转基因技术在大豆育种方面的应用

转基因技术在大豆育种方面的应用 一、转基因技术的概述： 随着分子生物学的兴起和发展，人们通过基因工程的转基因技术对粮食、蔬菜、水果以及家畜品种进行定向改良,希望创造出众多的“超级”良种。经济的发展和人口的增加促使农艺学家不但要在有限的耕地上生产出高产、稳产的农产品，还要研究如何在其食用口味、营养成分以及外在性状等方面提高产品品质。 转基因技术是一项新兴的生物科学，通过近10年的迅猛发展，取得了非常可喜的进展。目前，世界各国的农业科学家已得到了玉米、水稻、胡萝卜、烟草、番茄等29种重要农作物的抗病毒、抗虫、抗除草剂、营养品质大幅度提高的转基因植株。在诸多的农业增产措施中，采用转基因技术进行作物蔬菜水果良种繁育的方法占到30%~40%。以番茄为例，为提高植株的抗病性，美国于1986年获得了转TMV(烟草花叶病毒)外壳蛋白基因的番茄植株，利用导入外壳蛋白基因形成交叉保护，以防止或减轻植物病毒的危害。在大田实验条件下，转基因植株在病毒感染下只有5%发病，产量不减。而对照株发病率达99%，减产26%~35%。并且，美国加利福尼亚公司的研究人员将PG酶的反义基因导入番茄，使其PG酶活性仅有正常果实的 ，果实变软的速度明显减慢，从而延长了果实的储藏期。 诸多的农业转基因作物食品对老百姓来说也已不是什么新鲜事儿了。最好的例子就是我们现在吃的无籽西瓜、巨峰葡萄、红富士苹果、马铃薯和樱桃番茄都是不同种间杂交的结果。卷心菜、布鲁塞尔 汤菜、菜花、撇蓝、甘蓝菜和花椰菜则都是来自于同一个植物种。在园艺上，各品种间的杂交、回交和选育，对提高蔬菜和水果的品质包括其色素、可溶性固形物、酸和维生素的含量方面功不可没。比如，美国就是通过这种植物细胞工程技术，获得了红色、大果型、可溶性含量特别高的鲜食番茄的优异种质。 转基因技术（GM）在医学上的应用也很广泛，如为糖尿病人生产的胰岛素；或被用于遗传病方面的治疗。还有一种在免疫学上的功用就是通过农业种植转基因食品的方式，生产出人用疫苗或功能蛋白，打破传统的疫苗生产方式，代之以大田栽培作物获得来源广、成本低的廉价植物疫苗（或叫口服疫苗）。这种农业方式被叫做 分子农业 。现在很多国家的科学家致力于利用这种生物技术将普通的水果和蔬菜改造成有效地预防疾病的疫苗，并取得了很大的进展。如美国科学家已获得了转乙肝表面抗原基因的烟草、转大肠杆菌、伤寒菌、Norwark病毒有效抗原基因的烟草和土豆。 转基因技术的原理是对某一物种具有特别性状的基因进行分离，并把它移植到另一个种上去，从而使一种植物体上具有组合基因。它的基因可能来自于动物或细菌。这也由此引起了广泛的争议，主要体现在以下三个方面。一种就是转基因技术对生物多样性的影响。现代农业过分强调以培养超级作物品种为目的的转基因技术的应用，这就使自然界种质资源遗传的均一性和贫乏变得日趋严重。如科学家提取一种基因，把它移植到农作物上可以使其对某类除草剂产生抗性，这样，在田中喷洒除草剂的时候，作物就不会受到影响。而这样会影响 到那些靠杂草而生存的昆虫、鸟类和其他动物，从而对农田的生物多样性起破坏作用。 另一种担心是转基因的逃逸现象。这种人工合成的联合基因会由转基因作物流散到其他近亲野生种间去，也就是所谓的基因逃逸。因为植物的繁殖是靠花粉。花粉在空气的传播过程中会飘荡很远。野生植物种通过这样的受粉也完成了抗除草剂的基因改良，可能会变成"超级杂草"由此形成的具有非自然抗逆性的植物对那些以其为生的动物们来说，可能会导致生物链的断裂。 转基因技术的定义 将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术（Transgene technology）。人们常说的"遗传工程"、"基因工程"、"遗传转化"均为转基因的同义词。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为"遗传修饰过的生物体"（Genetically modified organism，简称GMO）。 几种常用的植物转基因方法 遗传转化的方法按其是否需要通过组织培养、再生植株可分成两大类，第一类需要通过组织培养再生植株，常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法；另一类方法不需要通过组织培养，目前比较成熟的主要有花粉管通道法。 1．农杆菌介导转化法 农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然 条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。 农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，近年来，农杆菌介导转化在一些单子叶植物（尤其是水稻）中也得到了广泛应用。 2．基因枪介导转化法 利用火药爆炸或高压气体加速（这一加速设备被称为基因枪），将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化的一个主要优点是不受受体植物范围的限制。而且其载体质粒的构建也相对简单，因此也是目前转基因研究中应用较为广泛的一种方法。 3．花粉管通道法 在授粉后向子房注射合目的基因的DNA溶液，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法于80年代初期由我国学者周光宇提出，我国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。该法的最 大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。 转基因食品的由来 所谓转基因食品，就是利用分子生物学技术，将某些生物的基因转移到其它物种中去，改造生物的遗传物质，使其在性状、营养品质、消费品质方面向人类所需要的目标转变，以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是转基因食品。它的研究已有几十年的历史，但真正的商业化是近十年的事。90年代初，市场上第一个转基因食品出现在美国，是一种保鲜番茄，这项研究成果本是在英国研究成功的，但英国人没敢将其商业化，美国人便成了第一个吃螃蟹的人，让保守的英国人后悔不迭。 此后，转基因食品一发不可收。据统计，美国食品和药物管理局确定的转基因品种已有43种。美国是转基因食品最多的国家，60％以上的加工食品含有转基因成分，90％以上的大豆、50％以上的玉米、小麦是转基因的。转基因食品有转基因植物，如：西红柿、土豆、玉米等，还有转基因动物，如：鱼、牛、羊等。虽然转基因食品与普通食品在口感上没有多大差别，但转基因的植物、动物有明显的优势：优质高产、抗虫、抗病毒、抗除草剂、改良品质、抗逆境生存等。 1、转基因食品的安全问题 面对越来越多的转基因食品，人们的认识并非一致，以美国为首的主吃派和欧洲为首的反对派在全球范围内形成了两大阵营。不久前调查表明，美国、加拿大两国的消费者大多已接受了转基因食品，仅 有27％的消费者认为食用转基因食品可能会对健康造成危害。而在欧洲，大多数人是反对转基因食品的，英国尤为明显。缘由是1998年英国的一位教授的研究表明，幼鼠食用转基因的土豆后，会使内脏和免疫系统受损，这是对转基因食品提出的最早质疑，并在英国及全世界引发了关于转基因食品安全性的大讨论。虽然英国皇家学会于1999年5月发表声明：此项研究“充满漏洞”，得出转基因土豆有害生物健康的结论完全不足为凭。但是，转基因食品的安全性问题已引起了消费者的怀疑。79％的英国人反对试种基因改良作物，抵制转基因食品进入市场。 那么，转基因食品的安全性到底怎么样？是否能吃？罗云波教授认为，从本质上讲，转基因生物和常规育成的品种是一样的，两者都是在原有的基础上对某些性状进行修饰，或增加新性状，或消除原有不利性状。常规育成的品种仅限于种内或近缘种间，而转基因植物中的外源基因可来自植物、动物、微生物。虽然，目前的科学水平还不能完全精确地预测一个外源基因在新的遗传背景中会产生什么样的相互作用，但从理论上讲，转基因食品是安全的。 罗云波教授说，他自己就吃转基因食品，他的同行包括做这方面研究和推广的人员，也不拒绝转基因食品。当问及长期食用转基因食品是否会对人体产生慢性副作用时，罗教授认为不会产生副作用，一是因为转基因食品上市之前是经过大量试验和许多部门严格检验的；二是由于转基因食品在体内不积累。至于人们怀疑转基因食品可能对人体产生种种危害，主要是他们对基因工程不了解，而且这些“危害” 是毫无科学根据的。 罗云波教授认为，在转基因食品大范围地走进我们的生活之前，仅有《农业作物基因工程安全管理实施办法》是远远不够的。因为此办法未涉及到进口的农产品，国外的转基因食品进入我国未做严格的限制，因此应尽早立法，这样才能对进口的转基因食品进行严格的安全检测，真正确保消费者的利益。基因工程如果能在相应的法律、法规严格控制下，有序健康地朝着有利于人类需要的方向进行发展，它将给人类带来不可估量的贡献。 3、转基因作物的潜在生态风险 关于转基因作物的潜在生态风险早在1992年公布的《生物多样性公约》条款中就已明确提出来，要求制定或采取办法酌情管制、管理或控制由生物技术改变的活生物(LMO或GMO)在使用和释放时可能产生的危险，既可能对环境产生不利影响，从而影响到生物多样性的保护和持续利用，也要考虑到对人类健康的危险。对环境产生不利的影响，包括了对农田生态系统的影响，以及自然生态系统的影响，影响是多方面的。 转基因作物因为是人工制造的品种，我们可以把这些品种看作为自然界原来不存在的外来种。一般说来，外来种对环境或生物多样性造成威胁或危险会有一段较长的时间。有时需10年的时间，或更长的时间。转基因作物商品化种植至今最长也就是5～6年的时间，一些潜在风险在这么短的时间内不一定能表现出来。可是有些风险在实验室水平上已经证实。如Mikkelsen等证实抗除草剂转基因油菜的抗除草