转基因水稻 叶红伟.doc

浅析转基因水稻的发展历程与展望基因工程研究进展作业 生物技术B1104叶红伟0514110420引言：水稻是我国最重要的粮食作物之一，我国水稻生产用全国四分之一的耕地面积生产出了全国三分之一的粮食,养活了全国二分之一以上的人口。可见,水稻生产在我国粮食安全中占有举足轻重的地位,其中杂交水稻作出了重要的贡献,继续加强水稻育种研究对维护我国粮食安全具有重要意义。一、转基因水稻研发概况 （一）国际概况 目前,全球转基因水稻研究进展迅速,已有数百例转基因水稻获准田间试验,涉及抗虫、抗病、抗除草剂、品质和农艺性状改良等多方面内容。美国于2004年和2009年分别批准药用型转基因水稻和抗除草剂转基因水稻的商业化种植;第三世界国家伊朗于2004年批准Bt抗虫转基因水稻的商业化种植,面积从开始的2000公顷现已增加数倍。 （二）国内概况 我国转基因水稻研发与世界同步,其中抗虫转基因水稻处于世界领先水平。到2008年为止,转基因水稻进入大田试验的共有173项,其中抗鳞翅目害虫、抗白叶枯病和抗除草剂等5个转基因水稻已进入生产性试验阶段;最近,其中两个已获农业部颁发的安全证书。这些研究积累为推进我国转基因水稻产业化奠定了良好的基础。 二、我国水稻生产中的主要问题 （一）病虫害造成的损失病虫害依然是水稻生产中的主要障碍,每年造成数百亿元的经济损失。病害主要包括:水稻白叶枯、稻瘟病、纹枯病、稻曲病和条纹叶枯病等;虫害主要包括二化螟、三化螟、大螟和稻纵卷叶螟等鳞翅目害虫,以及稻飞虱、稻褐飞虱和白背飞虱等同翅目害虫。我国每年由于病虫害造成的水稻产量损失超过20%。据研究表明,仅鳞翅目害虫中的二化螟每年造成的损失就高达70亿元人民币。 （二）灾害、干旱和逆境我国是一个灾害频发且资源相对短缺的国家,干旱等逆境在水稻生产中造成严重减产。水稻用水量约占农业耗水量的70%,占我国总耗水量的一半左右,对水资源仅占世界人均拥有量四分之一的中国来说,无疑是一个沉重的负担。近年来,干旱、高温、冷害频繁发生,已经严重影响我国水稻生产。 （三）化肥的过分使用我国水稻种植面积约占世界总水稻种植面积的20%,而氮肥用量却占世界的37%;磷肥用量也远远高于世界平均水平。由于化肥过量使用,既增加了生产成本、造成土壤退化,同时也引起水体富营养化,对农业可持续发展和人类赖以生存的环境构成了严重威胁,提高化肥使用效率势在必行。 （四）稻米品质有待改良随着生活水平的不断提高,我国已基本解决了温饱问题,片面的追求产量而忽视品质的育种目标势必要改观。人们对稻米的蒸煮、食味、外观、加工和营养等品质不断地提出了更高的要求;目前,我国稻米品质已不能满足人民生活和经济发展的要求。 （五） 育种技术的革命在近半个世纪的时间内,我国水稻生产技术实现了两次飞跃:半矮秆基因种质资源的利用和杂交水稻的大规模推广使我国水稻单产由不足3 000 kg/hm2提高到了目前的6 000多kg/hm2;然而,近十年来我国水稻单产一直徘徊不前。要进一步大幅度提高水稻单产,采用新的育种技术势在必行。转基因技术为水稻新品种培育提供了一个崭新的重要途径,其可以克服生殖隔离,实现物种间遗传物质的转移。 三、转基因水稻的研发主要类别 (一)转基因抗虫水稻 通过培育抗虫品种, 提高水稻自身抗性是一种更经济更环保的策略。但是,常规育种技术培育抗虫新品种不仅需要较长的时间, 而且对于水稻最主要的害虫螟虫(二化螟、三化螟、稻纵卷叶螟等)在水稻中尚未发现有效的抗性种质资源。目前,最有希望和前途的方法就是利用转基因技术把外源抗虫基因引入水稻中创造出新的抗虫品种。迄今为止, 人们在植物、动物甚至微生物中已鉴定并克隆了许多有用的抗虫基因。一些抗虫基因已转入水稻获得了转基因抗虫品系, 而且有一些已进行了大田实验, 展现出美好的应用前景。 1.转 Bt 基因水稻来自于苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)的Bt毒蛋白基因是目前世界上应用最为广泛的抗虫基因之一。大多数Bt菌在芽胞形成过程中会产生伴胞晶体。这种伴胞晶体是一种具特异杀虫活性的蛋白质,称为Bt毒蛋白或杀虫晶体蛋白. 通过将Bt菌来源的Bt毒蛋白基因导入到植物中就可以在植物中表达并积累Bt毒蛋白,从而使转基因植物获得抗虫性。 2.转植物或动物来源抗虫基因水稻植物来源的抗虫基因主要有植物凝集素基因和蛋白酶抑制剂基因等。凝集素基因是抗虫效果相对较好的植物来源的基因,其中雪花莲凝集素(GalanthusNivalis agglutinin, GNA)基因是使用比较广泛的一种抗虫基因。使用GNA基因最大的优点在于,GNA对Bt蛋白不能控制的刺吸式(同翅目)害虫如稻飞虱有一定的抗虫效果。 （二）转基因抗病水稻细菌性病害白叶枯病(bacterial blight)以及真菌性病害稻瘟病(blast)和纹枯病(sheath blight)是水稻生产上常见的三大病害。在转基因抗白叶枯病育种上, 直接转化主效抗病基因是比较快捷和有效的办法。 （三）转基因抗旱水稻长期以来干旱是导致水稻减产的重要因素,且由于世界气候变化而呈日益加剧的趋势。水稻生产耗水量巨大,占我国农业生产用水的70%; 而我国又是一个淡水资源缺乏的国家,人均淡水资源只有世界平均水平的 1/4。因此,培育节水抗旱水稻,减少水稻生产的用水量,对于提高水稻产量,保障我国的粮食安全具有重要意义。由于抗旱机制的复杂性,完全依赖常规的育种手段难以培育抗旱品种。目前转基因技术已被广泛应用于抗旱水稻的培育,通常所采用的策略就是在转基因水稻中表达干旱诱导或抗旱相关基因。 （四）转基因营养高效利用水稻化肥是现代农业的基础,化肥的使用为提高粮食产量,确保粮食安全作出了巨大的贡献。研究和培育营养高效利用的水稻品种,配合科学的施肥方法和田间栽培管理措施,在不减少产量的前提下大幅降低肥料的投入,对确保粮食安全和实现农业的可持续发展具有重要意义。（五）转基因高产水稻转基因高产水稻的培育主要是集中于C4 水稻的研究上。众所周知, 根据光合作用碳同化途经中CO2固定的最初光合产物的不同,高等植物可分成C3,C4和景天酸植物。C4 植物是从C3植物进化而来的一种高光效种类。与C3植物相比,C4植物在光合效率、抗逆境胁迫方面都具有优势。遗憾的是许多主要作物如水稻、小麦、大麦、和大豆都是C3植物. 长期以来,许多植物学家和育种家都希望可以将C3作物改良为C4作物, 而转基因技术的兴起也为C3作物改良为 C4 作物带来了希望。（六）转基因抗除草剂水稻发展转基因抗除草剂作物通常采用两个策略: 1.修饰除草剂作用的靶蛋白基因, 通过降低靶蛋白的敏感性或提高其表达水平来获得对除草剂的抗性; 2.通过转基因技术引入新的酶系统来提高植物对除草剂的代谢能力从而达到抗除草剂的效果。四、展望在过去的20多年里,转基因水稻的研究取得了巨大的进步,不仅建立了成熟的遗传转化体系,而且获得一大批有应用潜力的转基因材料。转基因水稻的研究在许多方面上还有待进一步的发展，技术上还不够成熟、缺乏可以有效控制稻飞虱的抗性基因、抗性品种往往推广数年后就会失去抗性等。虽然导入个别的外源基因可以看到一定的效果,但是目前取得的进展离理想的目标尚有较大的距离。我国是一个农业大国,人口众多,确保我国的粮食安全至关重要。转基因农作物的应用,将为我国未来农业可持续发展作出重大的贡献。让我们以积极、理性的心态去面对转基因的未来。参考文献：1 朱桢，转基因水稻研发进展，中国农业科技导报,2010年12月。2何瑞锋,王媛媛,杜波,等，水稻双元细菌人工染色体字体系统转化体系的建立，遗传学报,2006年，33: 269276。3陈浩,林拥军,张启发转基因水稻研究的回顾与展望科学通报 2009年第54卷第1