转基因棉花研究的进展论文

从20世纪70年代中期开始，就有人尝试用各种办法向动物体内转移外源基因。如将牛奶成分中特有的基因转移到白鼠体内，这些外来基因在白鼠体内重组后，白鼠分泌的乳汁便含有牛奶成分。这种通过人工方法获得外来基因的白鼠，称为转基因鼠。 转基因动物技术的核心，是把遗传的功能单位——基因转移到动物体内，使它成为动物体内的一部分。被转移的基因可以来自同种或异种动物，也可以来自植物或微生物。这样一来，就打破了物种之间的界线，也可以说动物能与植物、微生物杂交了。不过目前的杂交是低水平的，只限于主管一两个性状的一两个基因。随着科学技术的发展，一次可以转移的遗传信息将越来越多，那时就可以实现真正意义上的动植物之间的杂交。从科学上讲，这将是一个大突破。 目前，世界上已报道了多种生产转基因动物的方法，但真正成熟并可以稳定生产转基因动物的方法只有两种，即显微注射DNA的方法和精子介导的基因转移法。 显微注射DNA的方法是对单细胞的胚胎进行基因操作，涉及复杂的操作步骤。首先是要准确掌握母畜的性周期，在此基础上加以人工调节，使母畜在预先确定的时间排卵，保证获得大量的刚刚受精的单细胞胚胎。第二步是用手术或非手术的方法收集单细胞胚胎，经短暂的离心处理后，放在显微镜下用口径1 μm玻璃微管向细胞核注射500～600拷贝基因。然后把经过DNA注射的胚胎移植到另外一头处于相同性周期的母畜的体内。经过这样处理后，在后代中就会出现1%～3%的转基因动物。效率虽然不高，但结果相当稳定。全世界已在各种动物身上进行了上万次的试验，都能生产出转基因动物。 精子介导的基因转移是把精子作适当处理后，使其具有携带外源基因的能力。然后，用携带有外源基因的精子给发情母畜授精。在母畜所生的后代中，就有一定比例的动物是整合了外源基因的转基因动物。同显微注射方法相比，精子介导的基因转移有两个优点：首先是它的成本很低，只有显微注射法成本的1／10。其次，由于它不涉及对动物进行手术处理，因此，可以用生产牛群或羊群进行试验，以保证每次试验都能够获得成功。 生产转基因动物的研究自20世纪90年代以来日趋活跃，转基因动物技术的实用意义是：①生产出性状优良的家畜家禽，如长得快的，繁殖力高的，能抗病的等；②利用动物体作为反应器，生产珍贵的蛋白质，如一些只能从人体内提取的蛋白质；③利用动物作研究模型，比如，知道高血压症是由某种原因造成，可以生产一些高血压小鼠，让医生在小鼠身上试用各种疗法；④生产玩赏动物，如同猫一样大的小马，如同鼠一样大的兔子，以及各种不同毛色和花纹的观赏动物。 在转基因动物方面，我国也取得了许多可喜的成果，目前已获得了转基因鱼、兔、鸡等多种转基因动物。1998年2月中国科学家又获得了在所分泌的乳汁中含有蛋白凝血因子X的转基因山羊。

1992年底，我国科学家研制成功具有自主知识产权的GFM Cry1A 融合Bt杀虫基因，并将其导入棉花，创造出单Bt转基因抗虫棉。这标志着我国大规模应用转基因技术改造传统农业新时代的到来。 棉花产业在我国经济发展、劳动就业和对外贸易中发挥着非常重要的作用。我国棉花面积约占世界面积的15%，皮棉产量约占世界总产量的25%。我国棉花播种面积占农作物总面积的3%，产值占农作物产值的10%左右。棉区覆盖农村人口5亿、农村劳动力2亿以上，棉花加工、纺织和服装生产等直接从业工人超过1900万人，间接就业人员达到1亿人。2007年我国纺织品及服装出口1712亿美元，占全部出口额的14%左右。 但是，棉花又是遭受病虫害为害最严重的农作物之一。1992年，我国黄河流域棉区棉铃虫特大暴发，造成直接经济损失100多亿元。其后，又迅速向长江流域棉区蔓延。棉农不得不高频次、高浓度施用杀虫剂，每年防治棉铃虫20余次，不仅增加了棉花的生产成本和棉农的劳动强度，也破坏了生态环境，同时还严重损害了棉农的身心健康。据不完全统计，1992～1996年棉农因防治棉铃虫而中毒人数超过24万人次。 苏云金芽孢杆菌（即Bt），作为一种生物杀虫剂早在1938年就用于防治地中海粉螟。1981年，科学家首次成功克隆了第一个编码Bt杀虫晶体蛋白基因。我国转基因抗虫棉的研究在科技部国家“863”计划、国家转基因植物研究专项等项目和农业部、发改委、财政部等部委的大力支持下取得了显着进展。我国科学家于1992年底研制成功具有自主知识产权的GFM Cry1A 融合Bt杀虫基因，并将其导入棉花，创造出单Bt转基因抗虫棉。1995年，利用GFM Cry1A Bt杀虫基因和豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)基因，构建了双价抗虫(Bt+CpTI)基因，标志着我国第二代抗虫棉的研究达到了国际领先水平。2002年由中国农业科学院棉花研究所建成“棉花规模化转基因技术体系平台”，实现了基因遗传转化的流水线操作，年产转基因植株8000株以上，做到了棉花转基因规模化和工厂化。该项研究成果于2005年获得国家科技进步二等奖。研发中以“规模化转基因技术平台体系建设”为纽带，采取双赢互利的发展模式，与我国从事基础研究的上游基因构建单位开展全面合作；并将所获得转基因棉花种质新材料快速发放给我国从事应用研究的棉花育种单位，进行新品种培育；同时加强与企业的合作关系，充分利用企业的市场运作、营销网络等优势，以加强国产转基因抗虫棉的产业化力度。从而实现了技术创新、科技人才、技术成果的全国一盘棋一体化的运作效果。 1997年外国抗虫棉进入我国，1998年我国抗虫棉95%的市场份额已为外国抗虫棉垄断。面对严酷的生产、科研和产业发展危局，国家出台了一系列加快国产抗虫棉研发的对策，使不利局面得以扭转。2002年，国产转基因抗虫棉已占据30%的市场份额；2004年，在4800万亩抗虫棉市场份额中，国产转基因棉花种植面积3000多万亩，占市场份额的62%。2008年我国转基因抗虫棉面积已达5700万亩，占全国棉田面积的70%，其中国产抗虫棉已占93%以上。我国国产转基因抗虫棉累计推广面积亿多亩，直接为棉农带来收益490亿元。种植转基因抗虫棉后，每年化学农药的使用量减少1万到万吨，相当于我国化学杀虫剂年生产总量的左右；棉农的劳动强度和防治成本显着下降，棉农中毒事件降低了70%到80%，棉田生态环境得到明显改善。 国产转基因抗虫棉的成功研发，是我国农业科技跻身世界先进行列的一个典范，振奋了全国人民的精神，树立了科技攻坚的信心。在国产转基因抗虫棉的研发过程中形成的全国上中下游科研力量密切合作创新机制，以及促进科技型企业崛起的研发策略，对农业科技创新赶超世界先进水平，具有重要的借鉴意义。

20世纪后期,生物工程迅速发展,给人类生活带来了巨大的变化。有人说,生物工程给人类带来了更大的希望,也有人说,它也会相应给人类带来灾难。学者们众说纷纭,褒贬不一。其中,植物转基因工程更是如此。植物转基因工程就是指通过基因枪等基因工程手段,将一种或几种外源基因转移到原本不具有这些基因的植物体内,并使之有效表达,产生相应性状,这种具有相应性状的植物称之为转基因植物。1983年,第一例转基因植物———转基因烟草问世。从此,转基因植物的研究就以惊人的速度发展,人类看到了更大的希望。1986年,抗虫和抗除草剂的转基因棉花首次进入田间实验,此后转基因植物在全球范围内飞速发展,种植面积不断扩大,给人类带来了非常明显的经济效益。在这同时,人类也注意到了它可能潜在着的一系列危害,即可能对环境产生不利影响,影响到生物多样性的保护和持续利用,并且对人类健康也可能有潜在的危害。1转基因植物的利用植物转基因工程的目的旨在通过导入有用的外源基因,获得转基因植物,用于植物的改良和有效成分的生产。目前在抗除草剂、抗虫、抗病、控制果实成熟以及植物生物反应器等方面已获得了一系列令人鼓舞的成果。抗除草剂的转基因植物化学除草剂在现代农业中起着十分重要的作用,理想的除草剂必须具有高效、广谱的杀草能力,而对作物及人畜无害。但这样的除草剂成本越来越高,通过转基因技术,在作物中导入抗除草剂基因,获得抗除草剂作物,就能有效地解决这些问题,提高经济效益,使除草剂的应用更加方便。据报道,现已成功地获得了转aro A基因的番茄、油菜、大豆、杨树等,在田间试验中表现出对除草剂的良好抗性。抗虫的转基因植物虫害对农业生产的危害非常严重,如能在植物体内转入抗虫基因,使植物获得抗虫性,增加对虫害的抵抗力,将对农业生产具有重要意义。基于这个目的,人们现已成功地将苏云金芽孢杆菌(Bacillusthurigiensis)的毒蛋白基因转入了烟草、番茄、马铃薯、甘蓝、棉花、杨树等植物,使这些植物获得了抗虫性。抗病的转基因植物据报道,将烟草花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)、马铃薯X和Y病毒(PVX和PVY)、大豆花叶病毒(SMV)、苜蓿花叶病毒(AIMV)等病毒的外壳蛋白基因导入不同的植物体后,这些植物均获得了对相应病毒的抗性,这有望应用于农业生产。抗逆的转基因植物68小分子化合物(如脯氨酸、甜菜碱、葡萄糖等)与植物忍受环境渗透胁迫的能力有关,人们若能将与脯氨酸或甜菜碱等合成有关的酶的基因克隆后转入植物,有望提高植物对干旱和盐碱等逆境的抗性。有报道说,人们现已成功地将相关基因转入了烟草、苜蓿、马铃薯等植物,使它们获得了对不同逆境的抗性。植物生物反应器生产药物蛋白生物反应器(bioreactor)是指利用生物系统大规模生产有重要商业价值的外源蛋白质,用于医疗保健和科学研究。将不同的基因转入植物,可使转基因植物产生植物抗体、口服疫苗、植物药物和人类蛋白质等。据报道,到目前为止,人们已成功地获得了4种具有潜在医疗价值的植物抗体。2转基因植物存在的潜在风险转基因作物对生态环境的潜在风险在耕地上栽种那些实验室里培育出来的转基因植物可能会对生态环境造成许多负面影响,转基因植物对非目标生物可能造成危害,转基因植物通过基因漂变对其它物种也可能产生有害影响。对人类健康的潜在危害转基因食品里的新基因可能对消费者造成健康威胁,因为转基因植物是在传统植物接受了动物、植物、微生物的基因的基础上形成的,所以很可能对人类健康产生影响。人们正在关注这样一些问题:毒性问题、过敏反应问题、对抗生素的抵抗作用问题、营养问题等。3展望20世纪末生物技术取得了突飞猛进的发展,其涉及面之广、进展之快乃前所未有。从1986年美国批准第一个转基因作物进行大田试验,至1999年4月,已有4987个转基因作物被批准进行大田试验。自1994年至1999年五年间转基因农作物的种植面积增加了23倍多。美国的转基因抗虫棉花的种植面积已占其棉花总种植面积的13%。从发展趋势看,转基因植物将向多元化发展,例如品质改良、高产、抗逆(抗旱、抗寒、抗低光照、耐盐碱、耐瘠薄等)的基因工程发展。随着转基因技术的深入发展,人们也将把转基因植物应用到医药化工领域,建立基因工厂,从而利用转基因植物生产各种化工原料和药品,摆脱传统化工厂对日益短缺的化工原料的依赖和生产过程中对环境的严重污染。在21世纪,科学技术更加透明,更加公平,人们需要更多、更大的知情权,所以,国际社会对这个问题给予了极大关注,各国政府也高度重视。争论本身就是推动社会前进的动力。通过争论,弄清是非,避免破坏性后果的发生,这将推动科学技术沿着健康的道路发展前进。任何科学技术都不应该滥用,但也不能扼杀能给人类和社会创造巨大财富的技术成果。在应用植物转基因工程技术中,人类应该像对待其它科学技术一样,扬长避短,全面、理性地看问题,把握尺度,使植物转基因工程更加健康地发展,造福全人类。