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转基因水稻

摘要

转基因水稻是用转基因技术把水稻中本来没有的基因转入到水稻中,使水稻具有新的性状,如抗虫、抗除草剂、抗病害。但转基因水稻技术非常粗糙,转入的基因影响水稻原有基因的表达,可能引起很多难以预期的后果。可以说,转基因技术把外来的抗除草剂、抗虫特性引入水稻的同时,也把对健康和环境的近忧远患转移到水稻体内。因此,包括中国在内的各国对转基因水稻都采取了谨慎态度和严格管理。

研究进展

转基因水稻获得成功始于1986 年,Uchimiya等首先获得了卡那霉素抗性的转基因水稻愈伤组织,相隔2 年,世界上就有3 个实验室分别获得了转基因水稻植株。纵观转基因水稻的发展历程,利用转基因技术开展水稻遗传改良主要集中在下列几个方面:

1 抗虫性

应用于水稻抗虫性改良的外源基因主要有3 种,一是从苏云金杆菌分离的苏云金杆菌杀虫结晶蛋白基因( Bt 基因) ,二是从植物中分离出的昆虫蛋白酶抑制剂( PI 基因) ,三是植物凝集素基因。科学家分别应用基因枪法、农杆菌介导法、电击法等成功地将cryIA ( b) 、cryIA ( c) 基因导入水稻中,获得了转基因植株,经抗虫性检测,转基因植株对二化螟、三化螟、大螟、稻纵卷叶螟等具有明显的致死效应。美国康奈尔大学1993 年将豇豆胰蛋白酶抑制剂基因CPT 导入水稻获得转基因植株,对二化螟、三化螟具有一定的抗性。Vain 等将半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因导入水稻所得的转基因植株使线虫的孵化率下降了55 %。浙江大学应用Bt 基因转化育成的“克螟稻”已通过了浙江省科技厅的鉴定,1999 年获准开展环境释放试验。

2 抗病性

日本国家农业环境所成功地将水稻条纹叶枯病毒外壳蛋白基因RS V CP 导入水稻获得转基因植株,接种后2~3 周发现转基因植株只有2 %~3 %发病,而对照则有95 %~100 %发病。

Christou 等将Xa21 基因导入水稻后,显著提高了水稻对白叶枯病和稻瘟病的抗性。何迎春等将烟草几丁质酶基因导入水稻获得了高抗纹枯病和稻瘟病转基因植株。四川农业大学将抗病和抗虫基因导入杂交稻的恢复系中, 获得了转基因的双抗杂交稻等。

3 抗除草剂

20 世纪80 年代,美国孟山都公司以其拥有广谱、高效除草剂农达(草甘膦) 的优势,率先开展除草剂抗菌性基因的转移研究与抗性品种的开发,随后,美国艾格福公司(AgrEvo) 抗广谱除草剂草铵膦转基因水稻和美国氰胺公司的抗咪唑啉酮类除草剂转基因水稻相继问世。中国用于水稻抗除草剂的基因主要是PPT 乙酰转移酶基因,即抗Basta 基因(bar) ,也已获得抗Basta 水稻。

4 抗逆性

由于有关水稻抗逆基因的定位、克隆和分离工作难度较大,抗逆转基因水稻的研究报道还不多。已经导入水稻的抗逆基因主要有烟草中的CMO基因、甜菜碱生物合成酶基因codA 和水稻耐淹能力有关的基因( pdc , pdc , pdc) ,将其转入水稻中分别获得了具有抗旱、耐碱、耐盐和耐渍的转基因水稻植株。

5 高产和优质性状

产量和品质是由多基因控制的综合性状,个别外源基因的导入只能使其组成成分中单一因子的水平获得提高,而对其综合水平没有明显的影响。提高水稻产量的基因工程主要设想是将高光效C4植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC) 和二磷酸核酮糖羧化酶基因( RuB pC)导入水稻中,在水稻叶片的叶绿体中表达以提高水稻光合效率,达到增加产量的目的。虽然Ku 等将PEPC 基因导入水稻,获得了光合效率提高近50 %的转基因水稻,但离获得高产品种还相距甚远,只是为水稻大幅度增产带来了新的希望。在品质改良方面,富脯氨酸基因、富甲硫氨酸和赖氨酸基因、八氢番茄合成酶及其脱氢酶基因、大豆球蛋白基因和高赖氨酸基因等都已被成功地导入水稻并获得了转基因植株,对于开发特用稻米产品具有非常重要的意义。

与非转基因水稻的区别

科学家通过试验对比,发现转基因水稻同非转基因水稻的一个显著差别是农药施用量的差别。研究结果表明,种植转基因抗虫水稻的农户每季施用农药少于一次(0.5次),种植非转基因水稻的农户每季施用农药3.7次。在种植转基因水稻的地块上,有62%没有施用农药,近90%的转基因水稻田上没有施用治螟虫的农药。同种植非转基因水稻相比,转基因抗虫水稻的采用使农户每公顷农田减少16.77千克的农药,相当于减少了80%的农药施用量。

两种水稻在产量上也有显著差异。转基因水稻的平均产量比对应的非转基因水稻产量高6%—9%。科学家发现这主要是由于转基因抗虫水稻在生产过程中更有效地防治了螟虫的危害。

转基因抗虫水稻减少了稻农因施用农药而过敏以至中毒的现象。以2002年和2003年为例,全部种植转基因水稻的农户没有一例报告因打农药而中毒;在转基因水稻和非转基因水稻都种植的农户中,两年分别有7.7%和10.9%的农户报告在施用农药时中过毒,在全部种植非转基因水稻的农户中,两年分别有8.3%和3%的农户因打农药而中毒。

黄季焜说:“种植转基因抗虫水稻对水稻生产和农民健康产生着积极影响。我们的研究结果表明:农业生物技术能够促进中国农业发展、增进食物安全、提高农民收入和改善农民健康。”

相关风险

转基因水稻会带来诸多生态环境和食品安全方面的风险。水稻是主粮,其安全性尤为重要,但转基因水稻的安全性没有经过长期评估,转基因水稻食用是否安全仍存在很大争议。

在生态环境方面,转基因水稻会通过花粉将基因传播给近亲植物,这会令其它植物也出现转基因水稻(如抗除草剂)的特征,扰乱生态平衡规律。如果抗除草剂的基因传播到杂草,更会出现“超级杂草”,危害粮食生产。害虫长年累月地接触某种毒素,体内自然地会产生抗体,有可能变成不怕杀虫剂的“超级害虫”。

强势的转基因生物可能致使自然界原有的品种绝种,破坏生物多样性。另外,转基因改造过的生物可能会为其它生物如蝴蝶、瓢虫等益虫带来危害。

非法种植

转基因水稻的种植要点转基因水稻在进行商业化生产之前必须先向农业部农业转基因生物安全管理办公室申请安全证明书,接着按照《种子法》和《主要农作物品种审定办法》的规定通过品种审定,然后才可以在市场上出售。农业部转基因办至今仍然没有对任何转基因水稻颁发安全证明书。

2005年,绿色和平揭发中国尚未通过安全测试的转基因大米已经在湖北地区种植了至少两年,且污染了湖北和其它省市的大米。

2007年,绿色和平揭露:转基因水稻被非法冒充为常规杂交水稻在湖南省进行田间试验并已申请品种审定,试图获取商业化种植资格。

绿色和平在湖北与湖南发现的这些转基因污染案例表明,政府在转基因生物安全管理体制上仍有漏洞,绿色和平呼吁政府加强转基因生物监管力度,谨慎对待转基因水稻商业化种植,强制标识转基因食品,以保障广大消费者的权益。

商业化种植悄然进行

转基因水稻的商业化种植实质上在湖北等地已经悄悄进行。在湖北等地,转基因抗虫水稻早在2004年就曾因非法种植而备受关注。

2004年,绿色和平组织曾在湖北展开了对转基因水稻种植的四次调查,并于2005年4月13日发布了《非法转基因水稻污染中国大米》调查报告。该报告认为,转基因种植在湖北等地的种植已经非常广泛。该组织同时将调查报告送往农业部。

2005年4月14日,农业部农业转基因生物安全管理办公室公布了《关于“转基因水稻污染我国大米”的书面答复材料》,对绿色和平的检测结果“无法认同”,关于报告中所提转基因水稻的种植面积、允许范围、是否违规等问题,农业部将依据《农业转基因生物安全管理条例》和湖北农业厅对此事的执法检查结果进行判断和处理。

2005年8月11日,湖北省政府委托省农业厅就“转基因水稻事件”首次发表申明,武汉科尼植物基因有限公司、武汉禾盛种衣剂有限责任公司和华中农大新技术研发公司在承担转基因水稻生产性实验过程中,“擅自扩大制种”,并责成有关单位对其进行处罚。

湖北省农业厅随即对已种植的上万亩转基因水稻进行铲除,并对农民进行每亩约四五百块钱的补助。

随后,农业部下发通知,要求全国各地加强转基因安全监管工作。

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