基因育苗论文：当前杂交和转基因育苗透析

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作者：李兴锋 童依平 单位：华中农业大学

虽然远缘杂交可以转移来自不同近缘种、不同近缘属的有利性状和基因，在农作物品种培育和保证我国粮食安全中发挥了巨大作用，但是它也存在着一些缺点，主要表现为由于杂交亲本之间遗传关系相对较远，在杂交过程中会出现杂交不亲和、杂种衰亡或不育，以及杂交后代疯狂分离、获得稳定材料耗时较长等现象。此外，远缘杂交技术中杂交亲本之间亲缘关系不能太远，通常为不同属植物之间的杂交，很少见到不同属以上类型（如不同科间材料杂交）的杂交成功的报道，更不用说植物和动物或是微生物之间的遗传信息交流。此外，远缘杂交转移外源优良性状时，通常是外源种属的整条染色体臂或者染色体片段向栽培品种的转移。即使是小片段的外源染色体，其上面也可能有着成百上千的基因，因此其上面除了我们所想要的有利性状和基因外，可能还携带有我们所不想要的不利性状或基因。例如我们上面所说的小麦－黑麦1BL．1RS易位系，除了转移黑麦的抗病、高产和广适等优良基因外，1RS上的黑麦碱合成基因也同时转移到普通小麦中，导致所形成的此类小麦品种一般加工品质都比较差。

为了快速向目标品种中转移优良基因，科学家发明了转基因技术。转基因技术是指将外源基因整合在目标品种的基因组中，培育出符合人们要求的作物新品种的基因转移技术。与传统的杂交育种不同，转基因技术最大的特点就是能够实现优良基因在植物、动物和微生物间的转移，进一步拓宽了育种中种质资源的利用范围，从而培育出一些具有新的优异性状的品种，使得依靠常规育种技术达不到的目标得以实现。这一特点与育种途径中的远缘杂交有着异曲同工的特点，但是又有着其不可比拟的优越性和特点。目前转基因作物育种中的基因来源主要有三类，植物、微生物、动物。植物有利基因的利用：转基因技术中植物科属的界限正在被打破，不同科甚至亲缘关系的优良基因转移已经实现。例如科学家通过转基因技术，将胡萝卜素形成的基因转移到水稻中，在水稻胚乳中可以合成胡萝卜素，使得原本白色的大米变成了金黄色的“金色大米”。此外将红树耐盐基因转移进烟草、将仙人掌的抗旱基因转移给谷类作物、将稗草的抗逆基因转移给水稻等研究均已获得成功，相关的研究报道越来越多。除此之外，科学家还可利用转基因技术增强或关闭作物本身的一些基因的表达从而实现作物改良的目的，例如我们可以通过基因干扰或沉默技术关闭小麦种子中黄色素合成相关基因，从而提高小麦面粉的白度，降低面粉中增白剂的使用。微生物有利基因的利用：这方面成功的例子比较多，也是目前有人质疑转基因作物安全性的主要原因之一，因为目前抗虫、抗病转基因作物的抗性基因主要来自微生物。例如生产中广泛应用的转基因抗虫棉的抗虫基因就来自苏云金芽孢杆菌（Bt）的杀虫蛋白基因。苏云金杆菌是自然界中普遍存在的一类细菌，其含有的杀虫基因已被作为生物杀虫剂广泛应用了60多年，其杀虫原理国内外已经研究的十分清楚。此外利用编码病毒外壳蛋白基因培育抗病毒病害的转基因作物，利用细菌细胞壁降解酶基因、几丁质酶等基因培育抗细菌性或真菌性病害的转基因作物，均有了许多成功的报道。

动物中有利基因利用的报道相对较少，例如将鱼的抗冻基因转到农作物身上提高农作物的抗寒性，将萤火虫的发光蛋白基因导入烟草，使其在夜间也能发光均有成功的研究报道，但距商业化还有一段距离。但是利用转基因作物作为植物反应器生产药用蛋白和疫苗已成为制药产业重点开发的热点领域，因为利用植物生产药物比利用微生物发酵生产药物具有如下优点：栽培费用低、产量高；从基因到蛋白所需用的时间相对较短；需要资金少；治疗风险小。把基因药物生产逐步移向农场，利用植物来生产药物是一种全新的生产模式，国际上发达的工业国家特别是美国、英国、荷兰、芬兰和日本都已把植物反应器开发列入国家生物技术革命的战略性计划。据不完全统计，目前已有几十种药用蛋白或多肽在植物中成功表达，一些研究机构或公司已开始从这些药物蛋白的生产中获得了巨大经济效益。例如利用植物表达生产乙肝疫苗、霍乱疫苗、口蹄疫疫苗等均有成功的研究报道。此外，与远缘杂交相比，转基因作物一般是一个或少数几个目标基因的定向转移，目标比较明确，后代表现容易预期和把握。可有效地打破有利基因和不利基因的连锁，充分利用有用基因实现作物的定向遗传改良，加快作物的育种进程，使人们可以更快、更有目的地去培育我们所需要的品种。因此，在改良和提高现有转基因技术和方法、培育无筛选标记的转基因品种、严格执行转基因安全相关管理规定、加强转基因作物安全评价的情况下，转基因作物将会在作物的遗传改良和农业生产中发挥越来越重要的作用。