转基因作物的身世

中国农业部农业转基因生物安全管理办公室最近为两种转基因水稻颁发了安全证书。这两种水稻分别是，华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室的转抗虫基因水稻“华恢1号”及杂交种“Bt汕优63”。证书自2009年8月17日起，有效期为5年。据此，这两个水稻品系将可以在湖北省境内成规模种植。

　　

　　转基因作物的含义和分类

　　

　　水稻是中国人的主粮之一，农业部批准两种转基因水稻意味着转基因水稻将端上人们的餐桌，这自然引起了广泛的关注。那么，什么是转基因水稻，什么是转基因作物?

　　转基因水稻不过是众多转基因作物的一种。转基因作物的含义是，将人工分离(克隆)和修饰过的基因(外源性基因)导入到作物的基因组中，使导入的基因得到表达，引起作物的性状产生可遗传的修饰，这一技术称为转基因技术，其同义词有遗传工程、基因工程、遗传改造的作物或食品。所以，转基因作物就是将外源性基因转入人们希望改变的作物中，产生新品质和性状的作物及产品，也叫基因重组作物。而这类被改造的作物也称为目标作物。

　　现在第一代转基因作物可以分为几大类。一是以苏云金杆菌为代表的Bt转基因作物，可抵御害虫的侵害，减少杀虫剂的使用量。该种作物可产生一种对某些害虫有毒性的蛋白，这种蛋白存在于常见的土壤细菌——芽孢杆菌属苏云金菌素(Bt)之中；二是抗除草剂作物，也包括抗虫、抗除草剂的混合型；三是抗病转基因作物：四是抗不利环境，如抗干旱或抗盐碱地的转基因作物。

　　在抗虫害方面，Bt转基因作物应用最为广泛。全球种植的Bt转基因作物包括棉花、玉米、土豆、烟草、水稻、西红柿、大豆、油菜等40多种。目前认为，由于抗虫转基因能减少杀虫剂的使用，因而不仅有利于环境和生态，也有利于人体健康。例如，总体而言，使用Bt转基因作物抗虫害，能使杀虫剂使用量减少20％以上。有些研究的统计结果更高，认为可以减少60％的杀虫剂使用量。

　　另外，现在具有抗除草剂和抗虫特性的混合型转基因作物也在全球推广，大约占全球转基因作物种植总面积的22％，主要分布于美国、加拿大、澳大利亚、墨西哥、南非和菲律宾等国家。

　　

　　抗除草剂和抗病的转基因作物

　　

　　抗除草剂转基因作物能耐受除草剂，所以该种作物备受欢迎。现在全球的转基因作物实际上主要是抗除草剂转基因作物。2008年，具有抗除草剂特性的转基因作物种植面积达到7900万公顷(1公顷等于15亩)，占全球转基因作物种植总面积之冠，为63％。

　　抗除草剂转基因作物一般是能特定地抗某一种除草剂。现在，推广面积最大、经济效益最高的是抗草甘膦作物。研究人员已经研制成功了20多种抗草甘膦转基因作物，包括大豆、玉米、油菜、棉花、甜菜、水稻、烟草、花生、西红柿、土豆、向日葵、胡萝卜、洋葱、春小麦、苜蓿、菠菜、南瓜等。

　　另外，还有其他一些抗除草剂的转基因作物也大显成效。例如，抗草胺膦、稀禾定的玉米，抗草胺膦的大豆等等。

　　为了提高作物产量，就要求作物具有较强的抗病性。在这方面转基因作物也有长足的发展。例如，转基因作物能抗御水稻白叶枯病、西红柿叶霉病、甜瓜霜霉病等。现在通过基因工程技术将抗病基因转入作物中己获得了一些成果，已克隆的作物抗病基因有51个，大部分是从双子叶植物西红柿和拟南芥中获得。在粮食作物中，研究人员也克隆了15个抗病基因，其中，水稻5个、土豆4个、大麦3个、玉米2个、小麦1个。

　　不过现在抗病的转基因作物研究进展并不是很大，但这类转基因作物的意义却很大。例如，19世纪40至50年代爱尔兰土豆歉收的大饥荒造成约有110万人死亡，现在研究人员破译了造成土豆死亡的晚疫病菌的基因。如果能将抗土豆晚疫病菌的基因转入土豆中，将会阻止这种大饥荒的再次产生。而且，早在1995年美国人就在土豆中引进细菌病毒的基因以防止科罗拉多土豆虫和土豆病毒，让土豆高产。

　　抗不利环境的转基因作物现在主要集中到抗旱作物，但是这类转基因作物还处于研发阶段。目前，孟山都公司的第一代抗旱玉米的开发已经进入最后一个阶段，预计将于2010年以后投入市场，这一产品也已呈报给美国食品和药物监督管理局(FDA)审批。如果能获得批准，这将是全球首例抗旱玉米的突破。在试验中，这种抗旱玉米可增加一些非洲国家干旱和半干旱地区20％～30％的玉米产量。

　　

　　特殊功能的转基因作物

　　

　　转基因作物的最高境界是生产有特殊功能的产品，例如含高浓度维生素A或B的水稻、小麦。这就是第二代转基因作物。它们的特殊功能还包括营养增强型和免疫功能型转基因作物和产品。

　　联合国粮农组织和世界卫生组织估计，全世界约有8亿人营养严重不良，有1亿儿童缺少维生素A(维生素A是导致眼睛失明的重要原因)，有4亿女性缺铁。所有这些人都可以通过转基因食物得到补充。因为通过转基因可以获得营养素极高的食物，如含有铁、维生素A、B、C及其他元素的食物。甚至未来的食物还可以包含有抗感冒、抗脊髓灰质炎的疫苗，人们只消吃上这样的食物就能起到免疫的作用。当然，这些特殊的转基因食品和产品现在还处于研发阶段。

　　被誉为“金色大米”的转基因水稻就是这类特殊转基因产品的代表。全世界目前总共有24亿人以大米为主食。由于食用大米，其中约有1.3亿人因缺铁而引起贫血。在发展中国家目前有4亿儿童患有维生素A缺乏症，患病的结果是使儿童视力减退，严重者可导致双目失明。而且由于缺乏维生素A，在发展中国家每年有1000万～2000万儿童死亡。

　　因此，通过转基因产生富含铁质和β－胡萝卜素(维生素A的前体)的转基因水稻被称为金色大米，可以大大减少发展中国家人口尤其是儿童贫血症和维生素A缺乏症的发病率，给他们带来福音。尽管美国研究人员上世纪90年代在洛克菲勒基金会的资助下运用转基因技术研发出金色大米，而且现在产出的每克金色大米中β－胡萝卜素的含量为35毫克，但由于种种原因这种大米还未商业化批量生产。国际水稻研究所(IRRI)所长罗伯特·齐格勒2009年在美国科学促进会于芝加哥举行的一次会议上表示，金色大米正在菲律宾进行大田试验，首批金色大米将在2011～2012年上市。

　　而对于金色大米，人们怀疑的一个主要原因是，其中的β－胡萝卜素是否能在人体内转化为维生素A。最近美国农业部农业科学研究院(ARS)儿童营养研究中心儿科副教授迈克尔·格鲁萨克博士等人的研究证明，金色大米中β－胡萝卜素在人体内可以转换为维生素A。格鲁萨克的研究小组让5名健康人食用特定份量的金色大米，再检测他们体内的视黄醇的含量，视黄醇是一种血液中的维生素A。结果发现，人们食用的金色大米中每4单位的β－胡萝卜素可以转化为1单位的维生素A。研究人员明确表示，还将继续测试β－胡萝卜素在人体内的转化率，并且希望在世界不同稻米种植地区推广和应用转基因金色大米。

　　

　　特殊转基因产品前景更好

　　

　　其实，口味更好和更富营养的转基因产品是未来人类更主要的需求，因此，特殊功能的转基因产品将是未来农业和市场消费的一个主要发展方向。例如，一种具有特殊营养价值的转基因玉米，其中含有人体必须的营养素——色氨酸，含量比普通玉米增加了20％。色氨酸是人体必须的氨基酸之一，人体又无法自己合成，但植物性食品中的色氨酸含量又少，人们只能从动物性食品中去获得。通过食用这种转基因玉米，既可以补充色氨酸，又可以减少因吃动物食品而致的心血管病。又比如，转基因油菜中也增加了大量的不饱和脂肪酸，也可减少心脑血管病的发病率。

　　转基因玉米甚至也可以用作疫苗。例如，2002年，美国ProdiGene公司就宣布与美国国立卫生研究院的国家过敏和传染性疾病研究所合作，开展一种口服疫苗的Ⅰ期临床试验，这种疫苗就是含有特殊转基因的玉米，吃了这种玉米就像服用了疫苗一样，可以产生抗体，避免产生腹泻。

　　此外，转基因避孕玉米也在研发中。美国多家生物技术公司和大学都在进行这项研究，例如圣迭戈的Epicyte公司、约翰·霍普金斯大学等。研究人员掌握了免疫型不育妇女白细胞产生精子抗体的机制，然后利用克隆技术克隆大量白细胞，从中分离出针对精子的基因。再把这种基因植入玉米的DNA中。这种转基因玉米就会产生阻止精子的抗体。以后女性可以方便地吃避孕玉米，从而达到避孕目的，而且这种玉米与其他物质混合后还可制成避孕药。不过，这类特殊功能的转基因玉米是否能成功，还有待观察。

　　特殊功能的转基因作物甚至可以减少温室气体的排放。例如，玉米和高粱等作物中有一种特殊的能为吸收二氧化碳的蛋白质编码的基因。把玉米中的这种基因转到水稻中去后就能使水稻像玉米一样大量吸收二氧化碳，并把二氧化碳以四碳酸的形式，如苹果酸，储存起来。转基因水稻能从大气中多吸收30％的二氧化碳，因而也对减少温室效应起到积极的作用。

　　当然，所有这些特殊的功能性转基因作物和产品都还在研发之中。

　　

　　责任编辑　张田勘