课程论文 - 热带转基因作物的研究及应用推广的进展

热带转基因作物研究及应用进展

摘要：随着科学技术的发展，转基因技术在各国迅速发展起来，基因作物已在很多国家大规模种植, 并且取得了显著的经济效益。本文就热带转基因作物的研究情况、推广应用、存在的问题、发展前景相关方面进行分析和研究。

关键词：热带转基因作物 研究 应用推广 进展

南北回归线之间的地带，地处赤道两侧，位于南北纬23°26′之间的热带，面积占全球总面积的39.8%，这一地带终年能得到强烈的阳光照射，气候炎热，称为热带。转基因作物(Genet ically Modif ied O rgan ismCrop s, 以下简称GMO 作物)是现代农业生物技术的产物, 是指以分子生物学技术导入基因或基因嵌合体的作物[1]，这种作物也叫基因改性作物或基因重组作物。20世纪80年代初，美国最早开始进行转基因作物研究，之后，世界上许多国家也都开始对转基因作物进行研究和商业化种植。世界各国，特别是发达国家已经或正在进行的田间试验达数千次，发展中国家目前正在对约200种转基因作物进行田间试验[2]。目前，转基因作物种类很多，热带转基因作物有香蕉、菠萝、番木瓜、甘蔗、木薯、咖啡等，相对成功的是转基因番木瓜的研究，其他热带作物也在研究之中，取得了一些成果。

1. 热带转基因作物研究情况

一般说来，从性能上区别，转基因作物分为4个种类：一是Bt作物,可抵御害虫的侵害，减少杀虫剂的使用量。该种作物可产生一种对某些害虫有毒性的蛋白，这种蛋白存在于常见的土壤细菌芽孢杆菌属苏云金菌素（即Bt）之中；二是抗除

草剂作物；三是抗疾病作物；四是营养增强型作物[3]。世界上研究主要的4种转基因作物是大豆、棉花、玉米、油菜，在热带转基因作物中有抗病毒病（番木瓜环斑病毒）的番木瓜，其比例在转基因作物中不足1%，表现一定抗虫性的甘蔗即外源凝集素基因(GNA) 在甘蔗上获得了表达，均表现出一定的抗虫性[4],抗病抗除草剂的甘蔗，抗除草剂的木薯,抗黑心病和颈腐的菠萝,能克服高度不育的转基因香蕉,含咖啡因量低的转基因咖啡树，还有椰子、橡胶等等。具体的热带转基因作物研究情况如下： 1.1转基因番木瓜

番木瓜(Carica papaya L1) 为热带亚热带果树, 主要分布在美洲热带地区, 17世纪传入我国,目前在华南及西南地区广泛栽培[5]。番木瓜环斑病毒病(PRSV ) 是木瓜毁灭性的病害,会极大地影响世界各地的木瓜生产及其相关产业[6]。PRSV 属于马铃薯Y病毒属,可分为P 型和W型两大类型。其中P 型可侵染葫芦科和番木瓜科的作物,是制约番木瓜生产的重要病原。只要种植番木瓜的地方,就有P 型PRSV 的危害[7] 。1990 年首例转PRSV衣壳蛋白( coat p rotein , CP)基因番木瓜终于问世，随后有众多学者开展了番木瓜转基因研究[8]。我国于2000 年在广州进行了中间试验,对其抗病性和有关转化基因进行了观察分析 [9]。目前的转基因抗环斑病毒木瓜只能抗一种病毒，但木瓜会受到多种病毒或虫害威胁，多数还需要用农药予以控制。我国获得的转基因新品种———华农1 号，经过中间试验、环境释放、安全性生产试验等所有的安全性评价阶段，成为我国获得商品化生产的第一例转基因果树植物并创下多个国内外第一：

第一次获得了含有 PRSV 复制酶基因的、高抗PRSV 的转基因纯合品系2 个；第一次成功实现番木瓜种苗工厂化生产，克服了番木瓜常规种子繁殖中植株株性和花性易于变异的问题；第一次对我国小果型番木瓜品种进行深入和系统的

转基因研究，建立了一套良好和有效的转基因受体系统。可知，番木瓜转基因抗病品种培育和种苗工厂化育苗技术达到了国际领先水平[10]。

经过转化获得了转基因番木瓜植株, 但迄今为止未国内外尚未见到有关获得转PRSV 复制酶基因的番木瓜纯合系植株的报道[11]。在对番木瓜研究过程中进行了转基因番木瓜的检测,旨在开发转基因番木瓜快速、高效和准确的转基因检测技术[12]。对T4代转基因番木瓜进行了分子生物学和果实品质分析, 结果表明,筛选获得的转基因番木瓜均为转番木瓜环斑病毒(PRSV)复制酶突变体基因(RP) ,且对PRV 抗性达到了高抗或免疫, 田间种植时, 转基因木瓜的生长状况普遍好于普通番木瓜 [6]。在抗PRSV育种时用杂交育种维持PRSV持久抗性，变异选择通过人工诱变但未获得抗病突变体，对基因工程的研究为进一步获得对PRSV广谱抗性的转基因番木瓜奠定基础[13]。可见，转基因番木瓜的研究已取得了很大成果。 1.2转基因甘蔗

甘蔗（Saccharum officinarum L）既是一种重要的糖料作物, 又是一种理想的能源作物。培育高产、高糖、高抗的甘蔗新品种以及提高甘蔗的附加值始终是甘蔗育种的主要目标。转基因甘蔗的主要研究为：

1. 甘蔗易受黑穗病菌侵染，使得蔗糖产量下降，对侵染后的植株进行相关的研究。2．抗性转基因甘蔗研究：抗虫转基因甘蔗、抗病毒病转甚因甘蔗、抗细菌性病害转基因甘蔗、抗除草剂转基因甘蔗、抗逆性转基因甘蔗, 另外，澳大利亚研究者试图使甘蔗合成异麦芽糖, 从而生产糖尿病人也可食用的抑菌护齿甜味剂, 该转基因甘蔗己于2005年获准进行田间试验[14]。3.改良蔗糖色泽的转基因研究（其利于使榨期提前,减少榨期压力造成的产糖量和蔗糖品质的损失, 可算作是提高蔗糖含量和品质的转基因研究）。4.作为生物反应器的转基因研究（甘蔗具有光合效率高、生物量大、宿根性、易于转化、转基因安全性好、许多外源

基因的转入等特点，可以发挥很好的应用潜力）[15]。

据悉，巴西和澳大利亚将开展转基因试验，甘蔗技术中心(CTC)是一个位于巴西的组织该组织正开展3个转基因甘蔗品种的大田试验[16]。 1.3转基因木薯

=木薯（cassava）起源于热带美洲，广泛栽培于热带和部分亚热带地区，中国于19世纪20年代引种栽培。木薯是全球热带地区重要的薯类粮食作物，为 6 亿人提供日常主要的食物热量来源。同时，木薯也是发展潜力巨大的能源植物，是我国生物质能产业发展的重要支柱之一。木薯用传统杂交育种非常困难，利用基因工程改良木薯农艺性状可加快木薯新品种质量创新，为全球关注。

转基因木薯田间试验于 2006 年1 月开始在海南海口中国热带农业科学院热带生物技术研究所转基因植物试验基地进行。于2007年在世界上首次获得成功，中国和苏黎世瑞士合作开展的全球第一次转基因木薯田间试验取得阶段性进展，在海南海口顺利完成了2 亩田间试验。此次试验的转基因木薯具有延长叶片寿命的特性，初步分析表明，转基因木薯叶片寿命明显提高，并影响到产量和储藏能力，目前，通过转基因性状改良的木薯有降低氰化物含量、抗非洲木薯花叶病毒及提高淀粉含量等作用，但还集中在实验室阶段，也取得了一些研究结果[17]。2008年我国首次培育成功淀粉改良转基因木薯，这一木薯新品种将在海南进一步扩大试验，与我国优良传统木薯杂交培育更多改良的木薯新品种[18]。 1.4转基因菠萝

菠萝（Pineapple）是世界上重要的果树之一，在我国主要栽培地区有海南、广东等省。黑心病和颈腐是菠萝收获期后两大主要病害, 严重影响着菠萝工业。马来西亚和澳大利亚两国的科学家们进行了一项攻克菠萝黑心病和颈腐病的研究，该研究是在基因水平上，有很深远的意义[19]。之后，泰国公布了由

Suneerat 博士研制的转基因菠萝新品系，该品系既保持了现有品系Phuket 的甜度、鲜嫩性和产量，生产成本又可降低一半，且抗廉价化学杀虫剂[20]。由于多方面原因，研究转基因菠萝还需要大量的田间试验。 1.5转基因香蕉

香蕉(Banana)属于芭蕉科，目前，有100多个国家生产香蕉，我国主产广东、海南等地。香蕉具有高度不育性,传统的常规育种方法难于改良这些香蕉品种。其次，香蕉是世界第四大粮食作物 [21]，具有重要的经济意义。第三,香蕉的果实是理想的植物生物反应器[22] ,因此香蕉的转基因技术研究尤其显得重要。

关于香蕉的转基因方面的研究进展,目前所见的报道仍然不多，最早是Sagi 等于1994 年作了这方面的研究[23]。香蕉的生产期与储藏期病害严重，如巴拿马病的病原菌侵入香蕉以致其减产，目前无法防治，贮藏期的炭疽病会使外观受影响等。香蕉研究处于初级阶段，要达到成熟的香蕉基因转化，还需要大量的工作，至今世界上还未产生出已开花结果的转基因香蕉植株，研究者用PEAS基因导入香蕉进行初步研究[24]。

1.6其他转基因作物：咖啡树、椰子、橡胶

咖啡树（Xoffea arabica Linn），据悉，2003年日本培育出一种转基因咖啡树,在其咖啡豆中,咖啡因含量最多比普通咖啡豆低70 %[25],其味道不变，正符合了市场需求，又利于人们身体健康。据了解，目前咖啡枯萎病的研究水平有待提高，研究者制定了咖啡枯萎病计划，开始向田间试验趋势发展。

椰子（Coconut），据相关报道，菲律宾2002年开发转基因椰子以扩大出口，使其产出具有更多月桂酸含量和更大出口潜力的椰子油[26]。

橡胶（Rubber），近年,日本已与泰国合作,开展橡胶树的跨物种基因克隆研究,美国科学家已在此领域有所建树，我国陈章良呼吁要加快推进橡胶转基因研

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