狀轉(zhuǎn)基因植物研發(fā)的重要技術(shù)之一[23-25]。

5.3 基因漂流防控技術(shù)包括葉綠體轉(zhuǎn)化技術(shù)和基因拆分技術(shù)[23]。

5.4 基因定點(diǎn)編輯整合技術(shù)基因定點(diǎn)編輯整合技術(shù)包括鋅指核酸酶、TALEN和CRISPR/Cas9系統(tǒng)介導(dǎo)的基因定點(diǎn)編輯和整合技術(shù)。其中，TALEN和CRISPR/Cas9技術(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、易操作、靶點(diǎn)分布廣泛，有望成為安全轉(zhuǎn)基因研發(fā)和應(yīng)用的重要技術(shù)[23]。

在上述幾種標(biāo)記基因刪除技術(shù)中，共轉(zhuǎn)化法和位點(diǎn)特異性重組法表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。其中，共轉(zhuǎn)化法是研究最早、較成熟的一種方法，因其操作簡(jiǎn)單而得到廣泛應(yīng)用[26]。葉綠體轉(zhuǎn)化法和基因拆分法為限控轉(zhuǎn)基因植物中基因漂移帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)提供了很好的途徑。

安全標(biāo)記基因的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，可減少公眾對(duì)抗生素或抗除草劑抗性標(biāo)記基因可能帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)擾。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，為社會(huì)發(fā)展和人類健康帶來(lái)更多的福祉。

6 構(gòu)建現(xiàn)代作物育種科學(xué)技術(shù)新體系

6.1 轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)是傳統(tǒng)作物改良技術(shù)在分子生物學(xué)學(xué)科背景下的拓展與延伸世界上早期有記載的文化，是和栽培特殊谷類、豆類作物密切聯(lián)系。作物改良的主要方式，在過(guò)去漫長(zhǎng)的農(nóng)耕歷史里，主要是對(duì)自然突變優(yōu)良基因或重組體的選擇和利用。但在遺傳學(xué)創(chuàng)立后，作物育種則開(kāi)始采用人工雜交等創(chuàng)造變異方法進(jìn)行優(yōu)良基因的重組和外源基因的導(dǎo)入，從而實(shí)現(xiàn)作物的遺傳改良。

近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，轉(zhuǎn)基因技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于作物遺傳改良進(jìn)程中。與傳統(tǒng)育種技術(shù)相比，轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)的重要區(qū)別：一是，傳統(tǒng)育種技術(shù)一般僅在生物種內(nèi)不同個(gè)體間實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移，而轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)的基因轉(zhuǎn)移則不受生物體親緣關(guān)系遠(yuǎn)近限制；二是，傳統(tǒng)育種的雜交和選擇技術(shù)一般是在生物個(gè)體水平上開(kāi)展的，操作的對(duì)象是整個(gè)基因組，轉(zhuǎn)移大量基因，不能對(duì)某個(gè)基因進(jìn)行準(zhǔn)確操作選擇，對(duì)后代表現(xiàn)的預(yù)見(jiàn)性也較差；三是，轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)所操作轉(zhuǎn)移的一般是經(jīng)過(guò)明確定義的基因，基因功能較清楚，可以對(duì)轉(zhuǎn)基因后代材料的表現(xiàn)型進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)期。

在基因轉(zhuǎn)移的范圍和效率方面，轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)比傳統(tǒng)育種技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但究其遺傳學(xué)本質(zhì)而言，轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)對(duì)作物開(kāi)展的品種改良，還是通過(guò)獲得優(yōu)良基因而實(shí)現(xiàn)的。所謂的轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)，仍是傳統(tǒng)作物改良技術(shù)在新的分子生物學(xué)學(xué)科背景下的拓展與延伸；而不是拋棄常規(guī)育種方法另起爐灶，更不是對(duì)傳統(tǒng)作物改良技術(shù)的革命和背叛。

6.2 轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)難以對(duì)多基因控制的數(shù)量性狀改良作物經(jīng)濟(jì)性狀大多屬數(shù)量性狀，由微效多基因控制，產(chǎn)量、抗逆性等重要經(jīng)濟(jì)性狀本身又是若干數(shù)量性狀構(gòu)成的復(fù)雜的復(fù)合性狀。對(duì)數(shù)量性狀的改進(jìn)和提高，一直是作物改良的重要目標(biāo)。

在基因轉(zhuǎn)移的范圍和效率方面，轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)較傳統(tǒng)育種技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但這種優(yōu)勢(shì)僅局限于主效基因控制的質(zhì)量性狀或主效QTL改良。在多基因控制的數(shù)量性狀改良方面，轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)，對(duì)產(chǎn)量等更為復(fù)雜的復(fù)合數(shù)量性狀也難以實(shí)現(xiàn)[27]。高新技術(shù)發(fā)揮作用，必須以傳統(tǒng)常規(guī)技術(shù)為基礎(chǔ)。高新技術(shù)通常用來(lái)創(chuàng)造新的原始材料或新的種質(zhì)資源，以補(bǔ)充自然資源的不足。無(wú)論什么高新技術(shù)，都不可能直接育成用于生產(chǎn)的新品種[28]。將育種方法依賴于基因工程去解決問(wèn)題是一種誤解。離開(kāi)常規(guī)的鑒定、選擇技術(shù)，高新技術(shù)也無(wú)法創(chuàng)造新的種質(zhì)資源，且新種質(zhì)資源的改良更離不開(kāi)常規(guī)育種[27]。佟屏亞[29]研究指出，目前尚未出現(xiàn)轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以大幅度提高作物產(chǎn)量的報(bào)道。

6.3 轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)只有在常規(guī)育種材料創(chuàng)新的基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)新的突破轉(zhuǎn)基因技術(shù)是現(xiàn)代作物育種技術(shù)體系的一個(gè)組成部分，轉(zhuǎn)基因技術(shù)與常規(guī)育種技術(shù)‘相互結(jié)合、互為倚重、協(xié)同創(chuàng)新、相得益彰’。這種關(guān)系表現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因育種的各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其在轉(zhuǎn)基因育種起點(diǎn)受體材料的選取方面。

轉(zhuǎn)基因育種基礎(chǔ)材料選擇必須緊密結(jié)合常規(guī)育種實(shí)踐，密切關(guān)注農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需求，及時(shí)利用常規(guī)育種的最新材料，共享常規(guī)育種工作者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)成果。只有在常規(guī)育種材料創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)基因育種才有可能實(shí)現(xiàn)新品種的選育。此外，轉(zhuǎn)基因育種在后代材料的性狀鑒定、田間選擇，以及豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性評(píng)定方面，也必須借鑒和利用常規(guī)育種技術(shù)的一整套方法和技術(shù)。

在轉(zhuǎn)基因育種起點(diǎn)受體材料的選取方面，我國(guó)在轉(zhuǎn)基因水稻育種方面具有現(xiàn)實(shí)事例可供參考。Bt汕優(yōu)63是華中農(nóng)業(yè)大學(xué)成功培育的首例抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因水稻。父本華恢1號(hào)系以汕憂63父本明恢63為轉(zhuǎn)基因受體品種，經(jīng)導(dǎo)入外源抗蟲(chóng)基因Bt而選育成功的抗蟲(chóng)恢復(fù)系。但抗蟲(chóng)雜交組合選育并不如人意，因?yàn)樗玫氖?0世紀(jì)80年代福建省選育審定的老舊組合汕優(yōu)63(1984年福建省審定品種，閩審稻1984001)。汕憂63品種性狀優(yōu)良，但畢竟是一個(gè)30年前的審定品種，其產(chǎn)量水平無(wú)論如何均未超過(guò)目前正在水稻生產(chǎn)上推廣應(yīng)用品種的可能性。因此，面對(duì)一個(gè)無(wú)增產(chǎn)潛力的轉(zhuǎn)基因水稻品種，其推廣應(yīng)用價(jià)值較小。

6.4 推進(jìn)轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)的“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”與“協(xié)同創(chuàng)新”提倡重視常規(guī)技術(shù)，并不否認(rèn)發(fā)展包括轉(zhuǎn)基因技術(shù)等高新技術(shù)的必要性。事實(shí)上，我國(guó)的“加快把生物產(chǎn)業(yè)培育成為高技術(shù)領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)和國(guó)家的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”和“繼續(xù)實(shí)施轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項(xiàng)”等，正是這種必要性的重要體現(xiàn)[30]。但作物育種學(xué)，包括轉(zhuǎn)基因育種，畢竟是一個(gè)面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的應(yīng)用型學(xué)科，其中的選擇與鑒定等一系列重要中間環(huán)節(jié)，以及最后的育種效果評(píng)定，都必須在田間試驗(yàn)條件下完成。在以常規(guī)技術(shù)為主的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮轉(zhuǎn)基因技術(shù)的特殊優(yōu)勢(shì)。在此條件下，才能全面推進(jìn)轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)作物育種技術(shù)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”與 “協(xié)同創(chuàng)新”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)構(gòu)建現(xiàn)代作物育種科學(xué)技術(shù)新體系的理想目標(biāo)。

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Security Discussion and Applicatim of Genetically Modified Crops Technology

XU Jiu-wen1,LI Tian-fu1,HAN Zheng-shu2,TONG Ji-ping2*(1.Jiaozuo Agriculture & Forestry Science Research Institute,Jiaozuo,Henan 454001; 2.Tianjin Crop Institute,Tianjin 300112)

The relationship between transgenic technology and traditional crop breeding technology was discussed.The idea of promoting complementary advantages and collaborative innovation of transgenic technology and traditional crop breeding technology,constructing modern crop breeding scientific new system was proposed.

Horizontal gene transfer; Genetically modified crops; Food safety; Ecological safety

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31071396)；天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(11JCZDJC17400)；河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(152102110018)；天津農(nóng)科院院長(zhǎng)基金項(xiàng)目(09012) 資助。

徐九文(1966- )，男，河南博愛(ài)人，副研究員，從事水稻新品種選育研究。*通訊作者，博士，從事水稻重要農(nóng)藝性狀功能基因分離鑒定與水稻新品種選育研究。

2016-07-11

S 188

A

0517-6611(2016)30-0097-04