抗病/抗虫转基因植物的研究与应用

　　摘要对抗病、抗虫转基因植物分类、转基因技术和方法,及其应用、效益和存在的问题等方面进行分析与探讨,以为抗病、抗虫转基因植物科学推广应用提供参考。
　　关键词转基因植物;抗病;抗虫;类型;技术;方法
　　
　　转基因植物(transgenic plant)是采用基因工程的手段将从不同生物中分离或人工合成的外源基因在体外进行酶切和连接,从而构成重组DNA分子,然后将其导入植物细胞基因组中,使新的基因在植物细胞内整合、表达,并能通过无性或有性增殖过程,将外源基因遗传给后代,由此获得基因改良植物,使之稳定遗传并赋予植物新的农艺性状,如抗虫、抗病、抗逆、高产、优质等[1]。转基因植物技术及其产品是当今世界农业生物技术研究与产业化开发的重点和热点,也是我国农业科技革命的核心内容之一,对我国农业科技手段的更新换代以及农业产业结构的调整具有重要的战略意义。随着现代生物技术的迅速发展,植物转基因技术方兴未艾,因而对其进行研究开发具有重大价值。现将抗病、抗虫转基因植物的研究与应用介绍如下。
　　1抗虫、抗病转基因植株分类
　　1983年世界首例转基因植物培育成功,标志着人类用转基因技术改良农作物的开始。1986年转基因农作物获得批准进入田间试验,1994年美国Cgene公司培育的延熟保鲜的转基因番茄被批准商品化生产,到1997年末,已有48种转基因作物被批准商品化生产。截至1997年,至少30个国家进行总计3 000次以上的转基因作物的田间试验。全球转基因作物的种植面积以年均10%以上的速度增长,到2002年末,全世界转基因农作物的种植面积约5 868万hm2(其中美国占66%,阿根廷占23%,加拿大、中国占4%,其他占1%),其中南非的转基因作物的种植面积较上一年增长近50%,中国增长40%,阿根廷增长15%,美国、加拿大增长近10%,发展非常迅速。
　　1.1抗虫转基因
　　抗虫转基因植物发展在我国已取得较大进展。根据转化所使用的基因类型将抗虫转基因植物发展过程分为2代:第1代以转入Bt杀虫晶体蛋白基因为主,产生许多转基因作物进入商品化生产;第2代以高虫蛋白基因为主,此代转基因植物大部分仍处在实验阶段,少数进入田间试验。抗虫转基因有3类[2]:
　　第1类是Bt杀虫蛋白基因,来自苏云金芽孢,杀虫毒性为伴孢晶白,对鳞翅目、双翅目、鞘翅目等昆虫有毒,现已转移Bt主要毒杀鳞翅目害虫,对人畜安全,主要转入棉花、玉米、马铃薯、胡桃、杨树、落叶松等植物。迄今Bt杀虫蛋白基因研究利用最广泛也最有潜力。
　　第2类是从植物组织中分离主要为蛋白酶剂基因、淀粉酶剂基因、外源凝集素基因等。胶蛋白酶抑制剂基因抑制蛋白酶活性,干扰害虫消化作用而导致植物对虫害自卫反应,主要有丝氨酸类、半酸类、含金属类、天冬酰胺类,已从菜豆中分离氨酸类胰蛋白酶抑制剂基因并导入棉花、番茄、龙葵等植物。
　　第3类是从动物体内分离,主要是蜘蛛毒素、蝎毒素基因、昆虫几丁质酶基因等。
　　1.2抗病转基因
　　目前正在研究的抗病转基因也可分为3类[3]:
　　第1类:植物病毒外壳蛋白基因。自从将烟草花叶病毒的外壳蛋白基因导入烟草中,发现转基因植株发病的时间明显延迟,或者症状明显减轻,通过导入植物病毒外壳蛋白基因来提高植物抗病毒能力的技术,已在多种植物病毒中进行试验,如转入马铃薯X病毒外壳蛋白基因的烟草植株,比普通植株大约迟20 d发病;转入烟草花叶病毒和黄瓜花叶病毒外壳蛋白基因双价抗病转基因烟草,对TMV的防治效果高达100%,对CMV防治效果为70%,可以有效遏制花叶病毒浸染,提高烟草产量和品质;将大麦黄矮病毒GPV株系外壳蛋白基因导入小麦,能获得抗病毒病转基因小麦。
　　第2类:人工合成抗菌酞基因。中国农业科学院生物技术研究中心人工合成抗菌肽基因导入作物,育成抗青枯病转基因马铃薯,已获得国家专利,抗菌肽基因已供给国内外10多个研究单位进行抗水稻白叶枯病,花生、番茄青枯病,大白菜软腐病,柑橘溃疡病,桑树、桉树青枯病、根肿病等基因工程研究。
　　第3类:几丁质酶和葡聚糖酶双价基因。中国农业科学院生物技术研究中心与作物所合作将几丁质酶和葡聚糖酶双价基因导入小麦,育成双价抗病转基因小麦,抗赤霉病、纹枯病和根腐病等真菌性病害。