陳一文按：農業部對抗民意竭力推動轉基因小麥大規模種植，委托“河南省農業科學院小麥研究中心”實施，在沒有任何媒體報道情況下悄悄完成了《國家黃淮海轉基因小麥中試與產業化基地項目》招標采購所需設備[注]。為便于大家全面了解農業部近年推動轉基因小麥商業化種植相關情況，特地全文轉載河南農業大學/國家小麥工程技術研究中心尹鈞、李永春2009年6月發表的《我國小麥轉基因研究的現狀及發展趨勢》，在“存在的問題”方面確認“小麥轉基因技術的發展還不夠成熟”、“小麥轉基因育種的功能基因還非常有限”、“轉基因小麥的生物安全性仍是研究重點”。轉載者強調，這篇文章盡管未能揭示有關學者正在準備的揭露農業部轉基因小麥存在的一系列更為嚴重的問題，但是至少強調了“小麥轉基因技術的發展還不夠成熟”、“轉基因小麥的生物安全性仍是研究重點”，已經難能可貴，必須贊許。

[注：http://www.ccgp.gov.cn/cggg/dfbx/zbgg/201101/t20110104_1469857.shtml ]

我國小麥轉基因研究的現狀及發展趨勢

http://www.gsagr.ac.cn/libr/kjxx/showart.asp?id=1488

作者：尹 鈞，李永春

來源： 《中國農業信息》.-2009（6）.-13－15

作者單位：(河南農業大學/國家小麥工程技術研究中心，鄭州 450002)

轉載者：陳一文（[email protected]）

《新浪網》“陳一文顧問博客”轉載：http://blog.sina.com.cn/cheniwan

《陳一文顧問網站》：http://sea3000.net/cheniwan

自1983年獲得第一株轉基因作物以來，作物轉基因技術得到了迅猛發展，轉基因作物育種已成為常規育種的有效補充。目前，幾乎所有的作物都開展了轉基因研究，育種目標涉及高產、優質、高效、兼抗性及多用途等諸多方面，一批抗逆性(如抗病、抗蟲、抗除草劑)轉基因作物已進入商品化生產階段。由于受到轉基因技術的限制，小麥轉基因研究滯后于其它作物。近年來，我國在小麥轉基因方面也取得了初步的進展，并獲得了一批具有抗病蟲、抗逆境及改善品質的轉基因小麥新材料，部分品系已經進入環境釋放階段。

1  小麥轉基因的方法

1.1  花粉管通道法

花粉管通道法是我國學者周光宇提出的一種非常簡便的植物轉基因方法，其基本原理是利用植物授粉后花粉萌發形成的花粉管，將外源DNA送入胚囊中尚不具備正常細胞壁的合子，最終直接獲得轉基因的種子。該方法具有突出的發展優勢：比如操作簡單，耗費低廉，且不需要經過繁瑣的組織培養和植株再生過程，特別是可以在未分離目的基因的情況下將植物的總DNA直接用于遺傳轉化。正是由于上述優點，該方法自20世紀70年代末問世以來倍受廣大分子育種工作者的青睞。

關于花粉管通道法小麥轉基因研究報道始于20世紀90年代初，我國從1994年后通過該法進行小麥轉基因的研究報道以每年10篇左右的速度穩步上升(圖1,略)。目前，國內已報道的花粉管通法小麥轉基因研究達120余篇，約占國內小麥轉基因報道總數的41%(圖2，略)。可見，花粉管通道法已經成為我國小麥遺傳轉化的主要方法。

1.2  基因槍法

基因槍法是一種借助于火藥、高壓放電或高壓氣體產生的動力，將吸附了外源DNA的微彈(直徑1μm的金粉或鎢粉)直接射入受體細胞核，并實現外源基因整合到受體細胞基因組中的轉基因方法。由于該方法不像農桿菌介導法那樣受到作物基因型的限制，也不像其它基于原生質體的轉基因方法那樣存在組織培養及植株再生方面的困難，所以自1987年誕生以來在各類作物轉遺傳轉化中得到了迅速廣泛的應用。

1992年，Vasil等利用基因槍法獲得了世界上第一株轉基因小麥，之后基因槍法成為小麥遺傳轉化的重要方法。我國趙天永等于1994年報道了以小麥莖尖分生組織為受體的基因槍法轉基因研究，1996年夏光敏等、陳樂玫等、杜立群等和王小軍等也分別報道了基因槍法小麥轉基因的研究工作，之后有關基因槍法小麥轉基因的研究報道以每年4篇左右的速度直線上升；1999年關于基因槍法小麥轉基因的研究報道猛增到12篇，2003年后每年的研究報道都在10篇以上，而且有遞增的趨勢(圖1，略)。目前，我國通過基因槍法進行的小麥轉基因研究報道達100余篇，約占小麥轉基因報道總數的34%，成為僅次于花粉管通道法的主要轉基因方法(圖2，略)。

1.3  農桿菌介導法

因為農桿菌具有將其Ti質粒上一段DNA(T-DNA)插入寄主植物細胞染色體中的能力，所以將目的基因插入T-DNA中間后就可以借助于農桿菌將目的基因導入受體植物細胞，并利用細胞的全能性獲得轉基因植株，這就是農桿菌介導法植物轉基因的基本原理。該方法具有易操作、低費用、高效率、插入片段的確定性好及拷貝數低等獨特優點，所以已成為目前多數作物轉基因的首選方法。

農桿菌介導法最大的不足就是能否轉化和轉化效率極大地受寄主植物基因型的限制，單子葉植物因不是農桿菌的天然寄主所以轉化更加困難。令人欣慰的是，近年來農桿菌介導法在玉米、水稻、大麥和小麥(Cheng等，1997)等單子葉作物的遺傳轉化方面也取得了一系列突破性進展。1998年，劉慶法等首次在國內報道了開展農桿菌介導法小麥遺傳轉化的研究工作。1999年，夏光敏等再次報道了利用農桿菌介導法小麥遺傳轉化的工作，部分小麥品種的轉化效率達到了5.9%。2000年后農桿菌介導法小麥轉基因的研究報道迅速增多，而且抗病蟲小麥轉基因研究成為研究的重點(表1，略）。從2002年開始，農桿菌介導法小麥轉基因研究的報道以每年8～10篇左右的速度快速增長，到2006年累計發表相關論文達到40余篇(圖1)，約占小麥轉基因研究報道總數的15%(圖2)。

1.4  低能離子束介導法

離子束介導的植物轉基因技術是20世紀90年代初期我國發展起來的一種新的轉基因方法，其基本原理是：低能離子束可使得種胚細胞刻蝕并形成多個可修復的微孔，同時帶正電荷離子的注入有利于帶負電荷外源基因進入細胞而實現遺傳轉化，然后利用細胞全能性獲得轉基因再生植株。

2000年，吳麗芳等報道了他們用低能離子束介導法獲得轉基因小麥的研究工作，用于轉基因的外源基因包括了報告基因Gus、綠色熒光蛋白基因、水稻幾丁質酶基因及大豆總DNA等。到2001年，我國報道的利用低能離子束介導法小麥轉基因的研究論文達到10余篇，之后以每年3～5篇的速度遞增，截至2006年已經有相關的報道近30篇(圖1)，約占小麥轉基因研究報道總數的10%(圖2)。

2  小麥轉基因育種的研究

2.1  抗病蟲轉基因研究

病蟲害是造成小麥減產的重要限制因素，多年來小麥抗病蟲育種一直是農業科技工作者的重要研究方向。由于抗病蟲小麥資源較少，常規育種獲得的抗性又十分有限，所以小麥抗病蟲育種進展緩慢。隨著植物生物技術的迅猛發展及各類抗病蟲基因的分離克隆，作物抗病蟲轉基因育種顯示出巨大的發展潛力。自1994年以來，我國在小麥抗病蟲轉基因研究方面也取得可喜的進展，已發表關于小麥抗病蟲轉基因研究的論文近60篇。用于小麥抗蟲轉基因研究的外源基因包括雪花蓮外源凝集素基因、蘇云金芽胞桿菌毒蛋白基因和蛋白酶抑制劑基因三類；用于小麥抗病轉基因研究的外源基因主要包括病毒外殼蛋白編碼基因、幾丁質酶基因、抑菌蛋白編碼基因、抗病作物總DNA及其它病程相關蛋白基因等幾類(表1)。

2.2  改善小麥品質的轉基因研究

隨著與小麥品質性狀相關分子調控機制研究的不斷深入，特別是關于小麥高分子量谷蛋白亞基的研究，通過基因工程的方法改善和培育優質小麥新品種已成小麥優質育種的重要策略(Blechl等，1996；Rooke等，1999；Barro等，2003)。近年來，我國科研工作者在小麥轉基因優質育種方面也取得了一系列新進展。按照導入外源基因的類型來分，小麥轉基因品質育種主要包括轉高分子量谷蛋白亞基基因、優質植物總DNA和其它與品質相關基因等三大類。

關于表達高分子量谷蛋白亞基的研究是小麥轉基因品質育種的主力軍。比如，唐鳳蘭等(2002)、張曉東等(2003)、梁靜靜等(2004)、汪越勝等(2005)、張曉科等(2005)、施農農等(2005)分別將優質高分子量谷蛋白亞基基因導入小麥中獲得了轉基因優質小麥新材料；值得注意的是，隨著花粉管通道法和離子束介導法等DNA直接轉化技術的不斷發展和完善，許多與優質性狀相關的植物總DNA也被用于小麥優質轉基因育種。比如，朱新產等(1996；1998；2002)通過將豌豆花DNA直接注射入小麥節間和幼穗的方法獲得轉基因小麥；王秀玲等(2003)。

通過花粉管通道法將野生大豆的總DNA導入小麥獲得轉基因材料；姬生棟等(2001)、馬華平等(2001)、王素霞等(2002)、蘇明杰等(2002)、萇收偉等(2004)和程玉紅等(2005)通過低能離子束介導法將大豆總DNA導入小麥；王曉娟等(2000)和倪建福等(2005)利用花粉管通道法將高粱總DNA導入小麥等。其它一些與品種性狀密切相關基因的轉基因研究還有：孟超敏等(2004)通過基因槍法將高賴氨酸含量基因(wblrp)和賴氨酸合成關鍵酶(dapA)基因導入栽培小麥品種，獲得了賴氨酸含量提高10%以上的小麥株系4個；陳豫等(2004)通過基因槍法將水稻谷蛋白GluA-2基因導入小麥獲得了高賴氨酸的轉基因小麥材料，為提高小麥中賴氨酸含量的品質育種奠定了基礎；耿洪偉等(2005，2006)和張慶祝等（2004)分別通過花粉管通道法將與籽粒硬度密切相關的puroindoline基因導入小麥，為改善小麥籽粒硬度及其加工品質奠定了基礎；李加瑞等(2005)和苗紅梅等(2005)分別通過RNAi技術和反義RNA技術將轉基因小麥中的waxy基因沉默，獲得了種子中直鏈淀粉的含量明顯下降的轉基因小麥新材料；陳國慶等(2005)通過花粉管通道法將反義蠟質基因和高分子量谷蛋白基因同時導入小麥，為改善小麥加工品質積累了材料。

2.3  耐非生物逆境脅迫的轉基因研究

干旱及高鹽堿等非生物逆境是影響小麥持續高產穩產的重要限制因素，近年來，我國科研工作者也開展了一系列小麥耐逆境脅迫的轉基因研究。薛哲勇等(2003，2004)利用農桿菌介導法分別將耐鹽基因AtNHXl和大腸桿菌膽堿脫氫酶基因betA導入小麥，以期獲得耐鹽堿的轉基因小麥新材料。LEA蛋白是一類保護生物大分子及膜結構的蛋白質，在水分虧缺時它們能保護細胞膜系統及生物大分子免受破壞。冀俊麗等(2002)通過負壓花粉管法將LEA類基因HVAl導入小麥以期望獲得耐水分脅迫的轉基因小麥材料。已有研究表明，DREB轉錄因子在干旱、高鹽及低溫脅迫信號傳遞中起重要作用，該基因過表達后可以提高植物對水分脅迫的耐受性。劉錄祥等(2003)、押輝遠等(2004)、高世慶等(2005)、郝曉燕等(2005)和王軍衛等(2006)分別將不同來源的DREB基因導入小麥獲得抗旱轉基因小麥新材料。郭北海等(2000)采用基因槍法將玉米Ubil啟動子驅動的山菠菜甜菜堿醛脫氫酶(BADH)基因導人小麥獲得轉基因材料。對轉基因材料進行鑒定表明，干旱和鹽脅迫條件下，轉基因小麥在種子萌發、幼苗生長、根系發育以及質膜保護等方面均得到了改善，田間鑒定顯示轉基因小麥葉片蒸騰強度比對照明顯降低(張艷敏等，2003)。海藻糖是一種廣泛存在于那些高度耐水分脅迫的生物體內的物質，它對許多處于逆境的低等生物維持生命、抵抗不良環境脅迫起著重要調節作用。已有研究表明，在水稻、甜菜、馬鈴薯等作物中過量表達海藻糖后可以大大提高轉基因作物的擾旱和抗寒能力，所以將海藻糖合成酶基因導入作物已成為抗旱轉基因研究的重要策略。劉錄祥等(2003)將大腸桿菌的海藻糖合成酶基因導入小麥以期獲得耐旱的小麥材料。國家小麥工程技術研究中心尹鈞課題組也獲得了轉海藻糖合成酶基因的可育小麥新材料，關于轉基因材料的抗旱特性研究正在進行中。隨著我國花粉管通道法等DNA直接轉化技術的成熟和發展，將抗旱和耐鹽堿植物的總DNA導入小麥來培育抗逆新材料也成為一種可行的方法。比如，將高粱總DNA(裴新梧等，1999)、將蘆葦草DNA(劉志生等，1998)以及長穗冰草DNA(黃承彥等，2000)導入小麥后都是選擇培育抗逆小麥新材料的可行策略。

2.4  其它方面的小麥轉基因研究

小麥是嚴格的自花授粉作物，其物理去雄非常煩瑣、化學去雄易造成環境污染和其他的副作用，目前發現的胞質雄性不育系也由于恢復源偏少等原因極大限制了小麥雜種優勢利用。隨著植物生物技術的發展，通過轉基因技術創造小麥雄性不育材料已成為可能。近年來，我國科研工作者在這方面也取得了一些新的進展。比如，傅榮昭等(1997)將人工構建的雄性不育基因（TA29-Barnase基因)導入小麥栽培品種豫責18的幼胚細胞，并獲得了轉基因植株；李艷紅等(1999)以自己克隆的肌動蛋白基因為基礎，構建了一種新的人工雄性不育嵌合基因，并獲得轉基因小麥材料。

化學除草劑的合理使用極大地解放了農業生產的勞動力，并有效提高了作物生產效率。但是，由于除草劑通過影響和阻斷植物的生理生化過程來達到除草的目的，所以在一定程度上也會對作物的生長會造成傷害，這已成為限制化學除草廣泛應用的主要限制因素。所以，通過培育抗除草劑轉基因作物來推動化學除草技術的推廣應用已成為作物轉基因研究的重要內容。1992年，Vasil等獲得了世界上第一株抗除草劑轉基因小麥。近年來，我國關于抗除草劑小麥轉基因方面的研究也有一些報道(柯遐義等，1997；黃粵等，1997；王小軍等，1996；趙虹等，2002；張媛媛等，2005)。

穗發芽是一種世界性的氣候災害，在我國小麥產區約有85%的地區存在穗發芽問題，小麥穗發芽后會導致產量降低、品質惡化，甚至喪失食用、加工和種用價值，給小麥生產造成嚴重的經濟損失。雖然穗發芽問題一直是世界各國農業科學研究的重要領域，但由于遺傳資源所限，小麥抗穗發芽育種尚未有突破性進展，穗發芽問題仍然是影晌小麥生產的瓶頸問題。國家小麥工程技術研究中心尹鈞課題組利用基因槍法獲得了轉反義硫氧還蛋白基因的抗穗發芽轉基因小麥材料。研究表明，轉基因小麥種子比非轉基因小麥的萌動時間明顯延長，轉基因小麥從開花后30天至后熟25天這一時期內，穗發芽受到明顯的抑制，人工模擬降雨穗發芽試驗充分驗證了轉基因小麥具有較強的抗穗發芽能力。目前，轉基因抗穗發芽小麥已通過國家轉基因植物的安全評價，完成在河南省的中間試驗，并進入生產釋放與應用階段。

3  存在的問題及前景展望

作物轉基因育種和常規育種相比具有明顯的發展優勢，因為它不僅極大地拓寬了育種的基因來源(如動物、植物、微生物和人工合成)，而且可以實現高效精確的遺傳改良，更為重要的是抗病蟲等轉基因育種的發展將有效減輕農田的環境污染。但其研究仍然存在較多的問題。

3.1  小麥轉基因技術的發展還不夠成熟

目前，國內仍以花粉通道法為主進行小麥轉基因研究(圖2)，但是由于花粉管通道法的遺傳轉化的效率還較低，而且外源基因整合的隨機性很強等明顯的缺點還是限制了其發展速度(圖1)。基因槍法的不足是成本昂貴、、轉化率因受體材料基因型不同變化較大、外援基因拷貝數高，而且轉基因時插入片段的確定性較差。農桿菌介導法也因為受基因型的影響很大，所以在小麥轉化中效率較低，轉基因的方法還不成熟。在組織培養方面，小麥胚性愈傷組織的獲得還比較困難，實驗的成功與否在很大程度上依賴于研究者的經驗這也是限制小麥轉基因發展的重要因素。總的來看，農桿菌介導法小麥轉基因研究已經取得一些初步進展，而且其發展速度很快，未來幾年內關于農桿菌介導法小麥轉基因的研究將會迅速增加。不過，以花粉管通道法和粒子束介導法為主的DNA直接轉化技術在近幾年內將仍占主導地位。

3.2  小麥轉基因育種的功能基因還非常有限

可用于小麥轉基因育種的功能基因，特別是控制小麥重要性狀的功能基因還非常有限，這是限制小麥轉基因育種發展的主要因素。比如抗蟲轉基因育種中，目前可以利用的主要是Bt基因、蛋白酶抑制劑基因和外源凝集素基因等非常有限的幾種；改善品質的基因目前仍主要局限于高分子量谷蛋白亞基基因等有限的范圍內等。所以，未來關于小麥功能基因的深入研究和開發將仍是研究的重點，特別是那些與高產、優質、抗逆性、株型、高光效密切相關的基因將是研究的熱點。

3.3  轉基因小麥的生物安全性仍是研究重點

轉基因小麥的生物安全性可分為生態安全性和食品安全性兩類：生態安全性主要表現在轉基因的飄移方面，食品安全性主要集中在標記基因的水平轉移和表達產物是否會對食用這產生副作用方面。所以，關于如何最大限度地消除轉基因小麥可能帶來的生物安全性風險將是很長一段時間轉基因小麥研究的重要方向。目前，國內外已經開展了一系列的相關研究，已設計了一系列安全性轉基因育種的分子策略(李永春等，2003)。需要特別指出的是，轉基因小麥和其它轉基因作物一道必將得到快速的發展，而且會向著精確性、高效性和多樣性的方向轉變，小麥轉基因育種將和常規育種結合，為人類提供更加安全優質的小麥產品。

3.4  轉基因育種是分子育種的主要途徑之一

我國“十一五”科技規劃把分子育種作為重點領域，確定為育種理論與育種技術創新發展的方向。因此，加強主要農作物重要性狀功能基因研究，獲得具有知識產權的功能基因是實現分子育種自主創新的關鍵，也是轉基因育種的重要基礎。小麥作物我國第二大作物，在國家糧食安全中占舉足輕重的地位，也是遺傳背景比較復雜的多倍體作物，外源基因功能表達難度更大，分子育種技術要求更高，應從理論與技術方面進一步加強研究，才能實現理論與技術的突破。

作者單位：(河南農業大學/國家小麥工程技術研究中心，鄭州 450002)

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