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轉基因抗病植物的原理與優(yōu)點以及存在的生態(tài)風險
轉基因作物,是利用基因工程將原有作物的基因加入其它生物的遺傳物質,并將不良基因移除,從而造成品質更好的作物。通常轉基因作物,可增加作物的產量、改善品質、提高抗旱、抗寒及其它特性。
轉基因作物(Genetically Modified Foods,GMF)因有抗寒、抗旱、抗蟲等能力而為糧食缺少的國家所推崇
植物轉基因技術是將從動物、植物、細菌或病毒等生物中分離的目的基因,通過基因槍、農桿菌介導等方法轉移到受體植物的基因組中,使之穩(wěn)定遺傳并賦予受體植物新的農藝性狀,如抗蟲、抗病、抗逆(抗鹽、抗旱)、高產、優(yōu)質等
1983年獲得第一株轉基因煙草,
1994年第一次批準延遲成熟的轉基因番茄在美國上市。
我國于1997年批準轉基因延熟西紅柿商品化。
至今,國際上已相繼有30多個國家批準3 000多例轉基因植物進入田間實驗,已有35科近200種植物轉基因成功,并在美國、加拿大、中國等國批準轉基因植物商品化生產
近年來,轉基因作物也從實驗研究走向實用推廣階段,種植國家從1992年僅1個發(fā)展到1999年的12個,種植面積從1996年的284萬hm2擴大到1999年的3 980萬hm2,目前還在進一步擴大。主要種植種類有:抗昆蟲玉米、抗除草劑大豆、抗病害棉花、富含胡蘿卜素的水稻、耐寒抗旱小麥、抗病毒瓜類和控制成熟速度及硬度的西紅柿等
轉基因抗病植物的原理
根癌農桿菌(Agrobacterium tumefaciens)
一種革蘭氏陰性土壤桿菌,它含有Ti質粒,能誘導被侵染的植物細胞形成腫瘤,即誘發(fā)冠癭瘤。Ti質粒上有一段轉移DNA,在農桿菌侵染寄主植物時,這段DNA可以轉移到植物細胞,并穩(wěn)定的保留在植物細胞染色體中,變?yōu)橹参锛毎略黾拥娜夯,最終能通過誘導世代遺傳給子代。
轉基因抗病植物的優(yōu)點
解決糧食短缺問題
減少農藥使用,避免環(huán)境污染
開發(fā)周期短,種子易于保存,表達量高
基因結構清楚,無植物病毒影響,生產費用低
可增加作物單位面積產量,降低生產成本
可以擺脫季節(jié)、氣候的影響,四季低成本供應
提高農產品的耐貯性,延長保鮮期,滿足人民生活需求
打破物種界限,不斷培植新物種,生產出有利于人類健康的食品
從理論上講,轉基因技術和常規(guī)雜交育種都是通過優(yōu)良基因重組獲得新品種的,但常規(guī)育種是模擬自然現(xiàn)象進行的,基因重組和交流的范圍僅限于種內近緣種間,而轉基因技術則可以把任何生物甚至是人工合成的基因轉入植物中
轉基因植物的生態(tài)風險性是指它作為一個新物種進入生態(tài)系統(tǒng),對生態(tài)平衡可能產生負面效應。
主要包括三方面:一是它本身或者其他雜草的生長變得難以控制;二是通過基因在物種問的橫向漂移而破壞生態(tài)平衡;三是它的Bt抗性(Ht抗性)
轉基因植物是否會演變成農田雜草
基因漂流到近源野生種的可能性
美國雜草科學委員會將雜草簡單定義為:“對人類行為或利益有害或有干擾的任何植物!
雜草往往生長迅速并且具有強大生存競爭力,能夠生產大量長期有活力的種子而且這些種子具有遠、近不同距離的傳播能力,甚至能夠以某種方式阻礙其他植物的生長。
由于雜草具有以上特征,所以常常給世界農業(yè)生產造成巨大損失¨ 。
一種植物是否成為難以控制的雜草,取決于它內在的遺傳特性及其特征表現(xiàn)所需要的特定環(huán)境,兩者缺一不可。
從目前的水稻、玉米、棉花、馬鈴薯、亞麻和蘆筍等轉基因植物的田間實驗結果來看,大多數植物的生存競爭力并沒有比常規(guī)植物增加引用。
不過最近有報道,加拿大轉基因油菜在麥田中已經變成了雜草,而且難以治理。所以那些原本具有雜草特性的植物如向日葵、油菜、草莓等在進行基因遺傳轉化時,也同樣應該重視可能出現(xiàn)的雜草化問題。
基因漂移(gene flow/dispersal)是指基因通過花粉授精、雜交等途徑在種群之間擴散的過程。
轉基因植物基因(包括轉基因)漂流的途徑大致有兩個:一是通過轉基固植物的種子或組織擴散到新的生境中,并生存下來;二是通過花粉向同種或近緣種非轉基固植物轉移可能存在的;第三條漂流途徑是非同種生物問,如植物與微生物(細菌、真菌、病毒等)間在自然界中發(fā)生基固轉移,但這條途徑至今還未得到證實
轉基因通過上述途徑發(fā)生漂流所造成的風險是多方面的,歸納起來主要包括兩類:
一是轉基因轉移到其它植物體內而造成的環(huán)境危害;
二是轉基因植物自身及其后代對環(huán)境造成危害
第一類風險
導致產生超級雜草
對自然基因庫(gene poo1)的影響 轉基因進人野生植物的基固庫,進而擴散開來,并隨著轉基固植物不斷釋放.大量轉基因進人基因庫,從而影響基固庫的遺傳結構,給今后育種者和生物多樣性造成危害而來.有些轉基因植物則可能是新類型植物.這些植物或轉基因在環(huán)境中釋放.可能造成生物多樣性的毀滅性損失
第二類風險
轉基因植物對作物生態(tài)系統(tǒng),乃至自然生態(tài)系統(tǒng)的直接影響
對生物多樣性的影響有些轉基固植物基固是以前植物體中不存在的.是從其它生物體中轉化
生態(tài)安全爭議事件1
帝王蝶事件 1999年5月,康奈爾大學昆蟲學教授洛希(Losey)在Nature雜志發(fā)表文章,稱其用拌有轉基因抗蟲玉米花粉的馬利筋雜草葉片飼喂帝王蝶幼蟲,發(fā)現(xiàn)這些幼蟲生長緩慢,并且死亡率高達44%。洛希認為這一結果表明抗蟲轉基因作物同樣對非目標昆蟲產生威脅
然而,洛希的實驗受到了同行多方面質疑。最重要的反對意見認為,這一實驗是在實驗室完成的,并不反映田間情況,且沒有提供花粉量數據。
不久之后,美國環(huán)境保護局(EPA)組織昆蟲專家對帝王蝶問題展開專題研究。結論認為轉基因抗蟲玉米花粉在田間對帝王蝶并無威脅,
原因
(1)玉米花粉大而重,因此擴散不遠。在田間,距玉米田5米遠的馬利筋雜草上,每平方厘米草葉上只發(fā)現(xiàn)有一粒玉米花粉。
(2)帝王蝶通常不吃玉米花粉,它們在玉米散粉之后才會大量產卵。
(3)在所調查的美國中西部田間,轉抗蟲基因玉米地占總玉米地面積的25%,但田間帝王蝶數量卻很大。
另外,美國環(huán)保局在一項報告中指出,評價轉基因作物對非靶標昆蟲的影響,應以野外實驗為準,而不能僅僅依靠實驗室數據。
生態(tài)安全爭議事件2
墨西哥玉米事件 2001年11月,美國加州大學伯克利分校的微生物生態(tài)學家David Chapela 和David Quist在Nature雜志發(fā)表文章,指出在墨西哥南部Oaxaca地區(qū)采集的6個玉米品種樣本中,發(fā)現(xiàn)了一段可啟動基因轉錄的DNA序列——花椰菜花葉病毒(CaMV) “35S啟動子”,同時發(fā)現(xiàn)與諾華(Novartis)種子公司代號為“Bt11”的轉基因抗蟲玉米所含“adh1基因”相似的基因序列。 墨西哥作為世界玉米的起源中心和多樣性中心,當時明文禁止種植轉基因玉米,只是進口轉基因玉米用作飼料。此消息一出,便引起了國際間的廣泛關注,綠色和平組織甚至稱墨西哥玉米已經受到了“基因污染”。
然而,David Chapela 和David Quist的文章發(fā)表后受到了很多科學家的批評,指其實驗在方法學上有很多錯誤。經反復查證,文中所言測出的“CaMV35S啟動子”為假陽性,并不能啟動基因轉錄。另外經比較發(fā)現(xiàn),二人在墨西哥地方玉米品種中測出的“adh1基因”是玉米中本來就存在的“adh1-F基因”,與轉入“Bt玉米”中的“adh1-S基因”序列并不相同。
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