中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)植物轉(zhuǎn)化方法研究進(jìn)展

張 虎，張鵬華，崔愛民，單 皓，張久剛

（1山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西臨汾041000；2山西省蒲縣農(nóng)業(yè)資源開發(fā)中心，山西蒲縣041200）

0 引言

自植物基因工程誕生以來，轉(zhuǎn)化方法的不斷完善和創(chuàng)新，為更深入廣泛地開展植物基因工程研究提供了便利手段。目前，世界上關(guān)于植物轉(zhuǎn)基因研究的發(fā)明創(chuàng)新中，轉(zhuǎn)基因玉米所涉及的專利有3503件，而涉及蘇云金殺蟲晶體蛋白的專利則多達(dá)6274件；關(guān)于轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，中國和美國是種植轉(zhuǎn)基因作物最早的國家，20世紀(jì)80年代，中國就開放了轉(zhuǎn)基因抗病毒煙草的種植[1]。30多年來，種植轉(zhuǎn)基因作物的國家數(shù)量和種植面積不斷增多，截至2014年底，全球已有28個(gè)國家種植轉(zhuǎn)基因作物，種植面積也由最初的179萬hm2增加到1.815億hm2[2]。據(jù)ISAAA報(bào)道，轉(zhuǎn)基因植物的研究和產(chǎn)業(yè)化取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

在國內(nèi)，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、轉(zhuǎn)基因水稻、轉(zhuǎn)基因玉米等的研究均取得了巨大成就，該領(lǐng)域研發(fā)所取得的成果數(shù)目，在世界排名為第2或第3位[3]。如國內(nèi)與轉(zhuǎn)基因玉米有關(guān)的專利有460多件[3]，雖比美國少，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國家；中國實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種有134個(gè)[4]，轉(zhuǎn)基因番木瓜品種也基本滿足國內(nèi)需求；轉(zhuǎn)基因水稻和玉米等也獲得了農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)的安全證書等等。不過，這些成就與發(fā)達(dá)國家比較，還有一定的差距，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：一是專利數(shù)量少，如轉(zhuǎn)基因玉米的專利美國有2388件，中國僅有460件；二是有些專利的內(nèi)涵和質(zhì)量不高，1991—2015年，國內(nèi)申請植物轉(zhuǎn)基因方法的專利288件，其中1/3經(jīng)審核為無效專利；三是國內(nèi)對(duì)主糧作物的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展一直持觀望和猶豫態(tài)度，至今沒有開放轉(zhuǎn)基因主糧作物的產(chǎn)業(yè)化[5]，而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)基因棉花、木瓜等的種植面積，每年都在300萬～400萬hm2左右徘徊，轉(zhuǎn)基因作物種植面積的世界排名已由前幾年的第4位降到了現(xiàn)在的第6位[1]，形勢較為嚴(yán)峻。造成這種局面的原因很多（后文敘述），其后果是直接影響著中國轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)和轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。

為了解國內(nèi)在植物轉(zhuǎn)化方法研究方面的現(xiàn)狀和存在問題，探索其未來的發(fā)展方向和前景，為中國植物轉(zhuǎn)基因研究提供理論與技術(shù)支撐。作者根據(jù)大量相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道，就基于擁有中國自主專利權(quán)的轉(zhuǎn)基因方法的研究進(jìn)展予以概述，提出目前還存在的一些問題，并針對(duì)這些問題給出相應(yīng)的建議。

1 國內(nèi)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的植物轉(zhuǎn)化技術(shù)

首先，作者在“佰騰”網(wǎng)站[6]頁面的‘佰騰專利檢索’窗口中選擇“中國專利庫”，先后輸入“轉(zhuǎn)化方法”、“基因轉(zhuǎn)化方法”和“基因轉(zhuǎn)移方法”3個(gè)詞條，分別查詢到184件、99件和5件與“轉(zhuǎn)化植物”有關(guān)的專利，共計(jì)288件。顯然由于時(shí)間或其它原因，有些創(chuàng)造發(fā)明并未申請專利，如20世紀(jì)70年代末中國科學(xué)家周光宇首次提出的花粉管通道法[7]、楊劍波等[8]提出的低能離子束介導(dǎo)法等。

上述290件轉(zhuǎn)化技術(shù)，分布年限為1978—2015年，包括目前仍然有效的有77件（包括花粉管通道法和低能離子束介導(dǎo)法），授權(quán)后失效的專利49件，未授權(quán)失效專利89件，公開的5件，正在實(shí)質(zhì)審查的66件（見表1）。

續(xù)表1

從受理專利件數(shù)上分析，1979—2002年間每年僅受理1～4件，多數(shù)年份為0件，即便是有專利受理的年份中，多數(shù)只發(fā)生1件受理事件。2003—2010年呈不間歇上升趨勢，最多2010年達(dá)到46件，隨后至2015年，又呈現(xiàn)下降趨勢，2015年僅有30件。

專利所涉及到的植物有大豆、玉米、水稻、棉花、花生、花卉、木本植物等。

從專利內(nèi)容上看，絕大多數(shù)專利基本上是對(duì)現(xiàn)有植物轉(zhuǎn)化技術(shù)的改良，申請者的目的在于保護(hù)轉(zhuǎn)化的材料而不是方法本身，所以在轉(zhuǎn)化研究方面大部分轉(zhuǎn)化技術(shù)被應(yīng)用的并不多，報(bào)道有限。故本研究多以花粉管通道法等幾個(gè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)化方法予以討論。

2 與專利有關(guān)的一些重大科研進(jìn)展和取得的成就

2.1 轉(zhuǎn)基因棉花

2.1.1 轉(zhuǎn)基因棉花的研發(fā)及新品種培育 涉及棉花轉(zhuǎn)化的方法，擁有國內(nèi)專利保護(hù)或者國際通用的方法有7種，如周光宇的花粉管通道法、葉武威等的棉花的基因槍活體快速轉(zhuǎn)化方法(CN201310046202.5)，張?zhí)煺娴囊环N農(nóng)桿菌介導(dǎo)的不依賴于組織培養(yǎng)的棉花轉(zhuǎn)基因方法(CN200910035360.4)、農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和基因槍法等，但國內(nèi)應(yīng)用較多的自主方法還是花粉管通道法。

最初國內(nèi)學(xué)者利用激光共聚焦顯微技術(shù)[9]、細(xì)胞胚胎學(xué)技術(shù)[10]等以及在各種作物上轉(zhuǎn)化驗(yàn)證了花粉管通道法的科學(xué)性和實(shí)用性[11～15]，證明花粉管通道法適合于對(duì)所有開花作物進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化的研究[16]和種質(zhì)資源的創(chuàng)新[17]。

在轉(zhuǎn)化方面，1978年周光宇[18]和邵啟全等合作進(jìn)行外源DNA導(dǎo)入研究，在小麥、水稻、棉花上都發(fā)現(xiàn)有變異的子代；1983年，周光宇等[7]成功將外源海島棉的DNA導(dǎo)入到陸地棉品種中，培育出抗枯萎病的棉花新品種；1992年郭三堆研究團(tuán)隊(duì)用人工合成方式獲得了BT殺蟲基因，并于1994年將這個(gè)基因轉(zhuǎn)化到棉花品種，創(chuàng)制出了中國第一個(gè)抗蟲棉，隨后他們又將殺蟲基因和CpTI基因?qū)搿h(yuǎn)321’、‘中棉所19’等棉花品種中，研制出雙價(jià)抗蟲棉[19]；1991年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所謝道昕等與江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所黃駿麒等[20]2個(gè)課題組合作，采用花粉管通道法將Bt.aizawa7-29、Bt.kurstaki HD-12個(gè)殺蟲基因分別導(dǎo)入無毒棉和中棉品種中，獲得了轉(zhuǎn)基因植株，并證明目的基因在受體中得到表達(dá)；1993年，合作組仍采用花粉管通道法將GFM Cry1A殺蟲蛋白基因?qū)朊藁?，培育出轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花植株，這是中國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的首個(gè)研發(fā)成果并隨后實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化種植，打破了發(fā)達(dá)國家對(duì)抗蟲棉品種的壟斷；此后大批轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的研究均獲得成功[21-23]；2002年，樂錦華等[24]利用花粉管通道法將含有菜豆幾丁質(zhì)酶基因和煙草β-1,3葡聚糖酶基因的雙價(jià)載體導(dǎo)入‘石遠(yuǎn)321’和新疆棉品種，獲得了轉(zhuǎn)化植株，并培育出抗枯萎病、黃萎病的轉(zhuǎn)基因抗病新品種；2004年，崔洪志[25]按照透明顫菌血紅蛋白氨基酸排列序列，合成了vgbM基因，并將vgbM和GFM Cry1A Bt雙價(jià)基因以花粉管通道法方式轉(zhuǎn)化棉花，獲得了既增產(chǎn)又抗蟲的轉(zhuǎn)基因棉花新材料，并發(fā)現(xiàn)在外源基因整合過程有轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)雙基因的7個(gè)株系。

此外，中國轉(zhuǎn)基因棉花在抗旱[26-27]、抗病[28-29]、抗除草劑[30-31]以及品質(zhì)改良[32-33]等方面的研究也取得了積極進(jìn)展。

2.1.2 轉(zhuǎn)基因棉花的產(chǎn)業(yè)化和效益 中國審定的第一個(gè)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種是美國的‘新棉33B’[34]。1996年，國內(nèi)開始種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，但種植的抗蟲棉品種95%以上為外國品種。自1998和1999年中國審定了第一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種，如‘晉棉26號(hào)’，‘GK12’、‘GKZ1’和‘中棉所38’等，種植的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉國內(nèi)品種所占份額才逐步增加。2001年國內(nèi)種植的抗蟲轉(zhuǎn)基因棉花的面積首次超過非轉(zhuǎn)基因棉花的播種面積，2003年，國內(nèi)轉(zhuǎn)基因品種的播種面積超過了國外品種。2007年國內(nèi)份額達(dá)到80%以上，此后一直處于壟斷地位。目前中國共審定抗蟲轉(zhuǎn)基因棉花品種134個(gè)，1997—2008年，國內(nèi)種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的累積面積達(dá)2700多萬hm2[4]，播種區(qū)域也由最初的華北、華中地區(qū)擴(kuò)大到西北地區(qū)、長江流域和新疆等地區(qū)，據(jù)農(nóng)業(yè)部2006年統(tǒng)計(jì)，山東、河南、河北、安徽等地的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉就已達(dá)100%[35]。

關(guān)于轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)業(yè)化所產(chǎn)生的效益，概括如下。

1999年雙價(jià)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉中國北部9省區(qū)的推廣，由于種植轉(zhuǎn)基因棉花單產(chǎn)增加9.6%[36]，農(nóng)藥用量節(jié)省75%～80%[1]，每個(gè)農(nóng)戶增加1500元/hm2的收入[37]；還有報(bào)道認(rèn)為種植抗蟲棉的棉農(nóng)每公頃土地增收就高達(dá)3000元以上[38]；據(jù)分析統(tǒng)計(jì)[39]，在2000年因種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉棉農(nóng)從中總獲利7.7億元；1996—2012年中國農(nóng)民種植轉(zhuǎn)基因棉花累積獲利153億美元[40]。全球統(tǒng)計(jì)每多種植1 hm2轉(zhuǎn)Bt棉花，農(nóng)民就可增收250美元[41]，國內(nèi)外數(shù)據(jù)基本持平。除經(jīng)濟(jì)效益外，由于減少農(nóng)藥用量，種植抗蟲棉還減少了環(huán)境污染和保護(hù)了生態(tài)多樣性[42]。

2.2 轉(zhuǎn)基因番木瓜

2009年國內(nèi)種植番木瓜面積超過11萬hm2，產(chǎn)值約在17億元左右[43]。不過，在20世紀(jì)80年代，由于番木瓜遭受到番木瓜環(huán)斑病毒PRSV的侵染，導(dǎo)致大面積的番木瓜植株壞死，直接威脅著番木瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.2.1 轉(zhuǎn)基因番木瓜的研究及抗病品種培育 現(xiàn)有專利中涉及轉(zhuǎn)基因番木瓜的不多，主要是功能基因保護(hù)權(quán)和轉(zhuǎn)基因新品種保護(hù)權(quán)，轉(zhuǎn)化方法基本上沒有申請專利權(quán)保護(hù)，但也有幾個(gè)國內(nèi)獨(dú)創(chuàng)但未申請專利的番木瓜轉(zhuǎn)化方法，如花粉管通道法、體胚發(fā)生途徑轉(zhuǎn)化法、胚狀體振動(dòng)共培養(yǎng)轉(zhuǎn)化法、愈傷組織與農(nóng)桿菌共培養(yǎng)轉(zhuǎn)化法等，下面分別予以敘述。

1991年，葉長明等[44]構(gòu)建了番木瓜環(huán)斑病毒外殼蛋白Ys-CP基因，并隨后采用體胚發(fā)生途徑轉(zhuǎn)化番木瓜，得到2株轉(zhuǎn)基因植株；1995年，周鵬等[45]以胚狀體振動(dòng)共培養(yǎng)法將PRSV-Nib基因轉(zhuǎn)入番木瓜子葉型胚狀體，獲得了轉(zhuǎn)基因植株，并在1996年[46]的試驗(yàn)中證明，PRSV-CP-SN轉(zhuǎn)基因植株比PRSV-CP具更強(qiáng)的田間抗病性，即轉(zhuǎn)雙價(jià)基因效果更好；1998年，陳谷等[47]將課題組構(gòu)建的PRV-RP基因植物表達(dá)載體，采用愈傷組織與農(nóng)桿菌共培養(yǎng)的方法轉(zhuǎn)化番木瓜‘臺(tái)農(nóng)2號(hào)’，獲得了轉(zhuǎn)基因植株，同年，趙志英等[48]采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將PRV RNA核酶基因?qū)敕竟希@得轉(zhuǎn)基因抗病毒病番木瓜植株，進(jìn)一步地觀察發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因番木瓜比非轉(zhuǎn)基因番木瓜只是推遲了發(fā)病期，一般為推遲3～5周發(fā)?。?003年，葉長明等[49]在研究轉(zhuǎn)基因番木瓜的抗病性時(shí)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因T1及T2轉(zhuǎn)番木瓜2個(gè)品系對(duì)PRSV達(dá)到高抗，證明目的基因能夠穩(wěn)定遺傳，同時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化復(fù)制酶基因的轉(zhuǎn)化體抗病譜窄，培育的新品種因受到地域限制而不易推廣。2004年，阮曉蕾等[50]的試驗(yàn)得出同樣的結(jié)論。2005年，饒雪琴等[51]利用PCR重疊延伸技術(shù)，將PRSV-Vb株系的外殼蛋白基因和Ys株系的復(fù)制酶基因構(gòu)建成融合基因VY，結(jié)果就是獲得對(duì)PRSV廣譜抗性的轉(zhuǎn)基因番木瓜；同年，馮黎霞等[52]對(duì)轉(zhuǎn)番木瓜環(huán)斑病毒復(fù)制酶Trp基因的第3、第4代植株進(jìn)行攻毒試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)基因植株絕大部分對(duì)PRSV都高抗，但在1個(gè)38株品系中有3株發(fā)?。?008年，魏軍亞等[53]利用花粉管通道法將番木瓜環(huán)斑病毒外殼蛋白(PRSV-CP)基因3’-端同源序列dsRNA導(dǎo)入番木瓜‘蔬羅I號(hào)’子房中，獲得轉(zhuǎn)化植株，田間抗病鑒定結(jié)果證明，轉(zhuǎn)基因植株對(duì)番木瓜環(huán)斑病毒(PRSV)具有不同程度的抗性，大部分材料表現(xiàn)推遲發(fā)病。2009年，蔡群芳等[54]將番木瓜環(huán)斑病毒外殼蛋白基因(PRSV_CP)278 bp片段以花粉管通道法轉(zhuǎn)入番木瓜‘soloII’，獲得了陽性率高達(dá)50%以上的植株，有待對(duì)抗病毒性能做進(jìn)一步鑒定。

有關(guān)轉(zhuǎn)基因番木瓜的食用安全性，阮曉蕾等[55]應(yīng)用氣相色譜分析技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因番木瓜與非轉(zhuǎn)基因番木瓜中芐基異硫氰酯含量沒有變化，即轉(zhuǎn)基因并沒有導(dǎo)致芐基異硫氰酯在轉(zhuǎn)化植株內(nèi)增加，因而判斷轉(zhuǎn)基因番木瓜不可能引起食用者的過敏反應(yīng)；在轉(zhuǎn)化番木瓜過程中，經(jīng)常會(huì)用到一個(gè)標(biāo)記基因——卡那霉素抗性(NPTII)基因，食用轉(zhuǎn)基因番木瓜者擔(dān)心過多食用會(huì)產(chǎn)生抗生素耐性，對(duì)此，賈士榮[56]通過對(duì)研究資料的大量分析認(rèn)為，卡那霉素抗性基因在轉(zhuǎn)化體內(nèi)是安全的；此外由于轉(zhuǎn)基因番木瓜的抗病性提高，節(jié)省了農(nóng)藥的使用量，因而果實(shí)中農(nóng)藥殘留量也自然會(huì)降低[57]。國內(nèi)近10年的轉(zhuǎn)基因番木瓜產(chǎn)業(yè)化過程中，并未發(fā)現(xiàn)食用者有不良反應(yīng)的事例。所以，轉(zhuǎn)基因番木瓜的食用是安全的。

2.2.2 轉(zhuǎn)基因番木瓜的產(chǎn)業(yè)化及效益分析 在轉(zhuǎn)基因番木瓜新品種培育方面，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)制的高抗病毒病的轉(zhuǎn)基因品系‘華農(nóng)1號(hào)’，在2006年取得農(nóng)業(yè)部安全證書，獲準(zhǔn)在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用[50]，隨后轉(zhuǎn)基因抗病番木瓜的種植面積由最初的數(shù)百公頃，發(fā)展到2015年的10000 hm2[58]，種植區(qū)域遍布中南沿海地區(qū)。

轉(zhuǎn)基因番木瓜的產(chǎn)業(yè)化的貢獻(xiàn)如下：①經(jīng)濟(jì)效益明顯，種植番木瓜的年產(chǎn)值為84000元/hm2左右，扣除成本后，每公頃純收入約為57000元[59]，因而深受果農(nóng)歡迎；②中國目前仍然是轉(zhuǎn)基因番木瓜和非轉(zhuǎn)基因番木瓜混種局面，轉(zhuǎn)基因番木瓜的產(chǎn)業(yè)化，使得人們可以利用有限的土地，保證非轉(zhuǎn)基因番木瓜的輪作倒插和種植面積，間接增加了中國番木瓜的種植面積；③轉(zhuǎn)基因番木瓜產(chǎn)業(yè)化有利于保護(hù)和增加現(xiàn)有番木瓜品種數(shù)量，避免番木瓜產(chǎn)業(yè)的毀滅；④轉(zhuǎn)基因抗病毒病番木瓜的種植，減少了農(nóng)藥使用量，有利于保護(hù)環(huán)境免受污染，維護(hù)生態(tài)多樣性；⑤滿足市場供應(yīng)，為消費(fèi)者提供物美價(jià)廉、食用安全的新鮮水果。

2.3 轉(zhuǎn)基因水稻

目前，國內(nèi)轉(zhuǎn)基因技術(shù)在水稻上的應(yīng)用研究處于世界領(lǐng)先地位，催生了一大批抗蟲、抗除草劑及品質(zhì)改良的水稻新品系和材料[60]。

從發(fā)現(xiàn)外源DNA導(dǎo)入水稻后，后代有變異植株[18,61-62]；到篩選培育出一批轉(zhuǎn)基因抗蟲[63-65]、抗病[66-69]、抗除草劑[70]和品質(zhì)改良[71-73]的水稻材料，中國科學(xué)家利用自主的轉(zhuǎn)化方法進(jìn)行了不懈的努力。張啟發(fā)院士研發(fā)團(tuán)隊(duì)將中國科學(xué)家人工改造合成的蘇云金桿菌殺蟲蛋白融合基因Cry1Ac/Cry1Ab轉(zhuǎn)化到水稻優(yōu)良品種‘明恢63’中，經(jīng)選育獲得了轉(zhuǎn)基因抗蟲優(yōu)良品種‘華恢1號(hào)’；隨后又以‘華恢1號(hào)’為父本，‘珍汕97A’為母本，通過雜交選育得到轉(zhuǎn)基因抗蟲品種‘Bt汕優(yōu)63’。轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻具有抗水稻二化螟、三化螟和稻縱卷葉螟等水稻鱗翅目害蟲的優(yōu)點(diǎn)。這2個(gè)水稻品種于2009年首次獲得農(nóng)業(yè)部安全證書，但一直沒有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化種植，只是允許在湖北試種。不過，2015年農(nóng)業(yè)部再次對(duì)這2個(gè)品種發(fā)放安全證書，可以預(yù)見，其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化為期不遠(yuǎn)。

轉(zhuǎn)基因水稻產(chǎn)業(yè)化效益。目前，轉(zhuǎn)基因水稻在國內(nèi)尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但一些優(yōu)良轉(zhuǎn)化新品系的試種數(shù)據(jù)可部分反映出種植轉(zhuǎn)基因水稻的效益。2005年，張啟發(fā)[74]總結(jié)了國內(nèi)試種試驗(yàn)，結(jié)果表明，種植轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻，單位增產(chǎn)幅度高達(dá)12%，增收幅度為900～1200元/hm2；2009年，譚濤等[39]進(jìn)一步對(duì)中國在安徽宣州和湖北荊州所做的轉(zhuǎn)基因水稻試種試驗(yàn)作了總結(jié)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因水稻增產(chǎn)增收效果不大，但轉(zhuǎn)基因水稻的種植減少了農(nóng)藥用量，有利于環(huán)境保護(hù)；2010年，黃季焜等[75]在《轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)的經(jīng)濟(jì)影響》一書中提到，種植轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻，農(nóng)民平均每公頃可節(jié)省投入600～1200元，其中可節(jié)省80%的農(nóng)藥投入、9個(gè)工作日用工，還可顯著減少因受蟲害造成的水稻產(chǎn)量損失，由此可使水稻增產(chǎn)6%～9%?？梢姡N植轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻是利大于弊，既能增產(chǎn)增收，又能減少環(huán)境污染。

2.4 轉(zhuǎn)基因玉米

國內(nèi)轉(zhuǎn)基因玉米的研究起步于20世紀(jì)90年代。現(xiàn)有申請自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的玉米轉(zhuǎn)化方法專利18件，但應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)化方法是花粉管通道法和花粉介導(dǎo)法。利用這些方法，國內(nèi)先后篩選創(chuàng)制出轉(zhuǎn)基因抗蟲[76-78]、抗除草劑[79-81]、抗病[82-84]、抗逆[85]和品質(zhì)改良[86-88]的玉米材料。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所范云六院士科研團(tuán)隊(duì)將來源于黑曲霉并人工修飾的植酸酶基因phyA2通過基因槍共培養(yǎng)法轉(zhuǎn)化至玉米，獲得了轉(zhuǎn)基因植株，轉(zhuǎn)化體能夠高效表達(dá)植酸酶，表達(dá)量是野生型菌株的30倍，有利于提高無機(jī)磷的利用效率。此成果2009年和2015年2次獲得農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)的安全證書，為中國實(shí)行轉(zhuǎn)基因玉米產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)

轉(zhuǎn)基因玉米產(chǎn)業(yè)化的效益。因?yàn)閲鴥?nèi)并未開放轉(zhuǎn)基因玉米的產(chǎn)業(yè)化種植，所以可借鑒國外種植轉(zhuǎn)基因玉米的成就展示轉(zhuǎn)基因玉米產(chǎn)業(yè)化的未來。

以美國為例，1996年種植轉(zhuǎn)基因玉米20萬hm2，1997年為200萬hm2，1998年為1000萬hm2，1999年為1200萬hm2，據(jù)報(bào)道種植抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米可增產(chǎn)5%～10%[89]；在種植轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米之前，美國每年約有3200萬hm2玉米田受到玉米螟、棉鈴蟲等的危害，并因此使玉米產(chǎn)業(yè)每年損失10億美元。種植轉(zhuǎn)基因Bt抗蟲玉米后，僅產(chǎn)量提高一項(xiàng)（提高9%），每公頃轉(zhuǎn)基因玉米田就增收148美元；常規(guī)玉米田每公頃要使用農(nóng)藥化肥54.36美元，種植轉(zhuǎn)基因玉米后每公頃僅用25.01美元，轉(zhuǎn)基因Bt玉米的種植將抗蟲用品減少了34%，減少總量高達(dá)7090 t，表現(xiàn)出良好的環(huán)境效益[90]。

以菲律賓為例，李海英等[91]對(duì)菲律賓種植轉(zhuǎn)基因玉米的情況的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，菲律賓2003年種植轉(zhuǎn)基因玉米大于1萬hm2，2011年超過了68萬hm2，就菲律賓玉米單產(chǎn)而言，1993年僅有1.52 t/hm2，2002年為1.8 t/hm2，2003 年1.92 t/hm2，2011 年達(dá) 2.74 t/hm2。玉米單產(chǎn)的提高與同期轉(zhuǎn)基因玉米種植面積所占國內(nèi)玉米總面積比重的提高有關(guān)，單產(chǎn)增加與轉(zhuǎn)基因玉米推廣面積比重間的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.98。

2.5 其他

有關(guān)轉(zhuǎn)基因大豆、小麥、油菜、林果木等，其轉(zhuǎn)化方法涉及的國內(nèi)專利共有80多件。如：一種大豆組織培養(yǎng)和遺傳轉(zhuǎn)化方法(CN201310291640.8)、一種改良的農(nóng)桿菌介導(dǎo)的小麥幼穗轉(zhuǎn)化方法及其應(yīng)用(CN201110141799.2)、桑樹花粉介導(dǎo)轉(zhuǎn)基因方法(CN201110377215.1)、植物懸浮培養(yǎng)物高效轉(zhuǎn)化和再生的方法(CN200480042792.3)等。但這些專利中，仍以花粉管通道法和花粉介導(dǎo)法應(yīng)用較為廣泛。

花粉介導(dǎo)法最初是在玉米材料上使用取得了成功。后來，科學(xué)家把這種方法應(yīng)用于不同作物（植物），并先后在谷子[92]、花生[93]、油菜[94-95]、野罌粟[96-97]、黃花梨[98]、高粱[99]等作物上成功獲得了轉(zhuǎn)化植株。

除2.1～2.4中作物外，花粉管通道法還在小麥[100]、大豆[101]、紫苜蓿[102]、高粱[103]、裸燕麥[104]等作物上得到轉(zhuǎn)化植株。

此外，這些方法在黃瓜、韭菜、番茄、馬鈴薯、甘薯、花卉植株、其他果木等植物上也有很多轉(zhuǎn)化成功的報(bào)道。

3 展望

3.1 存在的問題

中國的植物轉(zhuǎn)基因研究水平雖在該高技術(shù)領(lǐng)域還占有一席之地。但與發(fā)達(dá)國家比較，確有較大差距。具體表現(xiàn)在如下3個(gè)方面：①擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利數(shù)目較少：單美玉等[3]曾以轉(zhuǎn)基因玉米所涉專利為例，全球?qū)＠?shù)3503件，按各國擁有的專利件數(shù)排隊(duì)，前4位依次為美國、中國、德國和瑞士，但從各國專利數(shù)目絕對(duì)值來看，美國2388件，中國460件，德國170件，瑞士70件。排在第2的中國專利數(shù)只占美國專利數(shù)的19.3%。涉及蘇云金殺蟲晶體蛋白的專利，全球共有6274件專利，國外5家公司擁有數(shù)量就占70%以上，涉及EPSPS基因的專利有1327項(xiàng)，這5家公司約占63.4%。就轉(zhuǎn)基因品種專利而言，僅美國孟山都一個(gè)公司就控制全球一半以上的轉(zhuǎn)基因抗蟲品種和約70%的抗草甘膦品種[105]；②專利內(nèi)涵不多，質(zhì)量不高，致使相當(dāng)一部分申請的專利（約占總申請數(shù)量的1/3）因未通過審核而失效；③國內(nèi)轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化步伐緩慢。

造成上述局面的原因大致可歸納為：①研發(fā)團(tuán)隊(duì)間缺少協(xié)調(diào)與配合，承擔(dān)科研任務(wù)的單位間由于缺少統(tǒng)一的管理措施和監(jiān)督體系，又缺乏自發(fā)的相互協(xié)調(diào)和配合，使得一些研究項(xiàng)目多次重復(fù)或缺少，結(jié)果一些領(lǐng)域研究不夠，一些領(lǐng)域重復(fù)勞動(dòng)，出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量的類似或相同的結(jié)果或成果，表現(xiàn)在專利申請層面也是如此。②產(chǎn)學(xué)研配合不力，企業(yè)擁有資金和產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化研發(fā)較深入的優(yōu)勢，學(xué)校和科研單位的重點(diǎn)是新產(chǎn)品的開發(fā)，但缺少經(jīng)費(fèi)，兩者聯(lián)合，可彌補(bǔ)各自的劣勢，科研經(jīng)費(fèi)得到保證，科研成果又可盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，反過來，企業(yè)也會(huì)因成果轉(zhuǎn)化而獲利。③經(jīng)費(fèi)來源少、數(shù)量有限：經(jīng)費(fèi)主要來源于國家資助，企業(yè)投入很少，甚至沒有。大多科研單位的經(jīng)費(fèi)僅能夠維持簡單的日?？蒲泄ぷ?，缺少用于攻關(guān)、創(chuàng)新的科研經(jīng)費(fèi)，結(jié)果只能是科研成果多而不精，④政策保護(hù)和鼓勵(lì)不力，由于保護(hù)和鼓勵(lì)科研成果轉(zhuǎn)化的政策還不完善、科研人員待遇偏低、社會(huì)上反轉(zhuǎn)輿論高漲等，從事植物轉(zhuǎn)基因研究的科研人員社會(huì)地位受到影響，工作積極性和主動(dòng)性受到傷害，直接影響到該領(lǐng)域科研工作的更快發(fā)展。⑤轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化步伐緩慢，仍未開放轉(zhuǎn)基因主糧作物的產(chǎn)業(yè)化，使許多研究成果無法應(yīng)用于生產(chǎn)，因而也得不到社會(huì)認(rèn)可，從事轉(zhuǎn)基因研究的科研人員壓力較大。

3.2 建議及對(duì)策

上述問題的存在，對(duì)國家的科技發(fā)展戰(zhàn)略會(huì)產(chǎn)生消極影響，關(guān)乎中國科研事業(yè)的持續(xù)、有效和健康發(fā)展，所以必須給予高度重視。對(duì)于這些問題的解決，作者提出如下幾點(diǎn)粗淺的參考意見：

（1）健全和完善相關(guān)政策及制度。國家應(yīng)該完善與植物轉(zhuǎn)基因科研管理和監(jiān)督有關(guān)的政策制度，管理制度應(yīng)符合國情，還應(yīng)具備可操作性，盡量為科研工作創(chuàng)造一個(gè)和諧、寬松的環(huán)境，而不是事無巨細(xì)，讓科研人員忙于應(yīng)付各種檢查或?qū)徲?jì)；監(jiān)督方面，首先是建立完備的監(jiān)督體系，二是應(yīng)明確監(jiān)督者責(zé)任，監(jiān)督失察應(yīng)承擔(dān)瀆職責(zé)任，這樣方能使監(jiān)督工作落到實(shí)處。

（2）構(gòu)建攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，集中精力和財(cái)力攻關(guān)創(chuàng)新。目前中國的轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)等項(xiàng)目的實(shí)施方案就是通過指定或選拔學(xué)科帶頭人主持項(xiàng)目，主持人從中央到地方各級(jí)科研單位中篩選符合項(xiàng)目條件的科研人員參加項(xiàng)目的具體實(shí)施。其優(yōu)點(diǎn)一是由各精英組成的團(tuán)隊(duì)具備1+1＞2的工作能力和創(chuàng)新能力，二是財(cái)力較為集中，為科研創(chuàng)新準(zhǔn)備了經(jīng)濟(jì)條件，三是避免了重復(fù)勞動(dòng)，節(jié)省了人力、財(cái)力；四是強(qiáng)大團(tuán)結(jié)的科研團(tuán)隊(duì)具有一定的競爭實(shí)力，可以使中國科研團(tuán)隊(duì)通過各種組合或結(jié)合，參與國際競爭，確保國內(nèi)科學(xué)研究水平立足于世界先進(jìn)國家的前列，甚至是領(lǐng)頭羊。

（3）產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，協(xié)力創(chuàng)新。在國內(nèi)，學(xué)校和科研單位主要負(fù)責(zé)對(duì)新品種、新技術(shù)的研發(fā)，種業(yè)企業(yè)主要負(fù)責(zé)新品種推廣應(yīng)用等，同屬產(chǎn)業(yè)鏈中的重要組成部分。三者聯(lián)合的形勢可以是：a.可以互派科研人員，針對(duì)要解決的問題進(jìn)行切實(shí)的合作研發(fā)，經(jīng)費(fèi)各自負(fù)責(zé)；b.科研人員可以合理流動(dòng)，選擇自己認(rèn)為能夠發(fā)揮特長的專業(yè)開展工作；c.企業(yè)與學(xué)校和科研單位合作，向?qū)W校或科研單位提供研發(fā)經(jīng)費(fèi)。產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的優(yōu)勢：①可以緩解科研經(jīng)費(fèi)緊張的局面，有更多的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行科技研發(fā)和創(chuàng)新；②借鑒相互的優(yōu)勢和相互督促，加速科研和開發(fā)進(jìn)程，使科研成果能夠及時(shí)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，企業(yè)得實(shí)惠，科研有經(jīng)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)互贏局面；③研發(fā)和開發(fā)的目標(biāo)明確，符合生產(chǎn)需求，避免人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)；④增強(qiáng)各自實(shí)力，有利于在國際競爭中立于不敗之地，甚至是優(yōu)勢地位；⑤產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合可使產(chǎn)業(yè)鏈更加合理、快速運(yùn)轉(zhuǎn)，提升中國產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的能力和潛力。

（4）建立科研成果共享平臺(tái)。平臺(tái)的建立實(shí)質(zhì)上是為大家提供各種信息，成果是項(xiàng)目研究的結(jié)果，根據(jù)成果種類與多少，可以了解在哪些領(lǐng)域可以繼續(xù)研發(fā)或在什么深度上開始研發(fā)。讓科研工作者做到有的放矢。

（5）廣泛開展植物轉(zhuǎn)基因知識(shí)的科普宣傳，讓民眾認(rèn)識(shí)、了解轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其產(chǎn)品，并最終接受它。在排除輿論對(duì)相關(guān)研究的干擾的基礎(chǔ)上，加快實(shí)現(xiàn)中國轉(zhuǎn)基因植物的產(chǎn)業(yè)化。

縱觀全局，中國植物轉(zhuǎn)基因研究在困難曲折中取得較大進(jìn)展，在世界上生物技術(shù)研究領(lǐng)域占有一席之地，為進(jìn)一步更深入廣泛地開展植物轉(zhuǎn)化研發(fā)和實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化奠定了一定基礎(chǔ)。植物轉(zhuǎn)基因研究和產(chǎn)業(yè)化不僅只是技術(shù)問題，也是中國農(nóng)、林業(yè)發(fā)展和國家糧食安全保障的強(qiáng)有力后盾。因此進(jìn)一步開展植物轉(zhuǎn)基因研究，并逐步實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化是大勢所趨。展望未來，中國的植物轉(zhuǎn)基因研發(fā)任務(wù)極為艱巨，但卻有著廣闊的發(fā)展前景。