農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用的探究

付晴安

摘 要 基因工程的應(yīng)用是高中生物的重要組成部分，也是當(dāng)前生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿。農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，并在提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改良農(nóng)作物品質(zhì)、提高土地利用率等方面發(fā)揮了巨大的作用，但人們對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)存在不少的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)基因技術(shù) 農(nóng)業(yè)應(yīng)用 基因工程

中圖分類號(hào) Q-49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 E

1 國內(nèi)外農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

基因工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的運(yùn)用給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了一場新的革命。2015年是轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化20周年，20年的商業(yè)化證明，轉(zhuǎn)基因作物為農(nóng)民乃至為全社會(huì)帶來了農(nóng)業(yè)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、健康和社會(huì)效益。國際農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織（ISAAA）2015年度轉(zhuǎn)基因報(bào)告公布：1996～2015年，全球轉(zhuǎn)基因作物累計(jì)種植面積已達(dá)到空前的20億hm2，累計(jì)種植面積堪比兩個(gè)美國。據(jù)ISAAA統(tǒng)計(jì)，2015年全球28個(gè)轉(zhuǎn)基因作物種植國的1 800萬農(nóng)民種植了1.797億hm2的轉(zhuǎn)基因作物，比1996年的170萬hm2增加了100倍，為農(nóng)戶帶來了巨大的收益。轉(zhuǎn)基因技術(shù)已成為世界上應(yīng)用最為迅速的作物技術(shù)。

在全球轉(zhuǎn)基因作物研究和應(yīng)用迅猛發(fā)展的同時(shí)，截至目前為止，我國已先后批準(zhǔn)了7種轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的應(yīng)用和生產(chǎn)，分別是耐貯存番茄、抗蟲棉花、改變花色矮牽牛和抗病辣椒（甜椒、線辣椒）、抗病番木瓜以及抗蟲水稻和轉(zhuǎn)植酸酶玉米。但到目前為止，我國投入商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物只有兩種：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花和轉(zhuǎn)基因抗病毒番木瓜。抗蟲棉是唯一大規(guī)模種植的轉(zhuǎn)基因植物。

2 農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)取得的成就

農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)飛速發(fā)展，在轉(zhuǎn)基因植物新品種培育、基因克隆以及產(chǎn)業(yè)化等方面取得了一系列成果。目前我國已育成多種農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因品種和資源，獲得轉(zhuǎn)基因抗病、抗蟲、抗逆、品質(zhì)改良等小麥、玉米、水稻、棉花、大豆、油菜等新品系2萬余份、新品種數(shù)十個(gè)，為轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造了有利條件?；蚬こ虘?yīng)用在為人類解決“糧食短缺”“生態(tài)環(huán)境惡化”“資源匱乏”等問題方面已取得了一些重大成就，正在發(fā)揮著越來越重要的作用。

2.1 生物技術(shù)育種

生物育種是目前全球的研究熱點(diǎn)之一。分子標(biāo)記輔助聚合育種已成為我國農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病性與抗逆良種培育的一個(gè)重要途徑。在分子標(biāo)記、基因遺傳轉(zhuǎn)化和細(xì)胞工程等現(xiàn)代育種技術(shù)領(lǐng)域，我國相繼研制出一批重要農(nóng)作物如棉花、水稻、玉米、小麥、油菜、大豆、甘藍(lán)和辣椒等具有優(yōu)良農(nóng)藝性狀或抗逆性的新型種質(zhì)材料，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)已育成轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻、抗蟲棉、轉(zhuǎn)基因抗蟲楊樹和高表達(dá)植酸酶玉米等一批新成果。

2.2 改良農(nóng)作物品質(zhì)

隨著人們生活水平的提高，人們對食物的要求已不僅僅滿足于吃飽，而越來越關(guān)注口感、口味、營養(yǎng)成分等品質(zhì)性狀。我國科學(xué)家利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩?，使玉米的賴氨酸含量提高?0%，極大地提高了其營養(yǎng)價(jià)值；利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，甚至可將新鮮番茄的儲(chǔ)存時(shí)間延長1～2個(gè)月，解決了由于果實(shí)具有呼吸躍變期而難貯藏的難題。

據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)告，全世界估計(jì)有1.9億兒童和1 900萬孕婦患有不同程度的維生素A缺乏癥（VAD），發(fā)展中國家每年有35萬兒童因VAD而失明，67萬兒童因VAD導(dǎo)致免疫力低下和繼發(fā)感染而死亡?！包S金大米”通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將胡蘿卜素轉(zhuǎn)化酶系統(tǒng)轉(zhuǎn)入到大米胚乳中，獲得外表為金黃色的轉(zhuǎn)基因大米?？梢运缓}卜素，在動(dòng)物體內(nèi)可以轉(zhuǎn)化為維生素A，幫助人體增加維生素A吸收?！包S金大米”的研發(fā)是科學(xué)家們不斷地探索以便捷、低成本的方式解決不同程度的維生素A缺乏癥問題，運(yùn)用科學(xué)造福窮人。

2.3 抗病抗蟲抗逆轉(zhuǎn)基因植物

轉(zhuǎn)基因技術(shù)越來越受到世界各國的關(guān)注，且得以飛速發(fā)展，育成了一大批抗蟲、抗病、抗病毒、抗寒、耐除草劑的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物新品種，并開始在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對棉花進(jìn)行遺傳改良主要涉及抗蟲、抗病、抗逆和抗除草劑和纖維品質(zhì)等性狀改良，其中抗蟲轉(zhuǎn)基因棉花和抗除草劑轉(zhuǎn)基因棉花已經(jīng)廣泛種植，且取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國第二代轉(zhuǎn)基因棉花研究總體已躍居世界領(lǐng)先水平。

2.3.1 抗蟲轉(zhuǎn)基因棉花

我國是世界上最大的棉花生產(chǎn)國，但由于棉鈴蟲的持續(xù)性大爆發(fā)，造成棉花減產(chǎn)達(dá)17%～50%，每年造成經(jīng)濟(jì)損失50～100億元人民幣。

我國科學(xué)家在1994年將來源于蘇云金芽孢桿菌的殺蟲蛋白基因（Bt）導(dǎo)入棉花，成功育出了國產(chǎn)單價(jià)抗蟲棉（GK）；1998～2003年科學(xué)家又將不同殺蟲機(jī)理的兩個(gè)抗蟲基因GFMCry1A和Cpti同時(shí)導(dǎo)入棉花，創(chuàng)制了雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉（中棉所45）。目前我國已育成10多個(gè)殺蟲效果顯著、豐產(chǎn)性能好，適用于不同生態(tài)環(huán)境種植的棉花品種，對棉鈴蟲、紅鈴蟲、卷葉蟲等鱗翅目的害蟲具有非常顯著的抗性，國產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉市場占有率已從最初的5%擴(kuò)大到95%以上，給棉花種植帶來了巨大的效益。1999～2008年，全國累計(jì)推廣轉(zhuǎn)基因抗蟲棉1 467萬hm2，農(nóng)藥使用量減少了80%以上。

隨著轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的廣泛種植，害蟲逐漸對單—的殺蟲基因產(chǎn)生了抗性。目前解決這一問題的主要策略是研制多基因共轉(zhuǎn)化抗蟲棉花，通過構(gòu)建多基因植物表達(dá)載體共轉(zhuǎn)化不同殺蟲機(jī)制的抗蟲基因，或利用基因聚合技術(shù)，將多個(gè)作用機(jī)制不同的殺蟲基因聚合到一個(gè)轉(zhuǎn)基因棉花材料中，培育獲得含多個(gè)基因的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。這樣，不僅使棉花受體具備多種抗蟲機(jī)制，運(yùn)用基因互補(bǔ)的方法加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因棉花抗蟲能力，延緩害蟲產(chǎn)生抗（耐）性，而且可以拓寬棉花抗蟲譜，使其獲得能夠高效殺死主要害蟲的廣譜抗蟲性。

2.3.2 抗旱耐鹽堿轉(zhuǎn)基因棉花

我國科學(xué)家來源于大腸桿菌的編碼膽堿脫氫酶（CDH）基因betA導(dǎo)入棉花，獲得的轉(zhuǎn)基因棉花的抗旱耐鹽性顯著提高。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院將耐鹽堿關(guān)鍵基因GhABF2導(dǎo)入中國棉花主栽品種蘇棉12，獲得4個(gè)耐鹽堿性能突出的轉(zhuǎn)基因棉花新品系，將有效提高土地利用率。

2.3.3 抗病轉(zhuǎn)基因棉花

目前困擾中國棉花產(chǎn)業(yè)的主要病害是黃矮病，它可造成棉花大量減產(chǎn)甚至絕收?？茖W(xué)家經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，海盜棉ERF族基因新成員EREB1/2在轉(zhuǎn)基因棉花和煙草中超表達(dá)后可有效增強(qiáng)植物的抗病能力。

2.3.4 抗除草劑轉(zhuǎn)基因棉花

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院運(yùn)用農(nóng)桿菌介導(dǎo)棉花下胚軸遺傳轉(zhuǎn)化方法，將CP4-EPSPS（抗除草劑）、溶菌酶hel（抗?。┖蚇a+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因（NhaD k3）同時(shí)導(dǎo)入棉花模式受體R15中，再生植物經(jīng)過連續(xù)三代自交后，經(jīng)抗棉花黃萎病、抗草甘膦及耐鹽堿能力篩選，得到高抗棉花黃萎病、抗除草劑及具有一定耐鹽堿能力的轉(zhuǎn)基因棉花新品系T58-22。

3 對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的認(rèn)識(shí)誤區(qū)

轉(zhuǎn)基因技術(shù)作為一項(xiàng)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，本身是中性的，但是人們在具體使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)的過程中會(huì)存在風(fēng)險(xiǎn)性的問題。有責(zé)任感的科學(xué)家們在利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改善人類生活的時(shí)候，會(huì)努力降低轉(zhuǎn)基因技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)概率。但是，社會(huì)上人們對轉(zhuǎn)基因技術(shù)還存在很多誤區(qū)。

3.1 轉(zhuǎn)基因食品的安全性問題

很多經(jīng)基因改造的農(nóng)作物和動(dòng)物都經(jīng)過加工成為食品，轉(zhuǎn)基因食物已逐漸走進(jìn)了人們的生活。但是目前社會(huì)上還有許多人抵制轉(zhuǎn)基因食品，甚至有些國家還完全禁止轉(zhuǎn)基因食品的播種與生產(chǎn)。不少人甚至?xí)?dān)憂：吃了轉(zhuǎn)基因食品后，外源基因進(jìn)入人體是否會(huì)改變?nèi)梭w的遺傳物質(zhì)，并遺傳給后代？其實(shí)這種擔(dān)心的原因是對轉(zhuǎn)基因食品的本質(zhì)不夠了解。人類通常食用的傳統(tǒng)的食品大都來源于動(dòng)植物或各種微生物，自然也包含了成千上萬的基因，但是人類基因組仍然保持穩(wěn)定。所有基因必須在人的消化系統(tǒng)中被分解成小分子的脫氧核苷酸，才能被人體吸收和利用。轉(zhuǎn)基因食品中所謂的外源基因僅是在轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物生長發(fā)育的過程中，賦予它們更符合生產(chǎn)和食品特性等方面發(fā)揮作用。

另外，根據(jù)國際食品法典委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)基因作物研發(fā)過程中需要開展目標(biāo)蛋白的毒性和過敏性評價(jià)。我國也有相關(guān)的管理?xiàng)l例，對在中國境內(nèi)從事的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物研究、實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)、加工、經(jīng)營和進(jìn)出口等活動(dòng)進(jìn)行全程安全管理。我國農(nóng)業(yè)部還組建了國家農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全委員會(huì)，與農(nóng)業(yè)部一起從實(shí)驗(yàn)研究、中間試驗(yàn)、環(huán)境釋放、生產(chǎn)性試驗(yàn)對轉(zhuǎn)基因作物的分子特征、食用安全和環(huán)境安全進(jìn)行全面系統(tǒng)的評價(jià)后，轉(zhuǎn)基因作物才能獲得安全生產(chǎn)證書。因此，通過轉(zhuǎn)基因生物安全性評價(jià)，國家批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)基因食品是可以放心食用的。

3.2 對生態(tài)環(huán)境的影響問題

不少人對轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的種植給生態(tài)環(huán)境和生物多樣性帶來的影響也感到擔(dān)憂。如果抗蟲的基因“漂移”到雜草上，那么就會(huì)產(chǎn)生“超級(jí)雜草”。我國的科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)基地對轉(zhuǎn)基因水稻的基因現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因水稻向非轉(zhuǎn)基因水稻發(fā)生基因漂移的頻率非常低。因此，只要采取一定距離的安全隔離措施，嚴(yán)格安全管理，不用擔(dān)心轉(zhuǎn)基因作物的基因漂移問題。所以國家在批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因作物安全生產(chǎn)證書時(shí)，會(huì)根據(jù)不同的轉(zhuǎn)基因限制轉(zhuǎn)基因作物的栽培區(qū)域，例如中棉所41轉(zhuǎn)基因棉的栽培區(qū)域?yàn)辄S河流域。

隨著轉(zhuǎn)基因抗蟲作物的培育，將導(dǎo)致針對相應(yīng)害蟲的農(nóng)藥用量的減少。那么不少農(nóng)藥往往不是針對一種害蟲，這樣會(huì)不會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)害蟲外的其他害蟲的增加，從而改變農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量？確實(shí)存在這個(gè)問題，但是它所產(chǎn)生的影響也是雙面的，因?yàn)椴粌H其他害蟲增加，同樣這些害蟲的天敵的數(shù)量也在增加。另外，農(nóng)藥使用量的減少將會(huì)降低對土壤和水體的污染。

因此，轉(zhuǎn)基因作物對生態(tài)環(huán)境的正面效應(yīng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其可能存在的負(fù)面效應(yīng)。

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