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生物工程导论论文

《生物工程导论》

课程论文

转基因水稻的发展及安全性问题

任课教师

陈赛华

班级

学院

园艺83班

园艺学院

姓名

学号

杨华桥

园艺83班

日期

2010年12月22日

转基因水稻的发展及安全性问题

摘要　近年来基因工程技术飞速发展，转基因水稻得到了大力发展并逐步进入到我们的日常生活，然而其安全性问题也在全球范围内引起了很大的争论。

本文着重对转基因水稻的研究意义、发展历程、技术进展、安全性问题等方面的问题作简要综述，以进一步了解转基因水稻。

关键词转基因水稻发展安全性BT

AbstractWiththerapiddevelopmentofgeneticengineeringinrecentyears,transgenicricehavegotvigorouslydevelopandgraduallyintoourdailylife,howeverthesafetyproblemsintheglobalscopecausedalotofdebate.Thispaperfocusesontheresearchsignificanceoftransgenicrice,developmentcourse,technologicalprogressandsafetyissuessuchasbrieflyreviewedinordertofurtherunderstandthetransgenicrice.

Keywords　Transgenicrice;development;security;BT

前言

水稻是我们最重要的粮食作物之一，世界上有将近1/2的人口是以稻米为主食。

然而在水稻的生产过程中，由于各种病虫害、不良气候与环境的影响，严重制约了水稻的高产、稳产。

利用转基因技术，将外源基因转入栽培稻中，创造出转基因水稻，可以大大提高水稻的产量、抗性和品质。

随着转基因技术的兴起，转基因水稻的研究也成为了各国转基因技术研究的热点。

这一里程碑式的重大突破，却也引起了公众对转基因食品的安全和我国的粮食安全问题的担忧，转基因水稻可能存在哪些风险，发展前景如何，目前已成为人们普遍关心的问题。

一、转基因水稻的研究意义

诚然，转基因水稻的发行引来了众多争议，许多问题也有待完善，但是，转基因水稻的安全放行也不得不说是一个里程碑。

转基因植物技术无疑已成为当今植物遗传育种、改良品种体系的重要途径之一，主要集中在性状改良、增加抗性和耐储藏等方面，其研究成果和应用前景倍受重视。

它标志着中国正在打造转基因关键作物的“三驾马车”：

即用于纤维的Bt棉花、用作饲料的植酸酶玉米和粮食作物BT水稻。

这一举动对中国、亚洲乃至全世界的转基因作物意义重大。

张启发称，相对于传统水稻品种，农业部向该校发放的转基因水稻“华恢1号”和“BT汕优63”转基因水稻品种有如下优点：

可降低八成杀虫剂用量，降低农药对田间益虫的影响，维持稻田生物种群的动态平衡；节省投入成本，减少劳动强度，避免由此造成的人体中毒、中暑风险；减少农药残留对自然生态环境的污染。

当然，这仅是转基因水稻反映的表面效应，在实质上，转基因水稻完成了将外源实用基因与自身基因组的完美结合，这个结合是建立在长期的安全检测基础上的，代表着实用基因的可控制表达。

这很容易让人联想到已在我国发挥重要作用的转基因BT抗虫棉花。

相信，经过十年之久的安全检测，两个品种的转基因水稻将像抗虫棉一样，表现出优质性状，在农业发展中发挥不可替代的作用。

二、转基因水稻的发展历程

1973年美国C0hen和Boyer首创了重组DNA技术，成功将外源基因通过生物、物理或化学手段导入其它生物基因组，以获得外源基因稳定遗传和表达的遗传改良体后，这看似不可能完成的目标最终得以实现。

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，世界上就前后有3个实验室分别获得了转基因水稻植株。

直到1988年第一批转基因水稻问世之后，越来越多的研究者利用转基因技术对传统的水稻进行改良，成功地获得了许多具有高产、抗性、营养乃至药用价值的转基因水稻。

1993年，Fujimoto等首次报道成功获得转基因水稻以来，众多研究者又相继将不同类型的杀虫蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因和植物或动物源凝集素基因转入不同水稻品种，获得一系列对靶标害虫控制效果显著的转单价或多价抗虫基因水稻。

随着研究的不断深入，华中农业大学以抗虫转基因水稻为对象，经历无数实验和探究形成了自身独有的完整体系。

中国首次批准的转基因水稻生产应用安全证书，便是由农业部下发到华中农大。

首批两个转基因水稻品种“华恢1号”和“Bt汕优63”，均由该校作物遗传改良国家重点实验室研发而成。

安全证书的有效期为2009年8月17日至2014年8月17日，种植区域限定在湖北省。

三、转基因水稻的技术进展

（一）水稻转基因方法

水稻转基因的方法有很多种，具体为：

原生质体为受体的转化方法和非原生质体转化法。

1.原生质体为受体的转化方法：

早期的转基因水稻是通过将外源DNA直接导入原生质体的方法获得再生植株的，主要方法有PEG法、电激法和脂质体转化法。

在20世纪80年代，PEG转化法和电激法占据了主要地位。

（1）PEG转化法：

PEG转化法是禾谷类作物转化方法中最早应用方法之一。

原理是利用聚乙二醇（PEG）及高pH条件诱导原生质体在体外摄取外源DNA。

原生质体作为受体，具有群体数大、DNA分子易于进入、易获得纯合性的转化子等优点，但原生质体培养难度大、再生频率低、周期长。

（2）电激法：

电激法也叫电穿孔法，原理是利用短暂的电场脉冲作用，使原生质体膜形成可逆的瞬间通道，使DNA进入细胞。

（3）脂质体转化法：

脂质体是由磷脂组成的膜状结构，将DNA分子包在脂质体内与原生质体共保温，通过两者之间膜结构的相互作用，可以将DNA分子高效地导入到植物原生质体中去。

脂质体法介导外源DNA转化可免受细胞内核酸酶的降解作用，同时还具有提高DNA浓度的效果，故转化频率较高、操作较为简便、对原生质体无毒害。

缺点是需要制备原生质体和建立原生质体再生体系。

2.非原生质体转化法

为了解决基因转化对原生质体的依赖，通过研究获得了非原生质体转化的方法。

主要方法有基因枪介导转化法、农杆菌介导转化法、花粉管通道转化法。

（1）基因枪介导转化法：

基因枪介导转化法是将外源DNA或RNA吸附于金粉或钨粉颗粒上，通过高压加速使之穿过转化受体的细胞壁，最终使外源基因整合到植物基因组中。

再经过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中的阳性植株即为转基因植株。

（2）农杆菌介导转化法：

农杆菌介导转化法就是将外源基因插入农杆菌的质粒上，由载体将外源基因转移并整合到植物细胞基因组中。

该法利用天然的转化载体系统，成功率高、遗传稳定性好，可以连接不同的启动子，外源基因可在不同组织特异表达，且载体可容纳大片段的异源DNA。

该方法是目前常用的水稻转基因方法。

（3）花粉管通道法：

花粉管通道法，由我国学者周光宇提出，其基本原理是利用植物授粉后，从珠孔到珠心之间有一条花粉管通道，外源基因可通过此管道渗入并进入胚囊，转化尚不具备正常细胞壁的卵、合子或早期胚胎细胞。

随着受精卵的发育而成为转基因新个体。

该方法简单、快速、易被人接受，但机理尚不完全清楚，故目前应用并不是很多。

（二）转基因水稻遗传改良成果

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.抗病抗虫性　病虫害是水稻减产的主要原因之一，抗虫害转基因水稻是科学家研究的热点之一。

中国农科院贾世荣研究员等成功地将Xa21基因导入水稻,、日本国家农业环境所将Crsoa1基因导入水稻后，明显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。

19993年，美国康奈尔大学将豇豆胰蛋白酶抑制剂基因CPI导入水稻，成功地获得对二化螟、三化螟具有一定抗性的植株。

目前，我国抗病虫害转基因水稻的研究也处于世界先进水平。

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.抗逆性　由于有关水稻抗逆基因的定位、克隆和分离的难度较大。

目前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。

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（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），目前也已获得抗Basta水稻。

4.提高产量和改良品质　对水稻品种改良的要求主要集中在产量与品质。

但这两者都是受多基因控制的综合性状，外源基因的加入只能使多基因中的某一单一因子发生改变，而对综合水平的影响甚微。

目前使水稻增产的主要方法是提高水稻叶面光合作用的效率，即外源导人基因能够在叶片的叶绿体中得以表达。

目前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（RuBpC）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。

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。

四、转基因水稻的安全性问题

稻米是我国乃至全世界最主要的食物来源,目前我国有一半以上的人口以稻米为主食。

因此，自转基因水稻问世以来，其安全性就一直饱受争议。

迄今为止，其对环境安全及人类健康是否存在潜在隐患并未得到科学的证实。

去年12月我国农业部生物安全委员会已向两个转基因水稻和一个转基因玉米品种发放了安全证书，这并不等于宣布转基因水稻的安全问题得到彻底解决。

相反，从此时开始，转基因水稻将面临更大的挑战。

科学家在转基因作物环境风险问题上存在着激烈的争论。

一种观点认为，转基因作物不比传统农作物具有更多的环境风险;而另一种观点认为，转基因作物存在着不可忽视的潜在的环境风险。

持不同观点的科学家在转基因作物是否会产生超级杂草,是否会产生超级害虫,是否会影响生物多样性,是否会产生二次生态影响等环境风险问题上，有着不同的看法。

由于科学知识的有限性、生态环境的复杂性以及转基因技术的新颖性，科学在转基因作物环境风险问题上还没有定论。

转基因水稻的安全问题担忧主要包括两个方面，即人类健康和环境安全。

（一）人类健康问题

如今,稻米在粮食作物中的比重将持续增长,转基因水稻的安全问题首先表现在食品方面。

经基因工程技术处理后的新型水稻是否会使人产生过敏反应，长期食用是否会患癌症等致命疾病等都是大家比较关心的问题。

研究表明，常喝rBGH处理的牛产的奶易产生过敏反应和致癌，科学家认为这是因为Bt毒素已转移到食品中。

同样，有关的健康组织提醒消费者食用基因工程大豆也会引起过敏反应。

转基因生物食品会产生过敏反应可能是因为转入蛋白与已知蛋白的氨基酸序列在免疫学上有明显的同源性。

与此同时，基因水稻除稻米在食物链中也具有非常广泛的作用,几乎所有的养殖业都可以将水稻作为饲料,而且稻草不仅用于喂养牲畜，还被用作生产食用菌，食物链中的任何一环都可能涉及转基因水稻及其产品。

因此，转基因水稻食品安全问题更为复杂，更具有隐蔽性。

另外，采用转基因技术可能对水稻的营养价值产生两方面的不良影响：

⑴由于某种营养素含量的改变可能使整个水稻的营养状况发生改变；⑵引入的外源营养素基因可能与其他营养基因发生相互作用，导致水稻的营养成分的生物利用率、代谢等产生改变。

这样就会对人群的膳食营养产生影响，造成人体内营养素紊乱，影响消费者的健康。

（二）环境安全问题

环境安全性包括生存竞争性、目标基因水平转移、抗药性问题、对非靶生物的影响等内容。

1、生物多样性的减少

转基因水稻在生长势、种子活力及越冬能力与非转基因水稻相比，并不存在明显的竞争优势，但在导入的目标基因并表现的性状上可处于明显的优势，这种优势可能带来严重的后果，甚至可以破坏生态平衡，减少生物的多样性。

2、目标基因水平转移

转基因水稻可能会向栽培稻的其它品种、野生稻和稻田杂草产生基因漂移，危害这些品种或物种的遗传完整性、遗传多样性和生存竞争力，还可能对自然基因库造成污染，使得许多优良的农作物品种丧失。

转基因水稻也可通过花粉漂流，将抗除草剂的主要基因转到可交配的杂草上，使杂草获得除草剂抗性。

若这些除草剂抗性基因都转到同一杂草上，则会使所有的除草剂都失效。

转基因水稻特别是抗除草剂、抗病虫害和抗逆性的转基因水稻，由于其人工赋予的强大生命力，一旦逃逸至稻田外，就可能变成恶性杂草。

3、抗药性问题

转基因水稻的应用确实能够降低用药量，但随着生物适应性的增强，又需要研制新的农药和除草剂等，结果只能是现有投入的更替和总体用量的增加。

如Bt用来防虫已有30多年的历史，却很少出现害虫的抗药性问题，但自从将基因转入玉米并代替农药使用以来，昆虫对自然界中基因产物产生了抗性，人工喷洒Bt就对它无能为力了。

4、非靶生物的危害

根据美国康奈尔大学Losey等人的试验表明，转基因水稻的花粉、稻谷、稻草或根系的分泌物很可能对其生态系统中的昆虫、鸟类、野生动物、根系微生物等产生毒害,破坏生态平衡。

结束语：

许多科学家甚至预言，21世纪的所有主导农作物都将是基因工程产品。

当然，要实现这一目标尚需时间和努力，但我们深信，植物基因工程将在第二次“绿色革命”中发挥巨大的作用。

以目前基因技术的发展来看，21世纪农作物基因工程的发展前景将是非常美好和令人鼓舞的。

农业部近来对部分转基因水稻发放了安全证书，表示对新兴技术大力支持。

获得安全证书表明转基因水稻品种安全性获得国家法律保证，但并不意味着可以马上开始大面积推广与种植，转基因水稻还有很多的问题亟待解决。

但值得肯定的是，中国批准的Bt水稻的研发都是由中国的国立科研机构完成的，其优点也将为其他发展中国家尤其是亚洲带来同样的利益。

Bt水稻必然将对亚洲带来巨大影响，并能持续为减轻贫困作出贡献。

科学史上的每一次重大发现都会给人类带来巨大的变革，这些变革的开端又总会引起社会动荡。

基因工程可以从本质上改变生物体的构造，是科学史上的重大进步,同样也可以肯定会给社会带来某种程度的隐患。

尽管转基因作物的确存在着潜在的食品安全和环境安全等问题，但决不能成为阻止其发展的理由，而更应该成为发现问题和努力解决问题的契机。

因此,在对待转基因作物的发展方面,既不能盲目和激进，又不能因噎废食,应该进行科学而全面的分析，在生物安全评估的基础上和法律法规的约束下，制订完善的研究、生产、开发和利用规范和标准，引导转基因作物在我国健康、有序地发展。

一方面大力开展功能基因组的研究,大量挖掘和分离具有实用价值的功能基因；另一方面,科学家在进行转基因研究的同时，还要积极加强科普宣传，提高人们对转基因技术的认识，消除公众对转基因技术的偏见和疑虑。

只有将转基因技术与常规育种、分子标记辅助选择等多种技术相结合，才能充分发挥转基因育种的优势，培育出更多更好的新品种。

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后记：

在接触《生物工程导论》这门课程之前，一直都觉得转基因技术是神奇而又陌生的。

如今我对转基因技术也有了一些粗浅认识，查阅了大量的文献资料，借着大家之笔，伊成此文。

由于是第一次写这么专业的文献，文中定有不少纰漏之处，还望老师多多指正。

——杨华桥写于2010年12月20日晚