转基因大豆的应用潜力

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中图分类号：S565.1 文献标识码：A 文章编号：1003—6997（2012）17—0051—03

大豆不仅是世界上重要的脂肪和植物蛋白来源，它还具有极高的保健价值：可以降血脂，抗氧化，延缓糖尿病、高血压的发展并减少并发症，显著减少女性绝经后综合征的发生，防止骨质疏松，减少前列腺癌、乳腺癌的发生等。这些突出的特点使大豆受到了人们更多的青睐，对大豆需求从以往常规的油脂和蛋白食品加工向多样化营养保健目标发展。常规育种开发相对较慢，并且许多性状无法通过此方法获得，已满足不了需求。自1996年在美国被批准商业化以来，转基因大豆生产发展迅猛。目前科学家对转基因大豆的研究已更为深入和广泛，利用转基因技术可以获得更多有价值的大豆品种类型，本文从多个角度讲述其潜力。

1 培育高产稳产、节本增益大豆，促进大豆生产

提高作物产量是育种家、农民永久不变的追求，这不仅与利益有关，更与一直增长的人口有关。大豆作为重要的粮食作物，也同样面临增产的要求，并且与其他主要作物相比，大豆产量较低，其形势更为严峻。地球上的气候、生态多种多样，有有利于植株生长的，也有不利于植株生长的。为了提高土地利用率，增加经济植物产量，植株抗逆性的研究成为重点。大豆抗逆性研究可以是传统育种，但转基因育种的效率更高、贡献更大。

1.1 创造高产新品种

通过转基因技术向优良的大豆品种导入提高光合的基因，成为最直接最快速最有前景的手段。丙酮酸正磷酸盐激酶（PPDK），NADP苹果酸脱氢酶（NADP—MDH），磷酸烯醇丙酮酸羧化酶（PEPC），光敏色素调节转录因子CAA1，过表达细胞周期蛋白基因（cycla），修饰蔗糖磷酸合酶基因（SPS）等能以不同的方式来增强光合。将这些基因转入大豆中势必能够提高大豆的产量。

1.2 培育抗病虫品种

大豆的病害较多，几乎能损失大豆产量的30 %以上。传统预防病害的方法比较麻烦，且成效不大。转基因大豆可克服许多困难。目前研究得到的抗大豆病害的基因有：抗大豆胞囊线虫的基因有转录因子GmEREBP1，等位基因rhg1、rhg4，NDR1/HIN1类似基因等；抗大豆锈病的基因有Rpp2、Rpp4、Rpp5等；抗大豆花叶病毒的基因有R（SC15），R（SC8），Rsv1，Rsv3和Rsv4等。

1.3 培育耐逆新品种

大豆生长会遇到光、温、水、汽、热、土等各种不利环境因子的影响，对非生物逆境的抗逆性研究已成为重点。在耐旱大豆研究方面，将大豆中ERA1基因缺失或抑制表达可以提高大豆抗旱能力，启动子rd29A，羧基甲基转移酶基因NTR1，GmIMT等导入栽培大豆亦可提高其耐旱能力。获得耐盐大豆可使其适合种植于沿海地区，不仅提高产量还充分利用了土地。液泡H+—ATPase和H+—Ppase、启动子rd29A、TaST基因、丙二烯氧化物环化酶基因GmAOC1和GmAOC5等参与了植物的耐盐过程。土地因缺乏各种营养元素而贫瘠，有必要开发一些能够充分利用营养成分的转基因大豆。如增加大豆固N的基因，提高N的利用率的基因（eg转录因子Dof1），可使大豆在缺N环境中正常生长；Fe3+还原酶基因FRE1和FRE2，使大豆适应缺铁环境，正常生长。其他还有耐涝、耐阴新品种选育研究。

1.4 发展大豆节本增益技术体系

社会发展使农村劳动力逐渐向城市流动，农业生产劳动力问题将日益突出。大豆生产中，除草是一件费时费力费钱的事情，为解决这个问题，科学家们尝试将抗（耐、降解）除草剂的基因导入作物中。CP4epsps、GOX、DMO、bar、pat、tdfA、Bxn基因等能够赋予转基因大豆抵抗不同的除草剂。此外通过转基因技术培育不脱粒、抗倒伏大豆，可以使机械化管理和收获得以实现。围绕这些新品种可建立相应的高效生产体系，比如不脱粒大豆的获得实现机械化，节省人力物力，提高产量，避免了脱落的大豆成为轮作作物中的杂草。

2 提高大豆品质，提升营养价值

2.1 提高豆油产量，改良油脂品质

植物油相对于动物油更为健康，需求量很大，其中大豆作为重要的油料作物，贡献率达30 %。为了充分利用大豆的这一优势，一系列基因被开发用以增加油分、提高油质。DGAT2A、SLC1、AtDGAT1等可增加大豆种子中的油分。亚油酸由于不稳定易变质产生不利于人体健康的物质，导致冠状动脉心脏病，因此一系列转基因研究试图减少大豆种子中亚油酸含量、提高油酸含量，比如PTGS下调gmFAD可以提高油酸的含量。

2.2 改良大豆蛋白品质

大豆是最主要的植物蛋白提供者，其品质直接影响大豆制品的口感等，蛋白品质受限于含硫蛋白。据报道Gy1（A1aB1b）、OASS基因等可增加大豆中含硫蛋白，提高蛋白品质。必需氨基酸是人体生长发育所必需的，最主要是在大脑发育上的作用。CordapA基因等能增加赖氨酸含量；OASA1D可增加大豆色氨酸含量；XbAK的突变体能增加苏氨酸的含量等。在大豆中转入这些基因能满足人们对口感和智力发育的要求。除此之外，还可以通过转基因技术除去大豆中的过敏原。

2.3 其他营养和保健成分的改良

2.3.1 矿质元素 普通饮食是无法满足人体对各种矿质元素的需求，应用转基因技术，可使作物积累多种矿质元素，并且通过降低作物的价格，使人们能够承担各种食物，从而减少矿质元素缺乏的情况。缺铁在女性、儿童中最普遍，大豆中的铁50 %以铁蛋白的形式存在，其余的为无活性的植酸铁。通过导入FRO2、FRE、IRT等可增强植物从土壤中吸收铁的能力、积累铁离子，这不但有利于人们的利用，也有利于作物缓减由缺铁导致的病症。动物无法消化植酸盐，这导致动物的铁、磷、钾等元素不足，并且释放到环境还会造成污染，在大豆中导入植酸酶基因lpa—1、BPPs、phytDc等可解决此问题。

2.3.2 植物甾醇类 可降低胆固醇的含量，HMGR1、SMT1、SMT2—2基因等能增加大豆中的甾醇类。

2.3.3 黄酮类化合物 查耳酮合成酶基因和异构酶基因等能合成黄酮类化合物（异黄酮，花青苷类，山柰酚等），这类化合物有较强的抗氧化能力，能够延缓衰老、预防和前列腺癌、心血管病和骨质疏松等。将查耳酮合异构酶基因、大豆异黄酮合成酶基因转入大豆中过表达，对人来说是有重大意义的。

2.3.4 抗癌性 多酚类，抗氧化剂、UV保护剂，当其被异戊二烯基修饰时，可以作为抗癌抗菌素等。异戊烯基转移酶基因（NphB、NovQ、G6DT）可增加该物质。VE能够降低得癌症的风险，提高人体免疫力，还可以作为抗氧化剂，它最初来源于豆油，但含量较少价格昂贵。在大豆中表达HPPD和TYRA基因有利于VE的积累。

3 作为生物反应器在医学上应用

早在利用植物生物反应器前，就有利用其他生物反应器来生产各种医药。植物作为新一代的生物反应器，必然顺应其优势而发展。利用转基因大豆作为生物反应器有着其独有的优势。

蛋白类物质是生物界不可或缺且结构复杂的化合物，它具有一级、二级、三级结构，任何一个结构等级的变化都有可能改变蛋白质活性或功能。有些在生物反应器中合成的人体蛋白质并不能使用。在植物中表达动物蛋白与人类蛋白差异很小，大豆与其他作物相比，是重组蛋白生产的最佳反应器，因为大豆种子本身就可以储存大量的蛋白质，种子也容易保存，使得目的蛋白不易变质；另外大豆是光敏感型作物，可以通过调节光周期来控制其生长状态，提高产量，增加蛋白含量。

人类生长素（hGH）参与细胞周期的调控，同时影响蛋白质、糖类和脂类的代谢。缺少生长素会导致侏儒症。人类凝血因子（hFIX）是贮藏于肝中的酶原，在血液凝固上起重要的作用，它的突变会导致血友病等。疫苗是阻止传染性疾病最有效的方法，但是当前生产疫苗的技术复杂且成本很高。因此有科学家尝试在大豆种子和叶片中表达这些物质，期望为人类医学做出贡献。

4 转基因大豆在环境保护方面的贡献

随着社会的进步，工农业的发展，自然界遭到严重的破坏和污染。重金属污染、空气污染等相当严重。转基因大豆不仅作为植物可以缓减这些污染，它还可以因为具有某些性状专门作为整治环境的植株。

植物油作为生物燃料是继乙醇之后的又一新能源。它相对于柴油来说，减少了温室气体、颗粒物质的排放，性更好，易降解，燃点高；相对于酒精来说，不易腐蚀容器。缺点是在低温下流动性不好，易氧化，NOX释放增多。大豆油中的油酸和棕榈油酸能减少这三个缺点。通过转基因技术下调大豆中FAD2—1、FatB基因可增加油酸含量；一系列酰基ACP脱氢酶变体可以增加棕榈油酸的含量。大豆的油分除了可用作生物燃料，还可以用作涂剂、粘着剂、塑料等，这些天然的化合物比人工合成要健康环保。

重金属容易在植物中积累，通过食物链被人食用，危害人体的健康。通过转基因大豆可以获得高耐重金属的植株，植株能够大量吸收重金属并积累，但不危害其本身的生长，这种治理环境污染的方法高效，环保，可持续。MerB催化合成C—Hg键，形成Hg2+，减少水银的危害；MerA—水银还原酶，将Hg2+形成无毒的惰性汞Hg0；ArsC为砷酸盐还原酶基因，减小砷的毒性；MTS为金属硫蛋白基因，耐镉、铅、铜；CGS催化硒代胱氨酸（Se—Cys）合成无毒的硒胱硫醚等。