植物基因工程的重要意义

植物基因工程的重要意义

关键词：植物基因工程技术，转基因

正文：

作为21世纪科技的重要发展项目，基因工程技术在植物方面应用的意义主要体现在以下五个方面。

1．植物基因工程技术可以实现超远缘育种,克服不亲和障碍

我们知道，在作物育种中最早应用的是植物组织培养技术，这种技术已在花卉、药材、森林和农作物育苗得到广泛的应用，我国已在甘蔗、人参和马铃薯等方面收到显著经济效益。此外，还可从培养细胞或再生植株选择所需要的突变体。如Shepard(1983)从马铃薯培养物中选出一种能抗腹疫病(Phytophthorainfectans)的抗性植株以及利用培养细胞生产诸如喜树碱等化合物。但以上方法只是同类植株的基因改变。此外人们还对植物原生质体融合进行了研究。但是植物细胞融合后性状的表达，取决于它在以后有丝分裂时染色体是否发生交换或丢失情况。[1]但到目前为止，由融合的细胞而能培养成植株者容寥寥无几，这可以说是克服远缘杂交不亲和障碍的最早例子。如果说细胞融合可以克服种属之间不亲和性，而基因重组则可在更大范围内进行了。动物基因如萤火虫的发光蛋白基因,寒带鱼的抗冻蛋白基因,蛇、蝎的毒液基因等也已转移给作物,分别获得能发光的转基因烟草,抗寒的转基因甜菜、转基因番茄和抗虫的转基因棉花等。[2]由此可见，外源基因导入植物细胞后引发的改变是巨大的。

2．植物基因工程技术可以增强作物改良力度,促进品种更新换代

作物改良基本有两方面，其中提高作物品种的光合与养分效率、病害与虫害抗性正在成为植物基因工程的研究重点,促使作物品种适应低温、干旱、雨涝、土壤瘠薄和盐碱以及温室效应等新旧灾害从而提高作物产量，也已成为基因工程育种的主要内容。

农业生产中，增加粮食产量无非依靠两种途径:一是提高作物品种的生产能力;二是减轻环境因素对作物生长的不利影响。据报道，全世界每年因虫害、病害、草害以及寒冷、干旱、盐碱等灾害对粮食生产所造成的损失令人惊叹：全球每年因虫害与病害所造成的作物减产达30%以上，因杂草所损失的粮食至少在10%以上，再加上低温、干旱和盐碱等各种因素，全世界每年至少要损失粮食产量的一半以上。[3～5]

同时，为了防治病虫害及杂草等，还要施用大量的化学农药，这不仅消耗大量的能源，更严重的是对生态环境造成了极大的甚至是不可逆的破坏。为了摆脱上述困境，从20世纪80年代起，人们开始研究和利用转基因抗性植物来预防病虫害和杂草等，并收到了良好的效果。与传统作物育种技术相比，利用基因工程技术进行遗传育种有其自身的优势，一方面由于它可以将特定的抗性基因定向转移，因而成功率较高，可大大提高选择效率，在很大程度上避免了传统育种工作的盲目性；另一方面是其基因来源打破了种属的界限，除了植物基因以外，动物和微生物的抗性基因都可以作为外源基因转人植物基因组中，并获得表达。[6] 3．植物基因工程技术可以拓宽应用研究,扩大生产领域

随着转基因植物技术日益成熟,利用植物的生物反应器作用,进行贵重药品、人畜疫苗和精细化工等的生产,因具有成本低,竞争力强的吸引力,正在成为高技术及其产业化的新兴热门领域。现已成功地将干扰素、胰岛素、多肽抗体、人血清白蛋白等基因转给植物进行这些药物的生产。美国现已得到多肽抗体转基因烟草,美国还在通过转基因植物研制麻疹、乙肝、艾滋病等疫苗,甚至成功地获得了口服植物疫苗。现国际上正在出现研制营养药物的新思路。此外,现还大量进行用于塑料、染料、涂料、洗涤、香料、润滑剂等的转基因植物研究。据

美国能源部报告,通用的50多种化工原料已有19种可以由植物生产。美国甚至建立“分子农场”,种植转基因油菜,提供用于制造肥皂等的月桂酸。这些成功的应用不但拓宽了生产范围、降低了成本，而且取得了可观的经济效益，是植物基因工程技术意义的又一重要方面。4．植物基因工程技术可以作为能源开发的新途径

现在社会高速发展，但人类文明的发展却面临能源危机。化石燃料的不可再生性以及其带来的环境污染以成为各国政府无法回避的事实。因此寻找一种可以代替化石燃料而且对环境影响较小的新能源已迫在眉睫。非粮生物质能的高效应用无疑是一种很好的方法，而要将生物质能高效、低廉、方便的转化为燃料，与基因工程技术是密不可分的。

在不损害粮食作物生产的前提下，一些发达国家纷纷寻求新能源，而且发展生物质新能源非常适合中国国情：中国的国土面积大,土地可以充分利用,非粮生物质能并不存在争耕地的顾虑。目前,中国非粮生物质能源原料主要来自两方面:第一类是农林有机废弃物,包括农作物秸秆、畜禽粪便、林业剩余物等,这部分非但不影响粮食安全,而且能“变废为宝”;第二类是利用边际性土地种植能源植物,这些土地主要包括现有林地中的薪炭林、木本油料林和灌木林,可利用而尚未利用的土地中的宜林地和宜农地,在现有非粮低产农田中可以通过种植结构调整用于种植能源作物的土地。中国工程院的一份重大咨询项目研究表明,中国可用的农林有机废弃物产能相当于4.74×108t/a标准煤,利用边际性土地种植能源植物的产能相当于4.25×108t/a标准煤,两项合计产能潜力为8.99×108t/a标准煤[7]，可见生物质能在能源开发上潜力是巨大的。研究表明,每年所有植物形成的生物量可折合1 000亿吨石油,相当于世界总能耗的50倍。试想若运用基因技术培育出一种高效酵母,把秸秆、废纸的纤维素降解为葡萄糖,进而转变成酒精,就可实现生物质向燃料的转化，进而解决能源危机。

5. 植物基因工程技术可以导致新产业革命，带动其他行业发展

随着基因工程技术的发展和应用,模拟生命过程的生物反应器在酶工程和发酵中应运而生。近年来,化学工业有20%被生物反应器所取代,其设备投资减少80%,能耗降低50%。[8]植物基因工程在花卉育种中的应用导致了现代花卉产业的一场革命。通过这项技术，培育出了大量观赏植物的新品种。传统育种有其局限性，在改变某一目标性状的目标育种中，难免伴随着其他性状的改变，从而使育种周期较长，效率较低。而基因工程克服了上述缺点，可以定向地改变和修饰植物的某一性状，因而在近10年来一直是国际上研究的热点。许多农作物的转基因研究有了重大突破，获得了一系列品质优良、抗除草剂、抗病虫的转基因植株，观赏植物基因工程也随之迅速发展。[9]例如Florigene Australia公司将ACC合成酶基因反向导入香石竹，转基因的香石竹比正常香石竹延长了2倍的观赏寿命。[10]由此可见，植物基因工程不但本身具有重要科研价值，而且有带动其他行业发展的巨大潜力。

总结：科学在发展，社会在进步，人类文明在升华。基因工程技术是科学的进步，是人类文明高度发达的产物。当今，植物基因工程技术在改良农作物方面己取得重大进展，一场新的绿色革命近在眼前。我们要经过严肃认真的科学实验和全面细致的论证使植物工程技术健康快速的发展，为人类造福。