文档介绍：农业生物工程研究及产业的现状及我国发展的策略
陈章良
(北京大学副校长中国生物工程学会副理事长)
从年代初美国科学家获得第一株转基因植物到现在, 短短的十多年时间内, 农
业生物工程迅猛发展,日新月异,成为高新技术领域中进展最快的领域之一。到目前为
止,已有大量的转基因工程植物(包括大多数农作物)从实验室走进了大田,甚至有不
少转基因工程产品已成为商品,进入市场。可以预计在未来的年内,随着转基因工
程植株在大田的释放及推广,农业生产及其方式在很大程度上将有较大的改变。我国农
业生物工程研究也发展得很快,目前的总体水平居亚洲之首,在世界上也是中上水平;
作为世界上最多人口,最大的农业生产国,如何进一步发展农业生物工程研究,推广农
业生物工程成果,关注生物工程的安全性问题以及如何在农村培养有一定农业生物工程
知识的技术推广人员,将是我们未来将要遇到的主要挑战。
一、农业生物技术的技术现状及发展
年代初,随着可供选择的标记基因的应用,第一批转基因矮牵牛和烟草问世了;
随后大量的不同来源、不同功能的基因被转入植物,从而在植物的抗病毒、抗虫、抗除
草剂工程、制造雄性不育的植物、利用植物生产医药蛋白、调节次生代谢大量生产有重
要价值的蛋白质、以及改变植物的质量性状等方面取得了一系列令人瞩目的进展。
生物工程抗病毒
向植物中转入病毒的外壳蛋白基因
植物的病毒病害是造成农业生产损失最大的病害中的一种。目前仍没有很有效的方
法来防治,通常的方法是利用传染病毒的昆虫,及通过育种的方法或通过使用脱毒后的
或无毒的种苗来防治这种病害。麦金西于年首次描述了一种病毒的交叉保护现象,
即当一种弱侵染性烟草花叶病毒( )侵染烟草后,这株烟草在一定程度上出现了抵
抗强病毒的侵染。年这项技术被成功地用于番茄, 年用于柑橘, 年用于
木瓜环斑病毒。但是用这种方法来抵抗病毒有一些缺点:首先需要几年时间,才能得到
一种合适的弱病毒植株;其次,虽然是弱毒病毒,但也能在一定程度上使产量减少同时
需要接种,工作量大;而且弱毒株只能交叉抵抗与它相类似的病毒,而对相差较大的病
毒则无作用,有时还会和这些不相关的病毒相互作用,使植物受到更大的损失。
年美国科学家等就设想将病毒的外壳蛋白基因转入植物基因组中,看
其是否能产生类似交叉保护的现象。植物基因工程技术使这一设想得以实现。年
他们将株的外壳蛋白转入烟草细胞,转基因植物及其后代都高水平地表
达了外壳蛋白,这些植株有明显的抗病性,甚至还可以有效地减轻和延迟另一种相关的
烈性病毒株的病症。进一步的大田实验结果表明,在接种了以后,转基因番茄只
有约的植株得病,几乎不减产;而对照植株的发病率为, 产量损失达
。从此,植物基因工程为抗病毒提供了一条十分诱人的途径,利用外壳蛋白基因抗
病毒的方法很快地被应用到其他病毒和植物上。到目前为止,已有苜蓿花叶病
毒( 、烟草脆裂病毒( 、木瓜黄斑病毒、和大豆花叶病毒
)等的外壳蛋白基因在烟草、番茄、马铃薯和大豆中得到表达,这些转基因植株
都获得了阻止或延迟相关病毒病发生的能力。
用病毒外壳蛋白基因培育抗病毒植株是一种相对安全的工程。但迄今尚未证明这种
方法对防治所有的病毒都有效,而且人们担心这种转基因植物中所表达的病毒外壳,若
能装配其他一些虫传的病毒,可能还有一些安全方面的问题,但大田试验几年来
还没有明显发现这类问题,另外抗性因感染的病毒量增加而减弱。
向植物中转入病毒的卫星基因
有些种类的病毒是带有卫星的。年英国科学家等人首次将
的卫星反转录成,然后转进植物中,获得了抗的转基因植株;紧接着
澳大利亚的等人也报道了他们将烟草环斑病毒( )卫星在转基因植
物中表达的成果,我国田波教授也获得抗的转基因烟草。尽管表达卫星的植
株可以获得抵抗相应病毒的能力,但这种方法仍有一些缺陷:例如,这种方法只适合于
含有卫星的病毒种类,而含有卫星的病毒在自然界为数不太多;其次,人们
还认为,病毒的卫星对抑制它的互补病毒的复制方面不是太完善;而卫星
的高突变率也限制了此项技术的运用,因此,大面积推广使用这种方法时可能还需要
些安全性方面的考虑。若能对这种方法做些设计更新,如对卫星的上搞些
点突变,也许效果要好些。
利用病毒的反义
这种方法最早是用在动物病毒上的,作法是将病毒的基因反向地结合在启动子之
后,这样转基因细胞里就能编码出反义基因的,当外源病毒侵入时, 反义
就与入侵的病毒形成互补,构成双链结构,从而使病毒无法复制,减轻了病
毒危害。这种方法被植物领域的科学家们借鉴过来用在植物病毒的基因上,转反义基因
的植物获得了能抵抗病毒的能力。但是这种方法仍有一些缺点,